KR101952544B1 - 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법 - Google Patents

전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시 예에 따른 확산형 구멍 형성 방법은, 방전 가공 방식으로, 원통형부와 상기 원통형부로부터 멀어질수록 점차 넓어지는 확산부를 갖는 확산형 구멍을 형성하는 방법이고, 전극봉이 대상체를 관통하도록 상기 전극봉을 제 1 경로를 따라 하강시켜 상기 원통형부를 형성하는 단계; 상기 전극봉의 단부가 상기 대상체의 내측의 설정 포지션에 위치하도록 상기 전극봉을 상기 제 1 경로를 따라 상승시키는 단계; 및 상기 설정 포지션으로부터 상기 전극봉을 상기 제 1 경로에 대해 기울어진 제 2 경로를 따라 이동시켜 제 1 확산부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법{METHOD FOR FORMING A HOLE HAVING A DIFFUSION SHAPE USING AN ELECTORODE ROD}
아래의 설명은 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법에 관한 것이다.
가스터빈은 높은 열효율을 위해 터빈부에 대해 고온의 입구 조건이 요구되고, 터빈 성능을 향상시키기 위해 입구 온도는 점점 증가하는 추세이다. 고온 환경에 의한 열적 하중으로 인한 부품 파손을 해결하기 위하여 표면에 미세한 냉각홀을 가공하여 표면 온도를 낮추는 냉각홀 가공 기술이 터빈 부품에 적용되고 있다. 부품 표면에 냉각막을 효율적으로 형성하기 위해, 냉각홀의 출구부가 확산되는 형상이 최근에 주목을 받고 있으며, 대표적인 냉각홀 가공 방법으로는 방전 가공이 있다.
방전 가공(EDM, Electric Discharge Machine)은 전기적인 방전 플라즈마 현상을 인공적으로 설정하여 전기적에너지를 열에너지로 변환하여 사용하며 전극과 가공물 간에 고주파 펄스 전압을 가하여 방전을 행함으로써 가공물의 표면층을 제거하는 가공법이다.
절연체인 가공액으로 채워진 절연체 내에서 전극봉과 가공물 사이가 가까워진다. 이때 전극봉은 구동부에 의해 제어되고, 전극봉 및 가공물 사이는 작은 갭(gap)이 유지될 수 있다. 전극봉이 가공물에 점차 가까워질 경우, 전극봉 및 가공물 사이에서 전기장이 형성되고 전자와 양이온들은 최고의 높은 속도로 가속되고, 무수히 많은 펄스 파형이 가공물의 최단점으로 전도성 경로가 만들어진다. 이에 하나의 플라즈마 영역이 만들어지고 온도가 급상승하여 전류의 밀도가 높은 전극봉이 가공물을 가열하여 용해시킨다. 전극봉에 공급되는 전류가 차단될 경우, 용해된 가공물은 냉각되어 제거된다. 이러한 과정이 반복되는 것이 방전 가공의 원리이다.
일 실시 예의 목적은, 하나의 전극봉을 통해 원통형부와 확산부를 갖는 확산형 구멍을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법은, 방전 가공 방식으로, 원통형부와 상기 원통형부로부터 멀어질수록 점차 넓어지는 확산부를 갖는 확산형 구멍을 형성하는 방법이고, 전극봉이 대상체를 관통하도록 상기 전극봉을 제 1 경로를 따라 하강시켜 상기 원통형부를 형성하는 단계; 상기 전극봉의 단부가 상기 대상체 내측의 설정 포지션에 위치하도록 상기 전극봉을 상기 제 1 경로를 따라 상승시키는 단계; 및 상기 설정 포지션으로부터 상기 전극봉을 상기 제 1 경로에 대해 기울어진 제 2 경로를 따라 이동시켜 제 1 확산부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제 2 경로가 상기 제 1 경로에 대해 이루는 각도는 10도 내지 80도일 수 있다.
상기 제 2 경로가 상기 제 1 경로에 대해 이루는 각도는 조절 가능하다.
상기 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법은, 상기 전극봉을 상기 제 2 경로를 따라 왕복 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법은, 상기 전극봉을 상기 제 2 경로를 따라 상기 설정 포지션으로 복귀시키는 단계; 및 상기 설정 포지션으로부터 상기 전극봉을 상기 제 1 경로에 대해 기울어진 제 3 경로를 따라 이동시켜 제 2 확산부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 제 3 경로는 상기 제 2 경로와 교차할 수 있다.
상기 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법은,상기 전극봉을 상기 제 3 경로를 따라 왕복 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법에 따르면, 하나의 전극봉만으로 원통형부과 확산부를 갖는 확산형 구멍을 형성할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 전극봉을 다양한 방식으로 제어하여 다양한 형상의 확산형 구멍을 형성할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법의 순서도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 확산형 구멍 형성 장치를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법에 따라 확산형 구멍이 형성되는 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 확산형 구멍을 도시한 사시도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법에 따라 확산형 구멍이 형성되는 모습을 개략적으로 도시한 평면도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법의 순서도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 확산형 구멍 형성 장치를 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법에 따라 확산형 구멍이 형성되는 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법은 하나의 전극봉(11)을 이용하여 대상체(O)에 확산형 구멍(S)을 형성할 수 있다. 대상체(O)는 예를 들어 가스터빈 내에 구비되는 블레이드일 수 있다. 대상체(O)는 예를 들어 블레이드의 에어포일(airfoil)일 수 있다. 확산형 구멍(S)은 원통형부(S1)와 확산부(S2)를 포함할 수 있다. 원통형부(S1)는 상대적으로 좁은 유로를 형성할 수 있고, 확산부(S2)는 원통형부(S1)로부터 멀어질수록 점차 넓어지는 유로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 확산형 구멍(S)은 에어포일에 형성되는 냉각홀일 수 있다.
전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법은, 전극봉(11)이 대상체(O)를 관통하도록 전극봉(11)을 제 1 경로(P1)를 따라 하강시켜 원통형부(S1)를 형성하는 단계(S110)와, 전극봉(11)의 단부(11a)가 대상체(O)의 내측의 설정 포지션(L)에 위치하도록 전극봉(11)을 제 1 경로(P1)를 따라 상승시키는 단계(S120)와, 설정 포지션(L)으로부터 전극봉(11)을 제 1 경로(P1)에 대해 기울어진 제 2 경로(P2)를 따라 이동시켜 제 1 확산부(S2)를 형성하는 단계(S130)와, 전극봉(11)을 제 2 경로(P2)를 따라 설정 포지션(L)으로 복귀시키는 단계(S140)와, 설정 포지션(L)으로부터 전극봉을 제 1 경로(P1)에 대해 기울어진 제 3 경로를 따라 이동시켜 제 2 확산부(S2, 도 4 참조)를 형성하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
구체적인 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법을 설명하기에 앞서, 일 실시 예에 따른 확산형 구멍 형성 장치에 대해 설명하기로 한다.
일 실시 예에 따른 확산형 구멍 형성 장치(1)는 대상체(O)에 방전 가공 방식으로 구멍을 형성할 수 있다. 대상체(O)는 예를 들어 유전체(F)에 담겨 있을 수 있다. 대상체(O)는 예를 들어, 유전체(F)가 담겨있는 용기 내에 배치되고, 지지부(90)에 의해 지지될 수 있다. 확산형 구멍 형성 장치(1)는 X축 가이드(10), 전극봉(11), 슬라이더(12), 구동부(13), 헤드(14) 및 Z축 가이드(15)를 포함할 수 있다. 대상체(O) 및 전극봉(11)에는 펄스 전압이 인가되어 방전 가공이 수행될 수 있다. 확산형 구멍 형성 장치(1)는 방전 가공이 진행되는 동안, 전극봉(11)을 복수 개의 경로로 이동시킴으로써 확산형 구멍(S)을 형성할 수 있다.
X축 가이드(10)는 제 1 방향으로 연장될 수 있다. X축 가이드(10)는 예를 들어 슬라이더(12)를 X축 방향으로 슬라이딩 가능하도록 안내할 수 있다. 또한, X축 가이드(10)는 자체적으로 Z축 가이드(15)를 따라 Z축 방향으로 슬라이딩 가능하다.
전극봉(11)은 Y축 방향으로 하강 또는 상승하는 방식으로 대상체(O)에 구멍을 형성할 수 있다. 전극봉(11)과 대상체(O)를 방전 가공할 수 있다. 전극봉(11)은 길이 방향 부재일 수 있다. 전극봉(11)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 전극봉(11)은 원기둥 또는 타원기둥 형상을 가질 수 있다. 전극봉(11)이 Y축 방향을 따라 하강하여 대상체(O)를 관통할 경우, 대상체(O)에는 원통형부(S1)가 생성될 수 있다. 원통형부(S1)는 원기둥 또는 타원기둥 형상의 홀일 수 있다. 또한, 전극봉(11)은 슬라이더(12)의 슬라이딩에 따라 X축 방향으로 이동하거나, X축 가이드(10) 자체의 슬라이딩에 따라 Z축 방향으로 이동 가능하다.
슬라이더(12)는 X축 가이드(10)를 따라 슬라이딩 가능하다. 예를 들어, 슬라이더(12)는 X축 가이드(10)의 내벽을 따라 면접촉을 유지하며 슬라이딩 가능하다.
구동부(13)는 슬라이더(12)에 연결되고, Y축 방향으로 하강 또는 상승할 수 있다. 구동부(13)의 하강 또는 상승에 따라 대상체(O)에 대한 전극봉(11)의 위치는 조정될 수 있다.
헤드(14)는 구동부(13)의 하단부에 연결되고, 전극봉을 지지할 수 있다.
Z축 가이드(15)는 제 2 방향으로 연장될 수 있다. Z축 가이드(15)는 예를 들어 X축 가이드(10)를 Z축 방향으로 슬라이딩 가능하도록 안내할 수 있다.
단계(S110)에서, 전극봉(11)이 대상체(O)를 관통하도록 전극봉(11)을 제 1 경로(P1)를 따라 하강시켜 원통형부(S1)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 헤드(14)가 Y축 방향으로 이동하여 전극봉(11)이 대상체(O)를 관통할 수 있다. 대상체(O)에는 원통형부(S1)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 경로(P1)는 대상체(O)의 상면에 대해 수직한 경로일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제 1 경로(P1)는 대상체(O)의 상면에 대해 일정 각도, 예를 들어 10도 내지 80도를 이루를 경로일 수 있다.
단계(S120)에서, 전극봉(11)의 단부(11a)가 대상체(O)의 내측의 설정 포지션(L)에 위치하도록 전극봉(11)을 제 1 경로(P1)를 따라 상승시킬 수 있다. 여기서, 설정 포지션(L)이란 대상체(O)의 내측에 구비되는 임의의 위치일 수 있다. 설정 포지션(L)은 사용자에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어, 설정 포지션(L)은 대상체(O)의 내측 공간 중 상면 및 하면으로부터 동일한 거리만큼 이격된 중앙부이거나, 상면에 상대적으로 가까운 위치이거나, 하면에 상대적으로 가까운 위치일 수 있다. 예를 들어, 설정 포지션(L)이 대상체(O)의 상면에 상대적으로 가까운 위치로 설정될 경우, 확산형 구멍(S)의 원통형부(S1)의 길이는 확산부(S2)의 길이보다 길게 형성될 수 있다. 한편, 설정 포지션(L)이 대상체(O)의 하면에 상대적으로 가까운 위치로 설정될 경우, 확산형 구멍(S)의 원통형부(S1)의 길이는 확산부(S2)의 길이보다 작게 형성될 수 있다.
단계(S130)에서, 설정 포지션(L)으로부터 전극봉(11)을 제 1 경로(P1)에 대해 기울어진 제 2 경로(P2)를 따라 이동시켜 제 1 확산부(S2)를 형성할 수 있다. 제 2 경로(P2)는 제 1 경로(P1)와 일정 각도를 이룰 수 있다. 예를 들어, 제 2 경로(P2)는 제 1 경로(P1)와 설정 포지션(L)에서 만나고, 제 1 경로(P1)와 10도 내지 80도를 이룰 수 있다. 전극봉(11)이 제 2 경로(P2)를 따라 이동함에 따라, 전극봉(11)은 대상체(O)와 방전 가공을 수행하여 확산부(S2)를 형성할 수 있다.
제 2 경로(P2)가 제 1 경로(P1)에 대해 이루는 각도는 조절 가능하다. 제 2 경로(P2)가 제 1 경로(P1)와 이루는 각도에 따라 확산부(S2)의 형상이 조절될 수 있다. 예를 들어, 제 2 경로(P2)가 제 1 경로(P1)에 대해 이루는 각도가 증가할수록 확산부(S2)의 경사는 커질 수 있다. 한편, 제 2 경로(P2)가 제 1 경로(P1)에 대해 이루는 각도가 작을수록 확산부(S2)의 경사는 작아질 수 있다. 사용자는 대상체(O)에 요구되는 설계 조건을 반영하여, 제 2 경로(P2)의 조절을 통해 확산부(S2)의 형상을 설정할 수 있다.
단계(S140)에서, 전극봉(11)을 제 2 경로(P2)를 따라 설정 포지션(L)으로 복귀시킬 수 있다. 단계(S140)를 통해 확산부(S2)의 표면 불균일을 보정할 수 있다. 단계(S130)에서 확산부의 가공은 전극봉(11)의 단부(11a)에 의해 수행되므로, 상대적으로 방전 가공이 매끄럽게 수행되지 않을 수도 있다. 단계(S140)에서 전극봉을(11)을 다시 제 2 경로(P2)를 따라 설정 포지션(L)으로 복귀시키면서 확산부(S2)의 표면을 다듬을 수 있다.
일 실시 예에 따른 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법은, 전극봉(11)을 제 2 경로(P2)를 따라 왕복 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 단계(S130) 및 단계(S140)는 확산부(S2)의 표면을 보다 매끄럽게 형성하기 위해 반복 수행될 수 있다.
단계(S150)에서, 설정 포지션(L)으로부터 전극봉을 제 1 경로(P1)에 대해 기울어진 제 3 경로를 따라 이동시켜 제 2 확산부(S2, 도 4 참조)를 형성할 수 있다. 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법은, 복수 개의 경로로 전극봉(11)을 이동시킴으로써, 복수 개의 확산부를 형성할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
도 4는 일 실시 예에 따른 확산형 구멍을 도시한 사시도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법에 따라 확산형 구멍이 형성되는 모습을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 확산형 구멍(S)은 원통형부(S1) 및 확산부(S2)를 포함할 수 있다.
먼저, 전극봉(11)은 대상체(O)를 통과하여 원통형부(S1)를 형성할 수 있다.
다음으로, 전극봉(11)은 단부가 대상체(O)의 내측(예를 들어, 설정 포지션(L, 도 3 참조))에 위치할 때까지 상승한 다음, 제 2 경로(P2)를 통해 왕복 이동하여 제 1 확산부(S2)를 형성할 수 있다.
다음으로, 전극봉(11)은 제 3 경로(P3)를 통해 왕복 이동하여 제 2 확산부(S3)를 형성할 수 있다. 제 3 경로(P3)는 제 2 경로(P2)와 교차하는 경로일 수 있다. 예를 들어, 제 2 경로(P2) 및 제 3 경로(P3)는 설정 포지션(L, 도 3 참조)에서 만날 수 있다.
다음으로, 전극봉(11)은 제 4 경로(P4)를 통해 왕복 이동하여 제 3 확산부(S4)를 형성할 수 있다. 제 4 경로(P4)는 제 3 경로(P3)와 교차하는 경로일 수 있다. 예를 들어, 제 3 경로(P3) 및 제 4 경로(P4)는 설정 포지션(L, 도 3 참조)에서 만날 수 있다. 이와 같은 방식으로, 확산부는 복수 개가 형성될 수 있다. 사용자는 전극봉(11)을 다양한 경로를 따라 이동시킴으로써, 대상체(O)에 원하는 확산형 구멍(S)을 형성할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (6)

  1. 방전 가공 방식으로, 원통형부와 상기 원통형부로부터 멀어질수록 점차 넓어지는 확산부를 갖는 확산형 구멍을 형성하는 방법에 있어서,
    전극봉이 대상체를 관통하도록 상기 전극봉을 일직선 경로인 제 1 경로를 따라 하강시켜 상기 원통형부를 형성하는 단계;
    상기 전극봉의 단부가 상기 대상체 내측의 설정 포지션에 위치하도록 상기 전극봉을 상기 제 1 경로를 따라 상승시키는 단계; 및
    상기 설정 포지션으로부터 상기 전극봉을 상기 제 1 경로에 대해 기울어진 일직선 경로인 제 2 경로를 따라 이동시켜 제 1 확산부를 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제 1 경로 및 제 2 경로는 상기 설정 포지션에서 만나는, 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 경로가 상기 제 1 경로에 대해 이루는 각도는 10도 내지 80도인, 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,'
    상기 제 2 경로가 상기 제 1 경로에 대해 이루는 각도는 조절 가능한, 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극봉을 상기 제 2 경로를 따라 왕복 이동시키는 단계를 더 포함하는, 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극봉을 상기 제 2 경로를 따라 상기 설정 포지션으로 복귀시키는 단계; 및
    상기 설정 포지션으로부터 상기 전극봉을 상기 제 1 경로에 대해 기울어진 제 3 경로를 따라 이동시켜 제 2 확산부를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 3 경로는 상기 제 2 경로와 교차하는, 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전극봉을 상기 제 3 경로를 따라 왕복 이동시키는 단계를 더 포함하는, 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법.
KR1020180107090A 2018-09-07 2018-09-07 전극봉을 이용한 확산형 구멍 형성 방법 KR101952544B1 (ko)

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EP4134522A3 (en) * 2021-08-13 2023-06-07 Raytheon Technologies Corporation Energy beam positioning during formation of a cooling aperture

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