KR19990062615A - 동압발생전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전도성 연삭숫돌(1)의 가공면과 간극을 두어 대향하고, 그 사이에 전도성액체를 흘리면서 전압을 걸어서 연삭숫돌을 전해에 의해 드레싱하면서 피연삭재를 연삭하는 전해 드레싱 연삭용 동압발생전극(10)에 관한 것이다. 이 전극은 연삭숫돌의 가공면(1a)으로부터 일정한 간극을 갖는 복수의 최협부(11)와, 최협부 사이에 설치되고 최협부보다 넓은 간극을 갖는 복수의 요부(12)를 갖는다. 연삭숫돌(1)과 전극(10) 사이에 형성된 유로절단면(간극)이 연삭숫돌(1)의 이동방향을 따라 요철되고, 그 간극에 채워지는 전도성액체(3)가 연삭숫돌(1)의 회전에 의해 따라돌며, 요철 간극을 반복하여 흘려주어서 그 사이에 발생하는 동압 및 정압을 크게 변동시키고, 이 변동에 의해 최협부(11)로의 금속 퇴적물의 부착을 억제하며, 또한 요부(12)가 포켓되어 연삭액을 안정공급할 수 있고, 또한 공기의 흡입을 저감할 수 있다.

Description

동압발생전극

본 발명은 전해 드레싱 연삭용 연삭숫돌(砥石, grindstone)의 회전에 의해 연삭숫돌과의 사이에 동압(hydro-dynamic pressure)을 발생시키는 동압발생전극(electrode generating hydro-dynamic pressure)에 관한 것이다.

근래 과학기술의 발전에 따라, 초정밀가공으로의 요구는 비약적으로 고도화되며, 이 요구를 만족시키는 경면(鏡面) 연삭수단으로서, 전해 인-프로세스 드레싱 연삭법(Electrolytic In-process Dressing: ELID 연삭법)이 본원 출원인 등에 의해 개발되었고 발표되어 있다(일본 이연(理硏)신포지엄「경면연삭의 최신 기술동향」, 평성 3년 3월 5일 개최).

이 ELID 연삭법은 도 1에 개략적으로 나타나 있는 것같이, 종래의 전해 연삭에 있어서의 전극 대신에 전도성 연삭숫돌(1)을 이용하고, 또한 이 연삭숫돌과 간극(갭(gap))을 두어 대향하는 전극(2)을 설치하고, 연삭숫돌과 전극 사이에 전도성액체(3)를 흘리면서 연삭숫돌(1)과 전극(2) 사이에 전압을 가하여, 연삭숫돌을 전해에 의해 드레싱하면서, 연삭숫돌로 피연삭재를 연삭하는 것이다. 즉, 메탈본드(metal bond) 연삭숫돌(1)을 양극으로, 연삭숫돌 표면에 갭을 두어 마주보게 설치한 전극(2)을 음극으로 하고, 연삭작업과 동시에 연삭숫돌의 전해 드레싱을 실시하여, 연삭성능을 유지·안정시킬수 있는 연삭법이다. 또한, 이 도에 있어서, (4)는 피연삭재, (5)는 ELID전원, (6)은 전기공급체, (7)은 전도성 액체의 노즐이다.

이 ELID 연삭법에서는 연삭숫돌 입자를 가늘게 해도 전해 드레싱에 의해 연삭숫돌 입자의 날을 세워 연삭숫돌의 날막힘(loading)이 발생하지 않기 때문에, 연삭숫돌을 가늘게 하는 것으로 경면과 같은 매우 우수한 가공면을 연삭가공에 의해 얻을 수 있다. 따라서, ELID 연삭법은 고능률연삭에서 경면연삭에 이르기까지 연삭숫돌의 날카로움을 유지할 수 있고, 또한 종래 기술에서는 불가능하였던 고정밀한 표면을 단시간에 이룰수 있는 수단으로서, 여러 가지 연삭가공으로의 적용이 기대되고 있다.

상술한 ELID 연삭에 있어서, 양극인 메탈본드 연삭숫돌(1)에 마주하여 설치된 음극(2)의 표면에는 연삭숫돌 결합재의 전해용출이란 양극반응과는 반대로 전기도금의 원리에 기초하여, 연삭숫돌 결합재의 금속성분이 퇴적된다는 특징적인 현상이 확인되어 왔다. 이러한 음전극 표면의 퇴적물은 원리적으로는 순수한 금속에 가까운 조성이기 때문에 전도성을 잃은 것은 아니지만, 장시간에 걸쳐서 ELID 연삭가공에 의해, ①이 퇴적물에 의해 음극과 연삭숫돌 사이의 갭이 막히고, ②충분한 연삭액을 안정하게 공급할 수 없게 되는 문제가 있다. 또한, ③전극 간극에 공기가 혼입되고, 연삭숫돌의 전해 드레싱이 불안정하게 되는 경우도 있다. 이 때문에, 연속무인운전시에 ELID 연삭효과를 지속할 수 없고, 완전자동화시에 극복해야하는 과제로 인정되어 왔다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 ①음전극 표면에 퇴적하는 퇴적물의 생성을 억제할 수 있고, ②충분한 연삭액을 안정하게 공급할 수 있으며, ③전극 간극으로의 공기 혼입을 저감할 수 있고, 이에 의해 ELID 연삭을 안정하게 장시간 무인운전하는 것을 가능하게 하는 전해 드레싱 연삭용 전극을 제공하는데 있다.

본 발명에 의하면, 전도성 연삭숫돌의 가공면과 간극을 두어 대향하고, 그 사이에 전도성액체를 흘리면서 전압을 가하여, 연삭숫돌을 전해에 의해 드레싱하면서 피연삭재를 연삭하는 전해 드레싱 연삭용 전극으로서, 상기 전극은 연삭숫돌의 이동방향으로 서로 간극을 두어 설치되고 연삭숫돌의 가공면으로부터 일정한 간극을 갖는 복수의 최협부(最狹部)와, 그 최협부의 사이에 설치되고 최협부보다 넓은 간극을 갖는 복수의 요부(凹部)를 갖는 것을 특징으로 하는 동압발생전극이 제공된다.

상기 본 발명의 구성에 의하면, 전도성 연삭숫돌의 가공면과 간극(갭)을 두어 대향하는 전극이 연삭숫돌의 가공면으로부터 일정한 간극을 갖는 복수의 최협부와, 그 사이에 설치되고 최협부보다 넓은 간극을 갖는 복수의 요부를 갖기 때문에, 연삭숫돌과 전극 사이에 형성되는 전도성액체의 유로절단면은 요부가 있는 부분에서 넓고, 요부가 아닌 부분에서 좁아져, 연삭숫돌의 이동방향을 따라 간극이 요철(凹凸)이 된다.

따라서, 연삭숫돌이 요철이 있는 전극표면을 따라 회전하고, 그 간극에 채워진 전도성액체(연삭액, 유체)가 연삭숫돌의 회전에 의해 따라 돌고, 요철의 간극을 반복하여 흐르는 것에 의해 그 사이에 발생하는 동압이 크게 변동한다. 즉, 연삭숫돌과 전극 사이의 간극은 외곽주변부가 대기개방되어 있기 때문에, 이른바 베르누이(Bernoulli)의 정리에 의해, 간극이 작아서 유속이 큰 (연삭숫돌 속도에 가까운) 최협부에서는 동압이 커서 정압이 작아지고, 반대로 간극이 커서 유속이 적은 요부에서는 동압이 작아서 정압이 커진다. 이에 의해, 최협부에서는 전극쪽으로부터 눌린 압력이, 요부에서는 전극쪽에서 당겨진 압력이 작용하게 된다.

그 결과, 전도성액체의 유로, 즉 요철의 간극에서는 연삭숫돌의 이동방향을 따라 유속, 동압 및 정압이 크게 변동하고, 이 변동에 의해 음전극 표면으로 이동하는 금속 퇴적물의 부착을 억제할 수 있다. 즉, 전극이 연삭숫돌에 밀접한 최협부에서는 유속이 빠르고 정압도 크기 때문에, 연삭숫돌 결합재의 금속성분은 대부분 전극까지 도달하지 않고 흐름에 의해 요부까지 흐르기 때문에, ELID 연삭가공에서 중요한 최협부로의 금속 퇴적물의 부착이 억제된다. 또한, 요부의 간극을 최협부와 비교하여 충분히 크게 하여, 요부에서의 금속 퇴적물의 부착은 아무 악영향을 일으키지 않는다.

또한, 전극에 설치되었던 요부는 압력변동의 발생원이 됨과 동시에, 이 부분이 포켓(pocket)되어 공기를 함유하지 않는 연삭액(전도성액체)을 보유하기 때문에, 요부에 인접하는 간극이 좁은 최협부에 요부로부터 연삭액을 안정하게 공급할 수 있다. 동시에, 이 연삭액의 안정공급에 의해, 전극 간극으로의 공기의 흡입을 저감시킬 수 있다. 따라서, ELID 연삭을 안정하게 장시간 무인운전하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 요부는 연삭숫돌의 이동방향을 따라 간극이 변화하도록 형성되어 있다. 이 구성에 의해, 연삭숫돌에 따른 압력변동을 적절히 조정할 수 있다. 또한, 상기 요부는 연삭숫돌의 이동방향을 따라 간극이 서서이 변화하는 점변부(漸變部)와, 간극이 급변하는 급변부(急變部)로 이루어지는 것이 좋다. 이 구성에 의해, 급변부에서 압력변동을 크게, 점변부에서 작게 설정할 수 있다.

또한, 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 요부는 연삭숫돌의 이동방향을 따라 설정되었던 복수의 구멍으로 이루어진다. 이 구멍은 원형, 직사각형, 삼각형 등 자유자재이며, 구멍의 크기 및 분포도 제한이 없고, 이것에 의해 연삭숫돌을 따라 압력변동을 광범위하게 조정할 수 있다.

도 1은 ELID 연삭장치의 개략도이고,

도 2a는 본 발명의 동압발생전극의 측면도이며, 도 2b는 도 2a의 B부분의 확대도이고,

도 3은 본 발명의 동압발생전극을 이용한 전해 드레싱(dressing)의 전기적 거동을 나타낸 도이며,

도 4는 본 발명의 동압발생전극에 의한 부도체 피막두께의 계측결과이고,

도 5는 본 발명의 동압발생전극을 이용한 전해 드레싱에 의한 초경합금의 면거칠기의 측정예이다.

본 발명의 다른 목적 및 유리한 특징은 첨부도면을 참조한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도에 있어서, 공통하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

도 2a는 본 발명의 동압발생전극의 측면도이고, 도 2b는 도 2a에서의 B부분의 확대도이다. 또한, 이 전극은 도 1에 나타낸 ELID 연삭장치에 적용할 수 있다.

즉, 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 동압발생전극(10)은 전도성 연삭숫돌(1)의 가공면과 간극을 두어 대향하고, 그 사이에 전도성액체(3)를 흘리면서 ELID 전원(5)으로 전압을 가하여, 연삭숫돌(1)을 전해에 의해 드레싱하면서 피연삭재(4)를 연삭하는 전해 드레싱 연삭용 전극이다.

도 2a에 있어서, 전극(10)은 연삭숫돌(1)과의 대향면에, 복수의 최협부(11)와, 최협부(11) 사이에 설치된 복수의 요부(12)를 갖는다. 최협부(11)는 연삭숫돌(1)의 이동방향으로 서로 간극을 두어 설치되고, 또한 연삭숫돌(1)의 가공면(1a)으로부터 일정한 간극을 갖고 있다. 또한, 요부(12)는 최협부(11)보다 넓은 가공면(1a)으로부터의 간극을 갖고 있다. 즉, 도 중에서 (11)은 전극(10)의 연삭숫돌(1)과의 대향면 중, 요부(12)가 없는 부분이고, 이 부분은 연삭숫돌과의 간극이 일정하게 형성되고, 연삭숫돌(1)과의 사이에 최협부분을 형성하고 있다.

상술한 구성에 의해, ELID 연삭시에 발생하는 전극의 오염을 피하고, 동시에 물흐름의 확보를 꾀할 수 있다. 즉, 상기 본 발명의 구성에 따르면, 전도성 연삭숫돌(1)의 가공면(1a)과 간극을 두어 대향한 전극(10)이 연삭숫돌의 가공면으로부터 일정한 간극을 갖는 복수의 최협부(11)와, 그 사이에 설치되고 최협부보다 넓은 간극을 갖는 복수의 요부(12)를 갖기 때문에, 연삭숫돌(1)과 전극(10) 사이에 형성된 전도성액체(3)의 유로절단면은 요부(12)가 있는 부분에서 넓고, 요부(12)가 없는 부분(최협부(11))에서 좁아져, 연삭숫돌(1)의 이동방향을 따라 간극이 요철된다.

따라서, 연삭숫돌(1)이 요철이 있는 전극(10)의 표면(이 예로는 내면)을 따라 회전하고, 연삭숫돌(1)의 회전에 의해 그 간극에 채워진 전도성액체(3)(연삭액, 액체)가 따라 회전하여, 요철의 간극을 반복하여 흘려서 그 사이에 발생하는 동압이 크게 변동한다. 즉, 연삭숫돌(1)과 전극(10) 사이의 간극은 외곽주변부가 대기개방되어 있기 때문에, 이른바 베르누이 정리에 의해 간극이 작고 유속이 큰 (연삭숫돌 속도에 가까운) 최협부(11)에서는 동압이 크고 정압이 작아지며, 반대로 간극이 크고 속도가 작은 요부(12)에서는 동압이 작고 정압이 커진다. 이에 의해, 최협부(11)에서는 전극(10)쪽에서 눌린 압력이, 요부(12)에서는 전극쪽에서 당기는 압력이 작용하게 된다.

그 결과, 전도성액체(3)의 유로, 즉 요철의 간극에는 연삭숫돌(1)의 이동바향을 따라 유속, 동압 및 정압이 크게 변동하고, 이 변동에 의해 음전극 표면으로 이동하는 금속 퇴적물의 부착을 억제할 수 있다. 즉, 전극(10)이 연삭숫돌(1)에 밀접한 최협부(11)에서는 유속이 빠르고 정압도 크기 때문에, 연삭숫돌 결합재의 금속 성분은 전극까지 도달하지 않고 흐름에 의해 요부(12)까지 흐르기 때문에, ELID 연삭가공에 중요한 최협부(11)로의 금속 퇴적물의 부착이 억제된다. 또한 요부(12)의 간극을 최협부(11)와 비교하여 충분히 크게 하는 것으로, 요부에서의 금속 퇴적물의 부착은 아무 악영향을 발생하지 않는다.

또한, 전극(10)에 설치되었던 요부(12)는 압력 변동의 발생원이 됨과 동시에, 이 부분이 포켓되어 공기를 함유하지 않은 연삭액(전도성액체)를 보유하기 때문에, 요부(12)에 인접하는 간극이 좁은 최협부(11)에 요부(12)로부터 연삭액을 안정하게 공급할 수 있다. 동시에, 이 연삭액의 안정공급에 의해, 전극 간극으로의 공기의 흡입을 저감할 수 있다. 따라서, ELID 연삭을 안정하게 장시간 무인운전하는 것이 가능하게 되었다.

또한, 도 2b에 나타나 있는 바와 같이, 이 실시예에서는 요부(12)는 연삭숫돌(1)의 이동방향을 따라 간극이 변화하도록 형성되어 있고, 더욱 상세하게는 연삭숫돌(1)의 이동방향을 따라 간극이 서서히 변화하는 점변부(12b)와, 간극이 급변하는 급변부(12a)로 이루어진다. 또한, 이 실시예에서는 연삭숫돌(1)의 회전방향에 대하여, 상류측에 점변부(12b), 하류측에 급변부(12a)를 설치하고 있지만, 급변부(12a)와 점변부(12b)의 배치를 반대로 하여도 좋다. 이 구성에 의해, 급변부(12a)에서 압력 변동을 크게, 점변부(12b)에서 작게 설정하여 연삭숫돌(1)을 따라 압력변동을 적절히 조정할 수 있다.

도 2c는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도 2b와 동일한 확대도이다. 이 도에 나타나 있는 바와 같이, 요부(12)를 연삭숫돌(1)의 이동방향을 따라 설정한 복수의 구멍(12c)으로 구성하여도 좋다. 이 구멍(12c)의 절단면 형상은 예를 들어 원형, 직사각형, 삼각형 등 자유자재이다. 또한 구멍은 연삭숫돌(1)의 폭방향으로 연장하여도 좋고, 독립하여 분포시켜도 좋다. 즉, 구멍(12c)의 크기나 분포는 제한이 없고, 이에 의해, 연삭숫돌(1)에 따른 압력변동을 광범위하게 조정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 ELID 연삭장치에 있어서, 음전극 표면에 메탈본드 연삭숫돌과의 상대운동에 의해 동압을 발생시키고, 또한 다수의 연삭액 포켓을 일으켜 특수한 표면구조를 형성하는 것에 의해, ELID 연삭에 있어서의 음극생성물의 억제를 도모한 것이다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 2a에 나타난 동압발생전극(10)을 시범적으로 만들고, 전해 드레싱 연삭에 적용하였다. 시범적으로 만든 전극표면에는 상술한 급변부(12a)와 점변부(12b)로 이루어진 다수의 계단상 요부(12)가 설치되어 있고, 연삭숫돌 회전에 의해 연삭액(3)에 동압을 발생시킬 수 있다. 또한, 시범적으로 제조한 전극은 연삭숫돌의 직경 150mm에 맞추어 설계되었고, 대향 면적은 연삭숫돌 주변길이의 약 1/4로 하고, 또한 각 구멍의 최대 깊이는 약 1mm로 하였다.

본 실험에 사용한 장치와 그 시스템은 이하와 같다.

(1) 연삭장치

레시프로식(reciprocal) 평면연삭판을 이용하고, 이것에 ELID 전극, 전기공급체 등을 붙여서 실험에 이용하였다.

(2) 연삭숫돌

주철계 메탈본드 다이아몬드 연삭숫돌(φ150mm×w10 스트레이트(straight))을 이용하였다. 입자크기는 조연삭(粗硏削)용으로 #325, 마무리 연삭용으로는 #4000을 이용하였다. 모두 집중도는 100으로 하였다.

(3) ELID 전원

ELID 연삭에는 전용의 고주파 펄스 전원을 이용하였다.

(4) 그 외

연삭액으로서, 표준의 수용성 연삭액을 정제수에 의해 50배로 희석하여 이용하였다.

(실험방법)

#80GC 연삭숫돌을 이용한 로터리 트루어(rotary truer)에 의해 각 연삭숫돌을 트루잉(truing)한 후, 먼저 #325에 의해 초경합금의 조연삭을 실시하였다. 이어, #4000 연삭숫돌을 이용하여 동압발생전극에 의한 전해 드레싱 특성을 조절하고, 초경합금의 ELID 경면 연삭효과 등을 확인하였다. 가공결과는 주로 표면거칠기(거칠기 측정기)에 의해 평가를 실시하였다.

(실험결과)

(1) 초기 전해 드레싱의 전기적 거동

우선, 동압발생전극에 의한 초기 전해 드레싱의 전기적 거동을 조사한 결과를 도 3에 나타내었다. 보통의 전극을 사용할 때와 비교하여 약간 전류값이 크고, 전압값이 작아지는 경향이 있었다.

(2) 전해 드레싱에 의한 부도체 피막

이어, 동압발생전극에 의해 초기 전해 드레싱을 실시한 연삭표면에 형성된 부도체 피막 두께를 조사한 결과를 도 4에 나타내었다. 그 결과, 보통의 전극보다 얇아지고, 90V시에 있어서는 1/2 가깝게 되었다. 보통보다 평균 간극(갭)이 커지기 때문에 피막이 얇아지는 것으로 사료된다.

(3) ELID 경면 연삭효과

또한, 조연삭을 실시한 초경합금에 대하여, 동압발생전극에 의해 초기 드레싱을 실시한 #4000 연삭숫돌을 이용하여 ELID연삭을 실시하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다. 이 도에서 알수 있는 바와 같이, 최대 1mm의 갭이 존재함에도 불구하고, 보통의 전극에 의한 ELID 경면 연삭과 동등한 정도이상의 고품위한 경면 상태를 실현할 수 있음이 확인되었다.

(4) 음극생성물의 비교

보통의 전극의 경우, 피가공물에도 의존하지만, 전극으로의 금속 퇴적물은 약 8시간에서 100∼150미크론(miron)이상이 된다. 이 경우, 통상적으로는 최초에 설정된 전극 간극 100미크론이 거의 묻혀버리게 된다.

한편, 본 발명과 같이 전극표면에 계단상의 요철을 형성한 경우에는, 많고 적은 데이터 측정에 의한 산재는 있지만, 금속 퇴적물은 약 20∼30미크론 정도의 약간 적은 양으로 억제되고 있다. 그래서 연삭숫돌 표면에는 충분한 전해부도체 피막이 형성되어 있고, 충분한 ELID 경면 연삭 효과가 인정되고, 가장 유효한 결과가 얻어졌다.

즉, ELID 경면 연삭을 실시한 후의 동압발생전극 표면을 검사한 결과, 종래의 전극과 비교하여 금속 퇴적물이 큰폭으로 적은 것을 알았다. 또한, ELID 경면 연삭을 실시할 때, 전극표면의 포켓 효과도 활성되어 있고, 동압발생전극에 의한 ELID 경면 연삭의 효과를 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명은 상술한 실시예로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 본 발명의 동압발생전극은 도 1에 예시된 전해 드레싱 연삭용으로 한정되지 않고, 전해 드레싱 연삭용의 모든 전극에 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 동압발생전극은 ①음전극 표면에 퇴적한 퇴적물의 생성을 억제할 수 있고, ②충분한 연삭액을 안정하게 공급할 수 있으며, ③전극 간극으로의 공기의 혼입을 저감할 수 있고, 이에 의해 , ELID 연삭을 안정적으로 장시간 무인운전할 수 있는 등의 우수한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명을 몇 개의 바람직한 실시예에 의해 설명하였지만, 본 발명에 포함된 권리범위는 이런 실시예에 한정되지 않음이 이해될 것이다. 반대로 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구범위에 한정되는 모든 개량, 수정 및 균등물을 포함하는 것이다.

Claims (4)

1. 전도성 연삭숫돌의 가공면과 간극을 두어 대향하고, 그 사이에 전도성액체를 흘리면서 전압을 걸어서, 연삭숫돌을 전해에 의해 드레싱하면서 피연삭재를 연삭하는 전해 드레싱 연삭용 동압발생전극에 있어서,

   상기 전극은 연삭숫돌의 이동방향으로 서로 간극을 두어 설치된 연삭숫돌의 가공면으로부터 일정한 간극을 갖는 복수의 최협부와, 상기 최협부 사이에 설치되고 최협부보다 넓은 간극을 갖는 복수의 요부를 갖는 것을 특징으로 하는 동압발생전극.
2. 제 1항에 있어서, 상기 요부는 연삭숫돌의 이동방향을 따라 간극을 변화시키도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동압발생전극.
3. 제 1항에 있어서, 상기 연삭숫돌의 이동방향을 따라 간극이 서서히 변화하는 점변부와, 간극이 급변하는 급변부로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 동압발생전극.
4. 제 1항에 있어서, 상기 요부는 연삭숫돌의 이동방향을 따라 설치된 복수의 구면으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 동압발생전극.