수정체 저온 선반가공

수정체 저온 선반가공의 핵심 작업 과정은 가공소재 사전 처리, 저온 환경 구축, 절삭 파라미터 설정, 저온 절삭 수행, 가공 품질 검사의 다섯 가지 핵심 단계로 나눌 수 있는데 그 핵심 목표는 저온 환경을 통해 재료 절삭 성능을 개선하고 가공 정밀도와 표면 품질을 제어하는 것이다.

1. 가공소재 사전 처리:

저온 연성 처리

금속, 세라믹 또는 결정 재료와 같은 가공소재를 -20 ℃ ~ -150 ℃ 로 냉각하고 저온 유도 재료의 아삭함을 이용합니다.

일반적인 방법:

액체 질소 침포: 부품을 액체 질소 탱크에 최소 10분 동안 담그고, 액체 질소가 격렬한 기화 (흰 연기 감소) 를 멈춘 후 꺼내어 부품의 전체 온도가 균일하도록 확보한다.

전자냉동카드판: 반도체의 온도차랭원리를 리용하여 1급전기더미 (-30 ℃) 또는 2급전기더미 (-70 ℃) 를 통해 직접 공작물을 냉각하는 동시에 특수액막얼음으로 공작물을 얼음으로 카드판에 고정시켜 협착과 냉각의 일체화를 실현한다.

가공소재 고정 및 위치 지정

예냉된 공작물을 선반 카드판이나 작업대에 신속하게 고정시켜 온도가 상승하여 아삭아삭함이 사라지지 않도록 한다.

결정 재료와 같은 정밀 가공의 경우 고정밀 고정장치를 사용하고 가공소재 축 방향(Z축) 및 레이디얼(X축) 위치를 조정하여 가공점이 공구에 정렬되도록 합니다.

2. 수정체 저온 선반가공 저온 환경의 구축:

냉각 미디어 선택

액질소: 순도는 99.999% 에 달해야 하며 액질소펌프를 통해 추출하고 미세금속원관을 거쳐 절삭구역에 분사하여 -196 ℃ 의 극저온냉각을 실현해야 한다.

저온 가스: 압축 공기 또는 질소는 냉각 시스템을 통해 -40 ℃ 에서 -80 ℃ 로 냉각되고 노즐을 통해 절삭 인터페이스로 분사되며 액체 질소에 민감한 재료에 적용됩니다.

저온 액체 혼합: 액체 질소를 알코올에 주입하면 -90 ℃ 의 저온 액체를 얻을 수 있으며, 침액 냉각법에 적용된다.

냉각 방식 분류

외냉식: 가공소재 또는 공구 표면만 냉각하고 내부 온도는 여전히 높으며 황삭에 적합합니다.

내랭식: 공구 내부 구멍이나 가공소재 내부 통로를 통해 저온 유체를 수송하여 전체 절삭 구역의 온도를 균일하게 하고 절삭 효과가 더욱 우수하여 정밀 가공에 적합하다.

연속 냉각: 전체 가공소재 또는 가공 영역을 지속적으로 냉각하여 냉각 효과는 좋지만 에너지 소비량은 높습니다.

띄엄필렛 냉각: 절삭 시에만 부분적으로 냉각되며 온도에 민감한 재료에 적합합니다.

온도 제어 및 피드백

온도센서를 이용해 절삭구역 온도를 실시간으로 모니터링하고, 피드백 컨트롤러를 통해 저온 유체 분사량을 조절해 목표 온도(예: -50 ℃)를 유지한다.

현재 피드백 컨트롤러가 가공 시스템의 입력 전력 변화를 감지하면 온도 변동을 보상하기 위해 자동으로 트래픽을 조정합니다.

3. 가공 매개변수 설정:

작업셀 및 공구 선택

선반: 정밀 수평식 선반을 선택하여 주축 회전 속도 범위 25-1600r/min, 공급량 0.05-1.50mm/r로 저온 절삭의 동적 수요를 만족시킨다.

공구: 내부 냉각 드릴, 밀링과 같은 내부 냉각 공구를 우선적으로 선택하여 저온 유체가 컷 인터페이스에 직접 도달하도록 합니다.결정 재료의 경우 금강석 공구를 사용하여 아표면 손상을 줄여야 한다.

절삭 매개변수 최적화

절삭속도: 저온에서 재료의 아삭함이 증가하여 절삭속도(예: 200-500m/min)를 적당히 높여 절삭력을 줄일 수 있지만 속도가 너무 높아 온도가 상승하는 것을 피해야 한다.

이송량: 일반적으로 절삭 효율과 표면 거친도의 균형을 맞추기 위해 재료 경도에 따라 0.05-0.2mm/r로 조정됩니다.

배식 칼량: 정밀 가공 시 0.1-1.0mm로 제어하여 과도한 절삭력으로 인해 가공소재가 변형되거나 공구가 파손되지 않도록 한다.

4. 저온 절삭 실행:

저온 유체 분사

선반을 가동한 후, 액체 질소 탱크나 저온 가스 밸브를 열고, 냉각 매체를 노즐을 통해 절삭 변형 구역 (예를 들어 바이트 앞의 칼면과 절삭 부스러기가 접촉하는 위치) 을 조준한다.

분사 각도는 일반적으로 30 ° -45 °, 절삭 지점에서 10-30mm이며 냉각 매체가 절삭 인터페이스를 균일하게 덮도록 보장합니다.

절삭 프로세스 모니터링

절삭력, 절삭 온도 및 절삭 부스러기 형태를 실시간으로 관찰하고 냉각 유량 또는 절삭 매개변수를 조정하여 가공 효과를 최적화합니다.

결정재료에 대해서는 절삭진동을 엄격히 통제하여 아표면의 균열이나 위치착오결함을 피해야 한다.

부스러기 배출 및 청소

저온 유체는 절삭 구역을 씻어 절삭 부스러기 배출을 촉진하고 2차 절삭을 방지한다.

가공이 완료되면 알코올이나 이온제거수로 공작물 표면을 세척해 잔류 냉각매체를 제거한다.

5. 가공품질검측:

표면 조잡도 측정

프로파일러 또는 원자력 현미경(AFM)을 사용하여 표면 거친도(Ra 값)를 측정하면 일반적으로 저온 절삭은 Ra 값을 0.8μm 이하로 낮출 수 있습니다.

미시적 구조 분석

스캔 전자현미경(SEM) 또는 투과 전자현미경(TEM)을 통해 가공된 표면의 미시적 구조를 관찰하고, 결정 입자 세분화, 가공 경화층 두께 및 잔여 응력 분포를 평가한다.

전형적인 결과: 초저온 절삭은 표면의 결정 입자 크기를 세분화하여 가공 경화층의 두께를 낮추는 동시에 표면의 잔여 압력을 증가시켜 피로 수명을 높일 수 있다.

성능 테스트

가공된 가공소재에 대해 경도 테스트, 피로 시험 또는 광학 성능 검사 (예: 결정 투광률) 를 실시하여 저온 절삭의 재료 성능 개선 효과를 검증한다.