KR102068538B1

KR102068538B1 - Polishing system using magnetorheological fluid and polishing method using the same

Info

Publication number: KR102068538B1
Application number: KR1020180067900A
Authority: KR
Inventors: 김욱배
Original assignee: 한국산업기술대학교산학협력단
Priority date: 2018-06-14
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2020-01-21
Also published as: KR20190141310A

Abstract

본 발명은 가공구조를 단순화하면서 효율적으로 연마가 가능한 자기유변유체를 이용한 연마장치에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 구동부에 의해 제1회전축 주위로 회전하는 회전드럼; 상기 회전드럼의 내면에 인접하게 구비되며, 피가공부재를 지지하고 제2회전축 주위로 회전하는 피가공부재지지부; 상기 회전드럼 내부로 자기유변유체를 공급하는 자기유변유체공급부; 상기 회전드럼의 외면에 인접하게 구비되어 상기 회전드럼 내부로 자기장을 인가하는 자기장생성부를 포함하여 구성되는 자기유변유체를 이용한 연마장치를 제공한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 가공구조를 단순화하여 생산비용을 저감시키고, 자기유변유체를 일정한 상태로 유지시켜 오랫동안 재사용할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a polishing apparatus using a magnetorheological fluid that can be polished efficiently while simplifying the processing structure. To this end, the present invention comprises a rotary drum for rotating around the first rotary shaft by the drive unit; A processing member support portion provided adjacent to an inner surface of the rotating drum and supporting the processing member and rotating around a second rotating shaft; Magnetorheological fluid supply unit for supplying a magnetorheological fluid into the rotating drum; It is provided adjacent to the outer surface of the rotating drum provides a polishing apparatus using a magnetorheological fluid comprising a magnetic field generating unit for applying a magnetic field into the rotating drum.
Therefore, according to the present invention, there is an advantage that the processing structure can be simplified to reduce the production cost, and the magnetorheological fluid can be kept in a constant state and reused for a long time.

Description

자기유변유체를 이용한 연마장치 및 그것을 이용한 연마방법{Polishing system using magnetorheological fluid and polishing method using the same}Polishing system using magnetorheological fluid and polishing method using it {Polishing system using magnetorheological fluid and polishing method using the same}

본 발명은 자기유변유체를 이용한 연마장치 및 그것을 이용한 연마방법에 관한 것이며, 구체적으로 가공구조를 단순화하면서 효율적으로 연마가 가능한 자기유변유체를 이용한 연마장치에 관한 것이다.The present invention relates to a polishing apparatus using a magnetorheological fluid and a polishing method using the same, and more particularly, to a polishing apparatus using a magnetorheological fluid capable of efficiently polishing while simplifying a processing structure.

연마가공은 정밀 부품의 경우 피가공물의 형상 및 치수 정밀도 오차를 최대한 줄이기 위해 적용되기도 하고, 외관의 심미적 표현을 위해 적용되기도 한다. 연마가공은 낮은 표면거칠기를 갖는 매끈한 표면을 얻는 과정으로서, 수십 마이크로미터에서 수십 나노미터 크기의 미세 연마지립이 피가공소재 표면에서 상대운동함으로서 극미량의 재료를 제거해 나간다. 따라서, 많은 연마가공은 재료제거율이 단위시간당 가공깊이가 분당 수 나노미터에서 수십 나노미터 정도에 불과하다.In the case of precision parts, the grinding process may be applied to minimize the shape and dimensional accuracy errors of the workpiece, or may be applied for the aesthetic expression of the appearance. Polishing is a process of obtaining a smooth surface having a low surface roughness, and fine abrasive grains of several tens of micrometers to tens of nanometers are moved relative to the workpiece surface to remove trace amounts of material. As a result, many abrasives have a material removal rate of only a few nanometers per minute to several tens of nanometers per minute.

연마에 있어서 공정효율은 최종의 표면거칠기가 얼마나 낮은가와 얼마나 빠른 속도로 가공할 수 있느냐로 판단하는데 두 특성은 대부분의 경우 상충된다. 즉, 표면거칠기를 작게 하기 위해서는 작은 지립에 낮은 가공압을 적용해야 하므로 속도가 느리고, 가공속도를 증가시키기 위해서는 큰 지립과 높은 가공압을 적용해야 하는데, 그러한 경우 표면거칠기 저하에 한계가 있고 스크래치 등의 가공 불량이 발생하기 쉽다.In polishing, process efficiency is determined by how low the final surface roughness can be and how fast it can be processed. The two properties are in most cases conflicting. In other words, in order to reduce the surface roughness, it is necessary to apply low processing pressure to small abrasive grains, so the speed is slow, and in order to increase the processing speed, large abrasive grains and high processing pressure should be applied. Poor processing tends to occur.

한편, 자기유변유체를 이용한 연마법은 자기력에 반응하여 고체화되는 자기유변유체를 공구로 사용하는 연마효율이 높은 가공법이다. 자기유변유체는 수 미크론 크기의 구 형상의 철입자가 물에 분산되어 있는 유체이며, 침전과 철입자의 부식방지를 위한 소량의 첨가제와 알루미나 또는 다이아몬드와 같은 소량의 연마재로 구성되어 있다. On the other hand, the polishing method using a magnetorheological fluid is a processing method of high polishing efficiency using a magnetorheological fluid which solidifies in response to a magnetic force as a tool. A magnetorheological fluid is a fluid in which spherical iron particles of several microns are dispersed in water, and are composed of a small amount of additives for precipitation and corrosion protection of iron particles and a small amount of abrasive such as alumina or diamond.

도 1에 나타낸 종래기술 US5795212호에 의하면, 직립하여 축에 의해 자전하는 휠이 있고, 상기 휠에 접하는 각도로 원주면에서 약간 떨어져 토출파이프로부터 자기유변유체가 상기 휠의 원주면으로 공급되고, 휠 원주면 내측에 구비된 전자석 또는 자석에 의해 자기유변유체가 고체화되어 자기유변유체의 전단력에 의해 피가공물을 연마하는 장치가 개시되어 있다.According to the prior art US5795212 shown in FIG. 1, there is a wheel that is upright and rotated by a shaft, and a magnetorheological fluid is supplied from the discharge pipe to the circumferential surface of the wheel, slightly away from the circumferential surface at an angle contacting the wheel. Disclosed is an apparatus in which a magnetorheological fluid is solidified by an electromagnet or a magnet provided inside a circumferential surface to polish a workpiece by a shear force of the magnetorheological fluid.

또한, 도 2에 나타낸 종래기술 등록특허공보 제10-1045530호에 의한 자기유변유체 연마장치는 회전부재(130)와 대상체(120)가 인접하여 연마가 이루어지며, 회전하는 회전부재(130)의 일측면에 자기유변유체(100)를 주입하여 회전부재(130)의 외주연을 자기유변유체가 감싸는 형태로 자기유변유체층이 형성되도록 한다.In addition, the magnetorheological fluid polishing apparatus according to the prior art Patent Publication No. 10-1045530 shown in Figure 2 is the rotating member 130 and the object 120 is made to be adjacent to the polishing, the rotation of the rotating member 130 The magnetorheological fluid is injected into one side such that the magnetorheological fluid layer is formed in such a manner that the magnetorheological fluid surrounds the outer circumference of the rotating member 130.

이때 회전부재의 내측에 구비된 전자석에 전원을 공급하여 자기장을 형성시키면 자기유변유체층이 응집되어 연마가 이루어진다.At this time, if the magnetic field is formed by supplying power to the electromagnet provided inside the rotating member, the magnetorheological fluid layer is aggregated and polished.

도 1의 방법에서와 달리 도 2에서는 원주상에 공급한 자기유변유체는 휠에 흡착되어 가공중에 계속 사용된다는데 차이점이 있다. 이는 자기유변유체를 흡입-수거하여 순환시킬 필요가 없다는 점에서 가공구조가 단순해져서 유리한 장점이 있지만, 자기유변유체가 수분증발로 물성이 변경되고 피가공물과 휠 사이에서 일정한 형상을 지속적으로 유지하지 못하므로 가공능력이 시간의 흐름에 따라 저하되는 문제점이 있다.Unlike the method of FIG. 1, in FIG. 2, the magnetorheological fluid supplied to the circumference is adsorbed by the wheel and is continuously used during processing. This is advantageous because the processing structure is simplified in that the magnetorheological fluid does not need to be suction-collected and circulated.However, the magnetorheological fluid changes its properties by water vaporization and does not continuously maintain a constant shape between the workpiece and the wheel. There is a problem that the processing capacity is deteriorated over time.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것이며, 가공구조의 단순함과 안정성 있는 공정상태를 유지하여 고정밀, 고효율의 생산수단을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, the object of the present invention is to provide a high-precision, high-efficiency production means by maintaining a simple and stable process state of the processing structure.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구동부에 의해 제1회전축 주위로 회전하는 회전드럼; 상기 회전드럼의 내면에 인접하게 구비되며, 피가공부재를 지지하고 제2회전축 주위로 회전하는 피가공부재지지부; 상기 회전드럼 내부로 자기유변유체를 공급하는 자기유변유체공급부; 상기 회전드럼의 외면에 인접하게 구비되어 상기 회전드럼 내부로 자기장을 인가하는 자기장생성부를 포함하여 구성되는 자기유변유체를 이용한 연마장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a rotary drum for rotating around the first rotary shaft by the drive unit; A processing member support portion provided adjacent to an inner surface of the rotating drum and supporting the processing member and rotating around a second rotating shaft; Magnetorheological fluid supply unit for supplying a magnetorheological fluid into the rotating drum; It is provided adjacent to the outer surface of the rotating drum provides a polishing apparatus using a magnetorheological fluid comprising a magnetic field generating unit for applying a magnetic field into the rotating drum.

상기 회전드럼은 수직축에 대해 일정각도 기울어진 것이 바람직하다.The rotating drum is preferably inclined at an angle with respect to the vertical axis.

상기 제1회전축 및 제2회전축은 평행하고, 서로 반대방향으로 회전하는 것이 바람직하다.Preferably, the first and second rotation shafts are parallel and rotate in opposite directions.

상기 회전드럼의 하부에는 단면적이 연속적으로 작아지며 상기 자기유변유체가 중력에 의해 아래로 배출되는 자기유변유체배출부가 형성될 수 있다.In the lower portion of the rotating drum, a cross-sectional area may be continuously reduced, and a magnetorheological fluid discharge part may be formed in which the magnetorheological fluid is discharged downward by gravity.

상기 자기장생성부는 상기 제2회전축의 축방향을 따라 배열된 복수 개의 자성유닛을 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the magnetic field generating unit includes a plurality of magnetic units arranged along the axial direction of the second rotation shaft.

여기서, 상기 자기유변유체를 이용한 연마장치는 상기 자기장생성부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 자성유닛은 자기장의 세기를 변화시킬 수 있도록 구비되며, 상기 제어부는 상기 복수 개의 자성유닛에 의한 자기장의 세기를 순차적으로 변화시키는 것이 바람직하다.Here, the polishing apparatus using the magnetorheological fluid includes a control unit for controlling the magnetic field generating unit, the magnetic unit is provided to change the intensity of the magnetic field, the control unit is the strength of the magnetic field by the plurality of magnetic units It is preferable to change sequentially.

상기 회전드럼은 수직축에 대해 일정각도만큼 기울어진 상태로 회전하며, 상기 제어부는 상기 회전드럼의 기울어진 각도에 기초하여 상기 자기장의 세기 변화의 속도를 변동시킬 수 있다.The rotating drum rotates in a state of being inclined by a predetermined angle with respect to the vertical axis, and the controller may vary the speed of the intensity change of the magnetic field based on the inclined angle of the rotating drum.

본 발명에 의하면, 가공구조를 단순화하여 생산비용을 저감시키고, 자기유변유체를 일정한 상태로 유지시켜 오랫동안 재사용할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, there is an advantage that the processing structure can be simplified to reduce the production cost, and the magnetorheological fluid can be kept in a constant state and reused for a long time.

도 1 및 도 2는 종래기술에 의한 자기유변유체를 이용한 연마장치의 구조를 나타낸 구성도;
도 3은 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용한 연마장치의 구성을 나타낸 구성도;
도 4는 회전드럼 내에서 자기유변유체의 유동을 설명하기 위한 설명도;
도 5는 회전드럼과 피가공부재의 회전을 나타내는 단면도;
도 6은 자기유변유체에 의한 가공상태를 설명하기 위한 설명도;
도 7은 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용한 연마방법을 나타내는 순서도;
도 8은 도 2에서 자기장생성부의 구성 및 작용을 설명하기 위한 설명도;
도 9는 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용한 연마장치의 다른 실시예를 나타내는 구성도.1 and 2 is a configuration diagram showing the structure of a polishing apparatus using a magnetorheological fluid according to the prior art;
3 is a block diagram showing the configuration of a polishing apparatus using a magnetorheological fluid according to the present invention;
4 is an explanatory diagram for explaining the flow of the magnetorheological fluid in the rotating drum;
5 is a cross-sectional view showing the rotation of the rotating drum and the member to be processed;
6 is an explanatory diagram for explaining a processing state by a magnetorheological fluid;
7 is a flowchart showing a polishing method using a magnetorheological fluid according to the present invention;
8 is an explanatory diagram for explaining the structure and operation of the magnetic field generating unit in FIG. 2;
9 is a block diagram showing another embodiment of a polishing apparatus using a magnetorheological fluid according to the present invention.

본 발명의 실시예의 구성 및 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.The configuration and operation of the embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용한 연마장치는 회전드럼(200), 피가공부재지지부(300), 자기장생성부(400), 회수탱크(500), 자기유변유체공급부(550), 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, the polishing apparatus using the magnetorheological fluid according to the present invention includes a rotating drum 200, a member to be processed 300, a magnetic field generating unit 400, a recovery tank 500, and a magnetorheological fluid supply unit ( 550, and a controller (not shown).

상기 회전드럼(200)은 플라스틱과 같은 비전도성의 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 원통형으로 구성될 수 있다. The rotating drum 200 is preferably made of a non-conductive material such as plastic, it may be configured in a cylindrical shape.

상기 회전드럼(200)은 제1모터(210)에 연결되어 회전할 수 있으며, 이때, 상기 회전드럼의 제1회전축(215)은 수직방향에 대해 일정각도(α) 기울어진 것이 바람직하다.The rotating drum 200 may be connected to the first motor 210 to rotate. In this case, the first rotating shaft 215 of the rotating drum may be inclined at an angle with respect to the vertical direction.

상기 회전드럼(200)의 내주면으로는 자기유변유체가 흐르게 되며, 상기 회전드럼의 하부에는 상기 자기유변유체가 중력에 의해 아래로 배출되도록 단면이 연속적으로 작아져 자기유변유체가 신속하게 배출되도록 하는 자기유변유체배출부(250)가 형성된다.A magnetorheological fluid flows through the inner circumferential surface of the rotating drum 200, and a cross section is continuously reduced in the lower part of the rotating drum such that the magnetorheological fluid is discharged downward by gravity so that the magnetorheological fluid is quickly discharged. The magnetorheological fluid discharge part 250 is formed.

한편, 상기 회전드럼(200)의 내주면에 인접하여 피가공부재(310)가 구비된다. 상기 피가공부재(310)는 표면을 연마하고자 하는 부재로서, 알루미늄 또는 유리, 실리콘 등으로 이루어진 물체가 될 수 있다. 상기 피가공부재의 형상은 제한이 없지만 원통형으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.Meanwhile, the member 310 to be processed is provided adjacent to the inner circumferential surface of the rotating drum 200. The member 310 to be polished may be an object made of aluminum, glass, silicon, or the like. The shape of the member to be processed is not limited, but most preferably made of a cylindrical shape.

상기 피가공부재(310)는 피가공부재지지부(300)에 의해 지지된다. 상기 피가공부재지지부(300)는 제2모터(230)에 연결되어 회전할 수 있으며, 제2회전축의 역할을 동시에 수행할 수 있다. The member 310 to be processed is supported by the member supporting member 300. The member 300 to be processed may be connected to the second motor 230 to rotate, and may simultaneously serve as a second rotation shaft.

상기 제2회전축은 제1회전축과 동일한 기울기로 기울어져 서로 평행하게 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 피가공부재(310)는 회전드럼 내에서 상기 회전드럼과 평행하게 회전할 수 있다.Preferably, the second rotation shaft is inclined at the same slope as the first rotation shaft to be parallel to each other. Therefore, the member 310 to be processed may rotate in parallel with the rotating drum in the rotating drum.

상기 회전드럼을 사이에 두고 상기 피가공부재(310)에 인접한 위치에는 자기장생성부(400)가 구비된다. 상기 자기장생성부(400)는 영구자석 또는 전자석 등의 자성유닛을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 자성유닛은 상기 제2회전축 방향으로 복수 개가 병렬적으로 배치될 수 있다. 상기 자성유닛은 제2회전축 방향으로 N극과 S극이 순차적으로 배치되도록 하는 것이 바람직하다.The magnetic field generating unit 400 is provided at a position adjacent to the member 310 to be processed with the rotating drum therebetween. The magnetic field generating unit 400 may include a magnetic unit such as a permanent magnet or an electromagnet, and a plurality of the magnetic units may be arranged in parallel in the direction of the second rotation axis. Preferably, the magnetic unit is arranged such that the N pole and the S pole are sequentially disposed in the direction of the second rotation axis.

또한, 상기 자기장생성부(400)가 전자석을 포함하는 경우 전원장치(450)를 통해 자기장생성부에 전원을 인가할 수 있다.In addition, when the magnetic field generating unit 400 includes an electromagnet, power may be applied to the magnetic field generating unit through the power supply device 450.

상기 회전드럼의 하부에는 가공을 마친 자기유변유체가 수집되는 회수탱크(500)가 구비된다. 상기 회수탱크(500)에는 상기 회전드럼의 끝단과 연결되는 회수관(510)이 형성되며, 상기 회수관(510)과 회전드럼(200)의 끝단은 베어링(260)으로 연결된다. 따라서, 상기 회수관(510)은 자기유변유체를 수집하는 역할뿐만 아니라, 상기 회전드럼(400)의 하부끝단을 지지하여 주는 역할도 동시에 할 수 있다.The lower portion of the rotating drum is provided with a recovery tank 500 for collecting the finished magnetorheological fluid. The recovery tank 500 is formed with a recovery pipe 510 is connected to the end of the rotating drum, the end of the recovery pipe 510 and the rotating drum 200 is connected to the bearing 260. Therefore, the recovery pipe 510 may play a role of supporting the lower end of the rotating drum 400 as well as collecting the magnetorheological fluid.

상기 회수관(510)의 중간부분에는 힌지와 같은 각도조절부재(512)가 구비되어 상기 회전드럼의 기울기에 따라 회수관의 각도도 조절될 수 있게 하는 것이 바람직하다.The middle portion of the recovery pipe 510 is preferably provided with an angle adjusting member 512 such as a hinge so that the angle of the recovery pipe can be adjusted according to the inclination of the rotating drum.

상기 회수탱크(500)에 수집된 자기유변유체는 자기유변유체공급부(550)를 통해 다시 회전드럼(200)으로 투입될 수 있다. 상기 자기유변유체공급부(550)는 펌프와 같은 유체이동수단을 포함하여 구성될 수 있다.The magnetorheological fluid collected in the recovery tank 500 may be introduced into the rotating drum 200 again through the magnetorheological fluid supply unit 550. The magnetorheological fluid supply unit 550 may include a fluid moving means such as a pump.

상기 자기유변유체공급부(550)에 의해 이동된 자기유변유체는 노즐(560)을 통해 토출되어 회전드럼(200)의 내주면을 따라 이동하게 된다.The magnetorheological fluid moved by the magnetorheological fluid supply unit 550 is discharged through the nozzle 560 to move along the inner circumferential surface of the rotating drum 200.

즉, 도 4를 참조하면, 상기 노즐(560)은 회전드럼(200)의 내주면에 평행한 방향으로 구비되어 자기유변유체를 내주면에 평행한 방향으로 분사시키는 것이 바람직하며, 분사된 자기유변유체(600)는 ω1의 각속도로 회전하는 회전드럼의 내주면을 따라 이동하게 되며, 자체 중력에 의하여 점점 내려오면서 나선형의 궤적을 그리게 된다.That is, referring to Figure 4, the nozzle 560 is provided in a direction parallel to the inner circumferential surface of the rotating drum 200, it is preferable to spray the magnetorheological fluid in a direction parallel to the inner circumferential surface, the sprayed magnetorheological fluid ( 600) moves along the inner circumferential surface of the rotating drum rotating at an angular velocity of ω1 and draws a spiral trajectory as it gradually descends by its own gravity.

상기 자기유변유체는 물, 자성입자, 연마재 및 화학첨가제를 포함하여 이루어지며, 자기장의 존재하에서 기계적 특성이 변하고 가소성 재료로 변화하는 액상 조성물이다. 상기 자기유변유체는 강자성 입자들을 포함하며, 통상 직경이 0.1μm보다 크고 운반유체인 물 내에서 분산된다. 자기장이 인가되면, 상기 입자들은 자화되고 상기 유체 내에서 체인들을 구성하게 된다. 상기 입자들의 체인들은 기계적 특성의 현저한 변화, 특히 매우 큰 크기의 겉보기 점도의 증가로 나타나는 항복응력의 증가에 대한 원인이 되는 공간 구조를 형성한다. 반면, 자기장이 없는 경우, 입자들은 해체된 상태 또는 자유로운 상태로 복귀하며 전체적인 재료의 초기 조건이 대응하여 복구된다.The magnetorheological fluid includes water, magnetic particles, abrasives and chemical additives, and is a liquid composition in which mechanical properties change in the presence of a magnetic field and change into a plastic material. The magnetorheological fluid contains ferromagnetic particles, and is usually dispersed in water having a diameter larger than 0.1 μm and being a carrier fluid. When a magnetic field is applied, the particles are magnetized and make up chains in the fluid. The chains of particles form a spatial structure that contributes to a significant change in mechanical properties, in particular an increase in yield stress which results in an increase in the apparent viscosity of a very large size. On the other hand, in the absence of a magnetic field, the particles return to their disassembled or free state and the initial conditions of the overall material are correspondingly restored.

도 5를 참조하면, 회전드럼(200) 및 피가공부재(310)는 평행한 회전축에 의해 회전하며, 서로 반대방향으로 회전되는 것이 바람직하다. 이 상태에서 노즐에 의해 자기유변유체가 분사되면, 상기 피가공부재(310) 및 회전드럼(200)의 내주면 사이의 간극을 통해 자기유변유체가 이동하게 된다. 이때, 자기장생성부(400)에 의해 자기장이 인가되면 자기유변유체의 점성이 높아져 마치 고체상태와 같이 되어 피가공부재의 표면을 연마하게 된다.5, the rotating drum 200 and the member 310 to be rotated by a parallel rotation axis, it is preferable to rotate in the opposite direction to each other. When the magnetorheological fluid is injected by the nozzle in this state, the magnetorheological fluid moves through the gap between the member 310 and the inner circumferential surface of the rotating drum 200. At this time, when the magnetic field is applied by the magnetic field generating unit 400, the viscosity of the magnetorheological fluid becomes high and becomes like a solid state to polish the surface of the member to be processed.

구체적으로, 회전드럼(200)은 ω1으로, 피가공부재(310)는 ω2로 회전할 때, 가공영역은 도 6과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 둘 사이의 근접부위에서 두 물체의 회전운동에 대한 상대운동속도 │ω1│+│ω2│가 발생한다.In detail, when the rotating drum 200 rotates at ω 1 and the workpiece 310 rotates at ω 2, the machining area may be represented as shown in FIG. 6. That is, the relative velocity of motion │ω1│ + │ω2│ occurs with respect to the rotational motion of two objects in the proximity between the two.

연마가공시 단위시간당 가공깊이는 아래와 같은 방정식에 의한다.The machining depth per unit time during polishing is based on the following equation.

dz/dt = kPvdz / dt = kPv

여기서, dz/dt는 단위시간당 가공깊이(즉, 재료제거속도), P는 피가공물을 누르는 압력, v는 공구와 피가공물간의 접선방향 상대속도, k는 비례상수이다. 위 방정식에서 가공속도를 결정하는 요인은 가공압력 P와 상대속도 v임을 알 수 있다. 본 발명에 의한 자기유변유체에 의한 가공효과는 크게 2가지로 나타난다.Where dz / dt is the processing depth per unit time (i.e. material removal rate), P is the pressure to press the workpiece, v is the tangential relative speed between the tool and the workpiece, and k is the proportional constant. In the above equation, the factors that determine the machining speed are the machining pressure P and the relative velocity v. The processing effect by the magnetorheological fluid according to the present invention is largely appeared in two ways.

첫째, 좁아지는 간극으로 자기유변유체가 진입할 때, 유체역학적 효과에 의해 피가공부재와 회전드럼 사이에 압력이 커지고, 이는 피가공부재에 가공압력으로 작용할 수 있다.First, when the magnetorheological fluid enters the narrowing gap, the pressure increases between the member to be processed and the rotating drum due to the hydrodynamic effect, which can act as a processing pressure on the member.

둘째, 피가공부재와 회전드럼의 간극부는 자기장생성부(400)에 의한 자기장이 작용하고 있는 부분으로, 자기유변유체의 점도(η)가 크게 상승한다. 이 때문에 피가공부재에 작용하는 전단력 τ = η(dv/dz)이 커지게 되는데, 이는 결국 피가공부재에 마찰력으로 작용하고, 증가된 마찰력이 가공속도를 증대시키게 된다.Second, the gap between the member and the rotating drum is a magnetic field generated by the magnetic field generating unit 400, the viscosity (η) of the magnetorheological fluid increases significantly. Because of this, the shear force τ = η (dv / dz) acting on the member is increased, which in turn acts as a friction force on the member, and the increased friction force increases the processing speed.

따라서, 간격이 좁아지는 쐐기효과에 의해 특별한 가공효과가 생겨 효과적으로 연마할 수 있게 된다.Therefore, a special processing effect is generated by the wedge effect of narrowing the gap, which makes it possible to effectively grind.

본 발명에서는 피가공부재보다 큰 회전드럼 내부에 피가공부재를 고속으로 회전시키고, 회전드럼은 상기 피가공부재와 반대방향으로 저속회전시킴으로써 피가공부재 외주면과 회전드럼의 내주면의 상대운동시에 쐐기형상의 간극으로 자기유변유체를 흐르도록 하고, 상기 간극 주위에 자기장을 인가한다. 상기 자기유변유체는 회전드럼의 상부에서 공급되어 상기 회전드럼과 함께 중력에 의해 나선궤도를 통해 회전드럼의 하부로 배출됨으로써 흡입펌프 등의 별도장치 없이도 용이하게 회수가 가능해진다. 또한, 회전드럼의 자전과 피가공부재의 자전만으로 피가공부재의 외표면을 가공할 수 있으므로 장비의 단순화를 도모할 수 있다.In the present invention, the workpiece is rotated at a high speed inside the rotating drum larger than the member to be processed, and the rotating drum is rotated at a low speed in the opposite direction to the member to be wedge at the relative movement of the outer peripheral surface of the member and the inner peripheral surface of the rotating drum. The magnetorheological fluid is allowed to flow through the gap of the shape, and a magnetic field is applied around the gap. The magnetorheological fluid is supplied from the upper part of the rotating drum and discharged to the lower part of the rotating drum through a spiral orbit by gravity along with the rotating drum, so that it can be easily recovered without a separate device such as a suction pump. In addition, the outer surface of the member can be machined only by rotating the rotating drum and rotating the member, thereby simplifying the equipment.

특히, 상기 피가공부재의 재질이 알루미늄인 경우 양극산화(anodization) 공정을 통해 금속기재 표면의 보호, 산화방지, 착색 및 장식적 광택을 부여하여 고급스러운 표면을 오랫동안 유지할 수 있다. 이러한 양극산화피막의 두께는 10~20μm 정도인데, 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용한 연마장치를 이용하면 양극산화피막을 매끈하게 연마할 수 있다.In particular, when the material of the workpiece is aluminum, it is possible to maintain a luxurious surface for a long time by providing protection, oxidation prevention, coloring and decorative gloss of the surface of the metal substrate through an anodization process. The thickness of the anodized film is about 10 ~ 20μm, using the polishing apparatus using a magnetorheological fluid according to the present invention can smoothly polish the anodized film.

다음으로, 도 7을 참조하여, 본 발명에 의한 자기유변유체를 이용한 연마방법에 대해 설명한다.Next, with reference to Fig. 7, the polishing method using the magnetorheological fluid according to the present invention will be described.

먼저, 피가공부재를 피가공부재지지부에 장착시킨 다음 회전드럼 내부에 위치시킨다. 이때, 상기 피가공부재의 회전축은 회전드럼의 회전축과 평행하게 장착된다.First, the member to be processed is mounted on the member supporting member and then placed inside the rotating drum. At this time, the rotating shaft of the member to be processed is mounted in parallel with the rotating shaft of the rotating drum.

피가공부재가 회전드럼 내에 장착되면, 회전드럼을 일정각도 기울인다. 상기 회전드럼이 기울어져 회전함으로써 자기유변유체가 회전드럼 내에서 회전하는 시간이 길어져 효율적인 연마작업이 이루어질 수 있다.When the member to be processed is mounted in the rotating drum, the rotating drum is tilted at an angle. As the rotating drum is inclined and rotated, the magnetorheological fluid rotates in the rotating drum, so that efficient polishing can be performed.

상기 회전드럼이 기울어진 상태에서 제1모터 및 제2모터를 각각 구동시켜 회전드럼에 연결된 제1회전축 및 피가공부재에 연결된 제2회전축을 서로 반대방향으로 회전시킨다. 이때, 연마효율을 위하여 제1회전축보다 제2회전축을 더 빠르게 회전시키는 것이 바람직하다.The first motor and the second motor are respectively driven while the rotating drum is inclined to rotate the first rotating shaft connected to the rotating drum and the second rotating shaft connected to the member to be processed in opposite directions. At this time, it is preferable to rotate the second rotary shaft faster than the first rotary shaft for polishing efficiency.

그리고, 자기유변유체공급부(550)를 통해 자기유변유체를 회전드럼 내로 공급시킨다. 그러면, 회전하는 회전드럼 내에서 원심력에 의해 회전드럼의 내주면에서 회전드럼과 함께 회전하면서 중력의 영향으로 나선궤적을 그리며 회전드럼 내부에서 이동하게 된다.Then, the magnetorheological fluid is supplied into the rotating drum through the magnetorheological fluid supply unit 550. Then, while rotating with the rotating drum on the inner circumferential surface of the rotating drum by centrifugal force in the rotating drum to move inside the rotating drum drawing a spiral trajectory under the influence of gravity.

이와 함께, 회전드럼의 외부에서는 도 8과 같이 자기장생성부(400)에 의해 자기장을 인가한다. 상기 자기장생성부(400)는 복수 개의 전자석으로 이루어진 자성유닛을 포함할 수 있고, 상기 자성유닛은 제2회전축을 따라 N극 및 S극이 번갈아가며 배치되어 있다. 이렇게 복수 개의 자성유닛이 제2회전축을 따라 배치되어 있어 피가공부재의 표면에 균일하게 자기장이 인가되어 전 표면에 걸쳐 균일한 연마품질을 얻을 수 있다.In addition, the magnetic field is applied by the magnetic field generating unit 400 as shown in FIG. 8 outside the rotating drum. The magnetic field generating unit 400 may include a magnetic unit composed of a plurality of electromagnets, and the magnetic units are alternately arranged with the N pole and the S pole along the second rotation axis. In this way, the plurality of magnetic units are arranged along the second rotation axis, and thus a magnetic field is uniformly applied to the surface of the member to be obtained to obtain uniform polishing quality over the entire surface.

이때, 제어부(미도시)에서는 상방향에 위치한 자성유닛부터 전원을 인가하여 자기장을 발생시킬 수 있으며, 이후 아래방향에 위치한 자성유닛에 순차적으로 전원을 인가하여 자기장을 발생시킬 수 있다. 하나의 자성유닛에 전원을 인가할 때에는 다른 자성유닛의 전원을 오프시키는 것이 바람직하다. 이렇게 순차적으로 자성유닛의 자기장의 세기를 변화시키는 제어방법 의하면, 자기유변유체가 중력에 의하여 아래방향으로 이동하면서 순차적으로 피가공부재의 표면을 연마할 수 있어 효율적인 연마공정이 진행될 수 있다.At this time, the control unit (not shown) may generate a magnetic field by applying power from the magnetic unit located in the upward direction, and then generate a magnetic field by sequentially applying power to the magnetic unit located in the downward direction. When power is applied to one magnetic unit, it is preferable to turn off the power of the other magnetic unit. According to the control method of sequentially changing the strength of the magnetic field of the magnetic unit, the magnetorheological fluid can be polished in order to sequentially polish the surface of the member to be processed while being moved downward by gravity, so that an efficient polishing process can be performed.

상기 제어부는 회전드럼의 기울어진 각도를 입력받아 기울어진 각도가 크면 자성유닛의 자기장의 세기를 변화시키는 속도를 작게 하고, 기울어진 각도가 작으면 자성유닛의 자기장의 세기를 변화시키는 속도를 크게 하는 것이 바람직하다.The control unit receives the inclination angle of the rotating drum to reduce the speed of changing the magnetic field strength of the magnetic unit when the inclination angle is large, and to increase the speed of changing the strength of the magnetic field of the magnetic unit when the inclination angle is small It is preferable.

회전드럼의 회전에 따라 자기유변유체가 자성유닛의 주변을 지날 때 자기유변유체는 자기장에 의해 고화되며, 자기장을 통과하면 다시 원래의 물성을 회복한다.When the magnetorheological fluid passes around the magnetic unit due to the rotation of the rotating drum, the magnetorheological fluid is solidified by the magnetic field, and when it passes through the magnetic field, it restores its original properties.

피가공부재는 자기장이 형성되는 부분에 회전드럼의 내주면과 피가공부재의 외주면이 1~5mm 정도의 틈새를 가지게 배치되는 것이 바람직하다. 그럼, 피가공부재와 회전드럼 사이를 자기유변유체가 유동하며 유동방햐응로 좁아지는 간극으로 인하여 높은 압력이 발생하고, 좁은 틈새로 인해 높은 전단응력(마찰력)이 발생하여 피가공부재가 집중적으로 연마된다.The member to be processed is preferably arranged such that the inner circumferential surface of the rotating drum and the outer circumferential surface of the member to be formed have a clearance of about 1 to 5 mm at a portion where the magnetic field is formed. Then, a high pressure is generated due to the gap between the member and the rotating drum due to the flow of the magnetorheological fluid and narrowing in the flow direction, and high shear stress (friction) occurs due to the narrow gap. To be polished.

피가공부재를 지난 자기유변유체는 중력에 의한 나선운동을 하면서 하부의 회수탱크(500)로 수집된다. 또한, 회수탱크로 수집된 자기유변유체는 자기유변유체공급부(550)를 통하여 다시 회전드럼 내부로 투입된다.The magnetorheological fluid that has passed through the member to be processed is collected by the recovery tank 500 at the bottom while performing spiral movement by gravity. In addition, the magnetorheological fluid collected by the recovery tank is introduced into the rotating drum again through the magnetorheological fluid supply unit 550.

연가가공이 완료되면 자기유변유체공급부(550)를 정지시키고, 회전드럼 및 피가공부재의 회전을 멈춘다.When the soft machining is completed, the magnetorheological fluid supply unit 550 is stopped, and the rotation of the drum and the member to be stopped is stopped.

한편, 도 9를 참조하면, 하나의 회전드럼 내부에는 지그를 이용하여 복수 개의 피가공부재가 장착될 수 있다. 구체적으로, 십자가 형태의 지그에 의하여 각 피가공부재가 90°간격으로 설치될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 피가공부재의 장착개수를 변경될 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 9, a plurality of workpieces may be mounted in one rotating drum using a jig. Specifically, each member to be processed may be installed at intervals of 90 ° by a cross-shaped jig. However, the present invention is not limited thereto, and the number of mounting members may be changed as necessary.

이와 같이, 본 발명에 의하면 복수 개의 피가공부재가 동시에 연마가공이 이루어지므로 생산성 향상에 큰 도움을 줄 수 있다.As described above, according to the present invention, since a plurality of members to be processed are polished at the same time, productivity can be greatly improved.

상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to embodiments of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be understood that it can be changed.

200 : 회전드럼 215 : 제1회전축
300 : 제2회전축 310 : 피가공부재
400 : 자기장생성부 500 : 회수탱크
550 : 자기유변유체공급부 600 : 자기유변유체200: rotating drum 215: first rotating shaft
300: second rotating shaft 310: the member to be processed
400: magnetic field generating unit 500: recovery tank
550: magnetorheological fluid supply unit 600: magnetorheological fluid

Claims

구동부에 의해 제1회전축 주위로 회전하는 회전드럼;
상기 회전드럼의 내면에 인접하게 구비되며, 피가공부재를 지지하고 제2회전축 주위로 회전하는 피가공부재지지부;
상기 회전드럼 내부로 자기유변유체를 공급하는 자기유변유체공급부;
상기 회전드럼의 외면에 인접하게 구비되어 상기 회전드럼 내부로 자기장을 인가하는 자기장생성부 및;
상기 자기장생성부를 제어하는 제어부를 포함하고
상기 자기장생성부는 상기 제2회전축의 축방향을 따라 배열된 복수 개의 자성유닛을 포함하고,
상기 복수 개의 자성유닛은 자기장의 세기를 변화시킬 수 있도록 구비되며,
상기 회전드럼은 수직축에 대해 일정각도만큼 기울어진 상태로 회전하며,
상기 제어부는,
상기 복수 개의 자성유닛에 의한 자기장의 세기를 순차적으로 변화시키고, 상기 회전드럼의 기울어진 각도에 기초하여 상기 자기장 세기의 변화 속도를 변동시키는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 연마장치.
A rotating drum rotating around the first rotating shaft by the driving unit;
A processing member support portion provided adjacent to an inner surface of the rotating drum and supporting the processing member and rotating around a second rotating shaft;
Magnetorheological fluid supply unit for supplying a magnetorheological fluid into the rotating drum;
A magnetic field generating unit provided adjacent to an outer surface of the rotating drum to apply a magnetic field into the rotating drum;
A control unit for controlling the magnetic field generation unit;
The magnetic field generating unit includes a plurality of magnetic units arranged along the axial direction of the second rotation axis,
The plurality of magnetic units are provided to change the strength of the magnetic field,
The rotating drum rotates at a predetermined angle with respect to the vertical axis,
The control unit,
Polishing apparatus using a magnetorheological fluid, characterized in that the intensity of the magnetic field by the plurality of magnetic units are sequentially changed, and the rate of change of the magnetic field strength is varied based on the inclination angle of the rotating drum.

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제1항에 있어서,
상기 제1회전축 및 제2회전축은 평행하고, 서로 반대방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 연마장치.
The method of claim 1,
The first rotating shaft and the second rotating shaft is parallel, the polishing apparatus using a magnetorheological fluid, characterized in that the rotation in the opposite direction.

제1항에 있어서,
상기 회전드럼의 하부에는 단면적이 연속적으로 작아지며 상기 자기유변유체가 중력에 의해 아래로 배출되는 자기유변유체배출부가 형성된 것을 특징으로 하는 자기유변유체를 이용한 연마장치.
The method of claim 1,
A magnetorheological fluid polishing apparatus, characterized in that the lower portion of the rotating drum is continuously reduced in cross-section and the magnetorheological fluid discharge portion is discharged downward by the magnetorheological fluid.

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