연삭 공정 중에는 항상 큰 열 발생이 예상됩니다. 냉각 윤활제는 열 손상으로부터 공작물을 보호하기 위해 공작물 냉각에 중요한 역할을 하며 연삭 공정에서 중요한 요소입니다. 이 모션 블로그에서 3D 프린팅 노즐이 냉각 윤활의 효율성을 향상시키는 이유와 동시 윤활의 이점에 대해 알아보십시오.

냉각 윤활제 노즐은 냉각수를 사용하여 세척, 윤활 및 냉각함으로써 연삭 구역으로 냉각 윤활제를 전달하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어 공구 제작 시 노즐 위치를 유연하게 조정할 수 있는 것이 특히 중요합니다. 이는 다양한 공작물을 소규모 시리즈로 가공하는 경우가 많기 때문입니다. 따라서 모듈식 플라스틱 부품으로 구성된 노즐은 매우 인기가 있습니다. 수동으로 위치를 조정하고 새로운 공작물 형상에 신속하게 적응할 수 있습니다. 그러나 노즐 구멍의 플라스틱은 손상되기 쉬우며, 이로 인해 난류가 발생하여 냉각 윤활 성능이 감소될 수 있습니다. 스테인리스 스틸 금속 조인트를 사용하는 대안은 상황을 개선하지만, 이 경우에도 유연한 노즐 시스템의 유연성은 전반적인 효율성에 영향을 미칩니다. 조인트 시스템의 각 링크는 난류를 생성하여 냉각 윤활제 공급 시스템의 전반적인 효율에 영향을 미칩니다. 또한 이전의 올바른 이송 위치가 의도치 않게 이동될 위험이 있습니다.

이러한 단점으로 인해 전문가들은 고성능 연삭 시 종종 견고한 스틸 노즐을 사용합니다. 이를 통해 냉각수가 일정하고 정확하게 공급됩니다. 선택적 레이저 용융(SLM) 또는 레이저 분말 베드 퓨전(LPBF)과 같은 3D 적층 가공의 발전은 스테인리스 스틸 노즐 생산을 위한 혁신적인 방법을 열어줍니다. 이러한 공정을 통해 복잡한 흐름 시뮬레이션을 기반으로 기존의 제조 방법으로는 실행할 수 없는 이상적인 흐름 프로파일을 갖는 프리 제트 노즐을 제조할 수 있습니다. 목표는 냉각 윤활의 효율을 극대화하는 일관된 와류 없는 분사를 생성하는 것입니다.

흐름에 최적화된 3D 프린팅 노즐은 동일한 유량에서 표준 노즐보다 흐름 저항이 낮습니다. 일부 애플리케이션의 경우, 노즐에는 드레싱을 통해 연삭 휠의 지속적인 축소를 고려하여 노즐 위치를 이상적인 위치로 유지하기 위한 자체 NC 축이 있습니다. 이 원리는 예를 들어 MÄGERLE MFP 50 또는 MFP 100에서 구현됩니다.

중요한 원리는 냉각 윤활제 분사가 연삭 휠의 둘레 속도와 동일한 속도로 사용된다는 것입니다. "동시 윤활"이라고 알려진 이 방법은 1980년대에 스위스의 연삭 선구자인 H.W. Ott가 개발했습니다 [1]. 브레멘 대학교 IWT의 Karpushewski 교수[2]의 연구를 통해 2022년 Ott의 이론이 입증되었습니다. 이 연구는 "기어 프로파일 연삭"을 사용하여 수행되었으며, 연삭 휠의 속도에 맞게 냉각수 속도를 조정하면 최대 특정 칩 부피 V'_w 가 제공된다는 것을 보여주었습니다. 특정 칩 부피는 프로파일 손실이나 연삭 버닝 발생으로 인해 연삭 휠을 재조정해야 하기 전에 제거되는 재료의 양을 정의합니다. 흥미롭게도 동시 윤활에 비해 낮은 분사 속도가 높은 분사 속도보다 더 효율적임이 입증되었습니다.

분사 속도를 계산할 수는 있지만, 작업장에서 사용하기에는 적합하지 않습니다. 실용적인 동시 윤활을 위해 연삭 노즐을 연삭 휠 중앙선 위에 배치해야 합니다. 냉각수 분사는 20°의 각도로 연삭 휠 둘레에 접선으로 닿아야 합니다.

냉각 윤활제 분사 속도가 연삭 휠의 둘레 속도와 일치하면 분사가 연삭 휠에 접착되어 냉각 윤활제가 연삭 영역으로 전달됩니다 볼 베어링 및 자동차 산업에서 사용되는 까다로운 연삭 어플리케이션에서 냉각수 공급은 공정 파라미터에 맞게 정밀하게 조정됩니다. 이와는 반대로 도구 제작의 실무는 이러한 이상에서 벗어나는 경우가 많지만, 여기서는 그에 따라 노즐의 위치를 적절하게 조정함으로써 너무 만족스러운 결과를 얻을 수 있습니다. 냉각 윤활유 유량은 기계의 냉각수 공급 파이프에 있는 밸브를 통해 설정됩니다. 냉각 윤활제를 공급하기 전에 공작물을 연삭 휠에서 제거하고 노즐을 설명된 위치로 이동시키고 연삭 휠을 작동 속도로 가속해야 합니다. 이어서 냉각제 분사가 연삭 휠에 안정적으로 접착될 때까지 냉각제 밸브가 단계적으로 열립니다. 이를 통해 연삭 휠과 공작물이 접촉할 때 연삭 구역을 통해 냉각 윤활제가 흐르도록 합니다.

원통 연삭에 사용되는 노즐 위치 조정 방법은 평면 연삭에도 적용할 수 있습니다. 먼저 공작물에서 연삭 휠을 제거한 다음 설명된 대로 노즐을 배치하고 연삭 디스크를 작동 속도로 가속합니다. 이어서 냉각제 분사가 연삭 휠에 접착될 때까지 냉각제 밸브를 단계적으로 엽니다.

냉각 윤활제 노즐 배열의 주요 사항 개요:

• 동시 윤활 v_k = v_c
• 연삭 휠 둘레에 접촉하는 냉각수 분사
• 충분한 간격과 각도(20°)를 갖춘 노즐 위치
• mm 휠 너비당 분당 1.5 - 5리터의 유량

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문헌

[1] H.W. Ott & Co., 연삭 기술의 기초, 1986, 자체 출판

[2] Prof. Dr. habil. Bernhard Karpuschewski, 필요에 따른 냉각 윤활제 공급, IWT Bremen, 2024 Fellbach 그라인딩 컨퍼런스