This thesis suggests a new optimum in-process electrolytic dressing and the grinding mechanism using this optimum dressing system.
Recently, developments in the frontier industry have brought a rapid increase in the use of brittle materials such as silicon wafer, ferrite, sintered carbide, MgO single crystal and die steel. Because of high hardness and brittleness the cracking and chipping are apt to generate in the grinding of brittle materials. Lapping and polishing are used for mirror surface generation of these materials, but have replaced gradually the high precision grinding. The mirror-like grinding is possible using the superabrasive wheel of more than grit No. 1000. The dressing of the superabrasive wheel for the mirror-like grinding is difficult owing to loading and glazing. In-process dressing using electrolysis as developed in recent years has achieved an effective grinding, but with a defect of the dressing current change owing to the lapse of time and the unstable dressing condition.
In this thesis, the optimum system of in-process electrolytic dressing controlled by computer was developed for improving the defects, and could maintain the optimum dressing condition at all times. The control of in-process dressing was simplified using this system, was able to maintain a stable dressing current and was unrelated to the change of dressing condition according to the variation of gap and oxide layer. Therefore, the optimum in-process electrolytic dressing system was constructed and the analysis of grinding mechanism with this system was studied.
It is not possible to control according to the change of the dressing conditions in a general electrolytic dressing system. However, the optimum in-process electrolytic dressing system, which is controlled by optimum control software, is developed and has a good effect on maintaining regular dressing conditions.
This system has an active control characteristic independent of the change of external conditions which have an influence on dressing efficiency, such as the lapse of time, unstable change of oxide layer and increase of gap. In the grinding of brittle materials, the effect of good dressing is maintained by a grinding mechanism using the optimum in-process electrolytic dressing. Compared with general electrolytic dressing, the surface quality is improved, and it is possible to grind stably by new grains according to the removal of the worn grains.
The optimum in-process electrolytic dressing system was proposed for the efficient and ductile mode grinding of MgO single crystal using superabrasive metal bond diamond wheel. Through the application of this system, the grinding force was decreased in the grinding of MgO single crystal, and the crack generation on the surface and subsurface was prevented. A micropositioning system using piezoelectric actuator was constructed for the microcontrol of grinding depth, and when the depth of grinding was decreased below 0.4 μm it was possible to achieve a noncrack MgO surface through its use.
A mirror-like grinding of brittle materials such as sintered carbide, ferrite, STD-11 and silicon wafer is achieved by application of the optimum in-process electrolytic dressing. This system has demonstrated an excellent performance for the maintenance of a constant electrolytic dressing current and stable oxide layer in spite of the outside interference. Therefore, this dressing technique is a good method to obtain the efficient productivity and mirror-like grind the brittle materials of a frontier industry.
본 연구에서는 새로운 드레싱 기법인 최적 연속 전해드레싱 방법을 제시하였고, 개발된 최적 전해드레싱 시스템에 의한 연삭기구를 규명하였다.
현재 선진공업국들을 중심으로 항공우주산업, 정보기기 산업, 메카트로닉스 산업등 미래지향적 고부가가치의 첨단산업분야에 대한 많은 연구가 진행중에 있다. 이 첨단산업재료인 초경합금, 단결정 산화 마그네슘, 페라이트, 금형강 등의 정밀가공을 완성함으로서 고부가가치를 창출하게 된다. 그러나, 이 재료는 각 첨단산업분야에서 중요한 위치를 차지하고 있는 반면 재질적으로는 가공시 미세크랙 및 칩핑등이 생기는 매우 가공이 어려운 난삭재이다. 이러한 재료를 경면으로 가공하는 경우 종전에는 저능률 가공인 래핑 및 폴리싱의 공정을 적용하여 왔으나, 생산성 향상, 가공환경 개선 등의 목적으로 래핑, 폴리싱 공정을 경면 연삭가공으로 대체시키는 방법이 연구되고 있다. 경취재료의 경면연삭에 적용 가능한 지석의 입도는 1000 이상의 초미립자 지석이어야 한다. 그러나, 입도 1000이상의 초미립자 다이아몬드 지석을 사용하여 연삭할 경우 눈메움(loading) 또는 연삭날 무디어짐(glazing) 현상에 의하여 연삭가공에 난점이 있다. 이 현상에 대한 문제를 해결하기 위하여 연속 드레싱이 매우 중요하게 되었으며, 최근에 전기 분해 원리를 적용한 연속 전해드레싱 기법이 도입되어 연삭가공에 양호한 결과를 보여 왔으나, 전해 드레싱 시간의 경과와 부수적으로 나타나는 불안정한 산화막 및 드레싱전류 변화로 인한 문제점으로 항상 일정한 최적의 드레싱을 유지하는데 어려움이 있다.
따라서, 본 연구에서는 이러한 단점을 개선하여 항상 최적상태의 드레싱을 유지하는 컴퓨터 인터페이스용 전해드레싱 시스템을 개발하였으며, 연속 전해드레싱시 드레싱 전류값의 변화에 따라 시스템의 입력값을 조절함으로서 최적의 전해 드레싱을 능동적으로 유지하는 방법을 채택하여 산화막의 생성 및 간극변화등에 대한 드레싱 전류를 항상 일정하게 유지할 수 있는 효과를 얻었다. 따라서, 첨단산업재료의 경면연삭을 위하여 보다 발전된 드레싱 개념을 도입하였다고 할 수 있으며, 본 연구에서 최적 전해드레싱 시스템을 완성하였으며, 이 시스템을 적용한 연삭기구를 분석하였다.
기존방법으로 전해드레싱을 하였을 경우에는 초미립자 지석 적용 연삭가공시 마멸된 연삭입자가 지석 표면에 돌출되어 있는 현상을 보였으나, 최적 전해드레싱 시스템을 적용한 경우에는 지석 표면에 마멸된 입자가 탈락되어 새로운 연삭입자에 의해서 안정된 연삭을 가능케 하였다.
최근 경취재료중 단결정 산화 마그네슘(MgO single crystal)은 초전도용, 인공격자박판의 기판, 각종광학 및 레이저 부품등에 사용되어지나, 재료의 특성상 벽개성이 있으며 크랙발생이 쉽게 발생하여 기존의 연구에서는 크랙없는 연성모드(ductile mode)연삭이 전혀 불가능한 재료로 알려져 왔다. 이러한 단결정 산화 마그네슘의 연삭시 내부 및 표면크랙을 제거하려면 미소한 연삭깊이를 유지해야 하며, 압전소자(piezoelectric actuator)를 이용한 미소연삭깊이 조절장치를 적용하고, 산화막 두께 조절에 의한 정격 드레싱전류를 제어하는 최적 연속 전해드레싱 시스템 및 주철결합제 초미립자 다이아몬드지석을 이용하여 단결정 산화마그네슘의 크랙없는 연성모드 연삭을 달성하였다.
난삭재의 연삭시 최적 연속 전해드레싱에 의한 연삭기구 구성으로 양호한 드레싱 효과를 유지하여 연삭력 감소에 효과를 보였으며, 산화막에 따른 정격 드레싱전류를 제어하는 최적 전해 드레싱 시스템을 적용하여 난삭재인 초경합금, 페라이트, STD-11강 및 실리콘 웨이퍼등의 경면연삭을 완성함으로서 첨단산업 재료의 초정밀 가공분야에 적용성이 클것으로 기대된다.
