Substituting composite structures for conventional metallic structures has many advantages because composite materials have both high specific stiffness and damping characteristics compared to conventional metallic materials.
In this study, circular plate cutting tools which are used for rough machining of bearing sites in automotive crankshafts and camshafts were designed with the fiber reinforced composite material to improve the dynamic stiffness of circular plate cutting tools and to reduce tool mass. Also the ring type tool exchanger part was devised for easy replacing cartridges or tool tips as well as to improve damping capability with bolted joints.
The stiffness and dynamic characteristics of the hybrid steel/composite circular plate cutting tool were analyzed by finite element method with respect to material types of tool body such as composite and foam, stacking angles of the composite, adhesive bonding thickness, and dimensions of the cutting tool. Also, the constrained damping characteristics of tool body were experimentally investigated with respect to the adhesive bonding thickness and material type used for the cutting tools such as composite and PVC foam. The tool exchanger part and tool body were joined by bolts, and the joint characteristics were experimentally investigated with respect to joint shapes such as step and scarf type. From the finite element analysis and experimental results, optimal design parameters for the hybrid steel/composite circular plate cutting tool were suggested.
자동차용 크랭크 축 (Crankshaft) 또는 캠 축 (Camshaft)의 베어링 (Bearing)면을 가공하기 위한 공구 중에서 턴-턴 브로칭 공구 (Turn-Turn broaching tool), 외면 밀링 공구 (External milling tool), 내면 밀링 공구 (Internal milling tool)와 같은 원판형 절삭 공구는 강철로 제조되며 약 100 kg의 질량을 가진다.
이러한 대형 절삭 공구 절삭팁의 교체 또는 수리 시에 작업자만의 힘으로는 장착 및 탈착이 어렵다는 단점이 있으며, 강철로 제조되므로 낮은 감쇠 특성을 가진다. 따라서, 본 연구에서는 섬유강화 복합재료를 사용하여 기존의 강철로 된 원판형 절삭 공구에 비해, 가벼우면서도 원판형 절삭 공구에 요구되는 강성을 만족하며 감쇠능을 향상시켰다.복합재료의 장점인 높은 비강도와 비강성 특성을 최대한 활용하기 위해서 PVC 폼을 이용한 복합재료 샌드위치 구조를 원판형 절삭 공구에 적용하였다, 공구 교체부를 추가하여 설계함으로써 절삭팁의 교체가 용이한 원판형 절삭 공구를 설계하였으며, 공구교체부와 공구 몸체의 볼트 결합부로 인한 감쇠능 향상을 공구를 모사한 공구 바의 진동 실험 및 가공 실험을 통해 그 가능성을 확인하였다.
