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GRINDING / POLISHING / LAPPING
글쓴이 관리자 (IP: *.39.189.145) 작성일 2017-07-27 11:44 조회수 1,916
재료 절삭에는 세 가지 다른 방식이 존재한다: grinding, polishing, 그리고 lapping 이 있다. 이들은 시편의 표면에 변형을 유발하는 방식에 따라 그 차이를 보인다. 



GRINDING

Grinding 은 기계적 재료 절삭의 첫 번째 단계다.

올바른 grinding 은 손상되거나 변형된 표면 재질을 제거하며, 동시에 추가적인 표면 변형의 양을 최소화한다. Grinding 의 목표는 평탄한 표면을 얻고, polishing 과정에서 최소한의 시간을 들여 쉽게 제거할 수 있을 만큼의 최소한의 손상을 남기는 것이다.

Grinding 은 시편 재료의 조각을 생성하는 고정된 연마재 입자를 사용하여 재료를 절삭한다. 날카로운 연마재 입자를 통해 조각을 생성하는 가공 과정은 시편에 최소한의 변형만을 남기며, 동시에 최대한의 절삭율을 제공한다.
 


위치 1:
입자가 시편 표면에 진입한다. 입자는 X-축 방향으로 완전히 고정되어 있다; Y-축 방향으로의 이동(탄성)은 가능하다. 연마 입자가 시편 재료에 진입하며 시편 조각이 생성되기 시작한다.

위치 2:
연마 입자가 중간 정도 까지 진입하며, 조각의 크기가 커진다.

위치 3:
연마 입자가 시편 표면을 벗어나며, 시편 표면에 스크래치를 남긴다. 이는 시편 재료에 상대적으로 적은 변형을 남긴다.



GRINDING 은 두 가지 단계로 나뉜다:
 


Plane Grinding, PG

Plane grinding은 일반적으로 grinding 가공 과정의 첫 번째 단계이다. 이는 시편의 원래 상태 또는 이전 가공 결과에 상관 없이 모든 시편의 표면이 비슷해 지도록 해 준다. 추가로, 홀더에 여러 개의 시편을 장착하여 가공할 경우, 다음 단계인 fine grinding 으로 넘어가기에 앞서 모든 시편이 동일한 높이 또는 “평탄함”을 지니고 있도록 주의해야 한다. 일관적이고 우수한 재료 절삭률, 짧은 grinding 시간 및 최상의 평탄도를 얻기 위해서는, plane grinding 과정에서 완전히 고정된 연마 입자 및 상대적으로 큰 연마 입자 크기를 사용하는 것이 좋다. 적절한 PG 표면을 사용할 경우 완벽하게 평탄한 시편을 얻을 수 있으며, 따라서 이어지는 fine grinding 단계의 가공 시간을 줄일 수 있다. 추가로, 일부 가공 표면의 경우 우수한 edge retention 을 얻을 수 있다. 마모 과정에서 새로운 연마재 입자가 노출되므로, 일관된 재료 절삭률을 유지할 수 있다.
 




Fine Grinding, FG

Fine grinding 은 polishing 과정에서 쉽게 제거할 수 있는 작은 변형을 표면에 생성한다. Grinding 페이퍼 자체의 단점이 있는 관계로, fine grinding 의 향상 및 촉진을 위해 fine grinding 합성 표면 또한 사용할 수 있다. 15, 9.0 그리고 6.0 µm 크기의 연마 입자를 사용하여 높은 재료 절삭률을 얻을 수 있다. 이 과정은 단단한 (탄성이 없는) 합성 디스크와 특별 합성 재질을 이용한 표면으로 이루어 진다. 따라서, 지속적으로 공급되는 다이아몬드 입자는 표면에 박혀 fine grinding 이 이루어 질 수 있도록 해 준다. 이 디스크를 시용하여, 매우 평탄한 시편 표면을 얻을 수 있다. 다이아몬드 연마제와 fine grinding 디스크를 함께 사용하여 재료의 높은 경도를 지닌 부분 뿐 아니라 낮은 경도를 지닌 부분 또한 균일하게 재료를 절삭할 수 있다. 경도가 낮은 부분이 밀리거나 부서지기 쉬운 부분이 갈라지는 일 또한 없으며, 시편은 완벽한 평탄도를 유지한다. 뒤 이은 polishing 단계에서 소요되는 시간 또한 크게 줄어든다.



POLISHING

그라인딩과 같이, polishing 은 이전 단계에서 남은 손상을 제거하기 위해 사용된다. 이는 단계적으로 더 미세한 연마 입자를 사용하여 가능하다. Polishing 은 두 가지 가공 과정으로 나뉜다:
 



다이아몬드 polishing

다이아몬드는 가장 빠른 재료 절삭 및 최선의 평탄도를 얻기 위해 연마제로 사용된다. 다른 어떠한 연마제도 이와 유사한 결과를 낼 수 없다. 다이아몬드는 경도가 높으므로 모든 재질을 매우 수월하게 절삭해 낼 수 있다.
Polishing 과정에서는, 최종적으로 스크래치나 변형이 없는 시편 표면을 얻는 것이 목적이므로 더 작은 크기의 조각을 생성하는 것이 바람직하다. 0에 가까운 조각 크기를 얻을 수 있도록, 더 탄성이 높은 연마천과 3.0 또는 1.0 µm 과 같은 더 작은 크기의 연마 입자가 사용된다.





Oxide Polishing

특정 재료들, 특히 경도가 낮고 연성이 높은 재료들의 경우 최고의 품질을 얻기 위해 oxide polishing 을 이용한 최종 polishing 이 필요하다. 입자 크기 0.04 µm 의 Colloidal silica 와 9.8 pH 의 조합은 주목할 만한 결과를 보여 준다. 화학 반응과 곱고 부드러운 abrasive 연마의 조합을 통해 스크래치 및 변형이 없는 시편을 얻을 수 있다.



LAPPING

Lapping 과정에서는, suspension 형태의 연마재가 단단한 표면에 도포된다. 연마 입자는 표면에 고정되지 못하고, 여러 방향으로 자유로이 움직이며, 시편에서 작은 입자들을 두드려 분리해 내며 깊은 변형을 남긴다. 이는 자유로이 움직이는 연마 입자가 시편 표면으로부터 진짜 “조각” 을 만들어 낼 수 없기 때문이다.

따라서, lapping 시 절삭률 (특정 시간 동안 제거되는 재료의 양) 은 매우 낮으며, 가공 시간이 매우 많이 소요된다. 경도가 낮은 재료들의 경우, 종종 연마 입자가 시편 표면에 눌려 단단히 박히기도 한다. 재료학적 시편 가공에 있어 깊은 변형 및 연마 입자가 박히는 현상은 바람직하지 못하다. 따라서 lapping 은 매우 경도가 높고 부서지기 쉬운, 세라믹 또는 광물학 시편과 같은 경우에만 사용된다.
 



연마 입자가 시편 표면을 구르며 통과하는 모습을 세 단계로 보자면 이와 같다:

위치 1:
연마 입자가 시편 표면에 진입한다.

위치 2:
연마 입자가 구르면서 시편 재료의 일부를 두드려 분리해 내며, 시편 재료에 깊은 변형을 남긴다.

위치 3:
연마 입자가 시편 표면에 닿지 않은 채로 빠져나간다. 연마 입자가 시편을 다시 통과할 경우, 연마 입자의 모양에 따라 더 작거나 더 큰 조각을 두드려 분리해 내게 된다.



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