KITECH 생산기술 전문지

최근 우주항공과 자동차 산업에서는 구조물의 경량화와 연비 향상을 위해 탄소섬유 강화 플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)의 적용이 확대되고 있다. CFRP는 중량 대비 강도가 높고 내부식성과 내화학성이 우수해 항공기 동체와 주요 구조부품에 널리 사용된다.[1] 항공기에는 CFRP와 함께 알루미늄, 티타늄 등 다양한 금속재료가 함께 적용되기 때문에, 부품 체결 시 이종재료 동시 드릴링 공정이 필수적으로 요구된다.[2] 이종재료 중 대표적으로 CFRP와 알루미늄을 적층하여 만든 CFRP/AL Stack이 있으며, 이러한 이종재료는 두 재료의 기계적·열적 특성이 크게 달라 가공이 쉽지 않다.[3] CFRP에서는 박리, 섬유 찢김, 치핑 등의 결함이 발생하며, 알루미늄에서는 버와 구성인선, 연속형 칩이 발생한다. 또한 알루미늄 가공 중 발생한 절삭열과 칩은 CFRP의 홀 표면 품질을 저하시킬 수 있다. 이송속도를 높이면 알루미늄의 버는 감소하지만 CFRP의 박리가 증가하고, 반대로 이송속도를 낮추면 알루미늄 칩 배출이 어려워지는 등 가공조건 선정에도 상충관계가 존재한다.[4,5,6] 이에 따라 최근에는 기존 회전운동에 초음파 진동을 중첩하는 초음파 드릴링 기술이 대안으로 주목받고 있다. 초음파 진동은 공구와 소재의 주기적인 접촉과 분리를 유도하여 절삭력과 마찰, 절삭열을 감소시키며, 알루미늄 칩의 분절과 배출을 원활하게 한다. 이를 통해 CFRP의 박리와 알루미늄의 버 및 구성인선을 동시에 줄일 수 있어, CFRP/AL Stack 소재의 가공품질과 생산성을 향상시킬 수 있는 기술로 기대되고 있다.

키워드 이종재료, 가공성, 초음파