Composites Research

The Korean Society for Composite Materials (한국복합재료학회)
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Parametric Study on Design of Composite-Foam Sandwich Structures for Micro EDM Machine tool structures

미세 방전가공 기계 구조를 위한 복합재료-포움 샌드위치 구조 설계에 관한 파라메트릭 연구

  • 김대일 (중앙대학교 기계공학부 대학원) ;
  • 장승환 (중앙대학교 기계공학부)
  • Published : 2006.04.01
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Abstract

In this paper, parametric study was carried out to design sandwich structures for EDM machines controlling stacking sequence, stacking thickness of composites and rib configuration. Sandwich structures which are dealt with in this paper are composed of fibre reinforced composite for skin material and foam or resin concrete for core materials. The sandwich column has cruciform rib to enhance bending stiffness of the structure and the bed has several vertical ribs to resist the normal forces and vibration. The design parameters such as rib thickness and stacking sequence were controlled to enhance the system robustness. Finite element analysis was also carried out to verify the variation of static and dynamic stiffness of the structures according to the variation of the parameters. Vibration tests were performed to verify the natural frequencies and damping ratios of the manufactured composite structures. The appropriate shape and configuration conditions for micro-EDM machine structures are proposed.

본 논문에서는 미세 방전가공(Electrical Discharge Machining; EDM) 기계를 위한 샌드위치 구조를 설계하기 위해 복합재료의 적층 순서, 두께, 그리고 리브의 형상 등을 고려한 파라메트릭 연구를 수행하였다. 샌드위치 구조는 면재인 섬유강화 복합재료와 심재인 레진 콘크리트 및 고분자 포움으로 이루어졌다. 컬럼은 정적 굽힘강성과 비굽힘강성을 높이기 위해 십자 리브를 가진 형상으로 설계하였으며, 적층 순서와 두께를 조절하였다. 베드의 경우 양방향의 강성을 동시에 향상시키기 위해 적층 순서와 리브 형상을 조절하였다. 최적의 고강성을 얻기 위하여 리브의 두께와 면재의 두께 등 설계 파라메터의 최적치를 제안하였다. 각 설계 파라메터의 변화에 따른 구조의 정적, 동적 강성의 변화를 확인하기 위해 유한요소해석을 수행하였으며, 진동 실험을 통하여 각 요소의 고유진동수와 감쇠비를 측정하여 비교하였다. 이러한 결과로부터 고정밀 미세 방전가공 기계 구조를 위한 최적의 형상조건을 제안하였다.

Keywords

References

  1. Masaki T., Kawata K., Masuzawa T., 'Micro electro-discharge machining and its applications', IEEE Micro Electro Mechanical System Workshop, Napa valley, CA., USA(11-14 Feb 1990), pp. 21-26
  2. Kim G.M., Choi D.K., Chu CN., 'Development of micro-EDM machine for microshaft and microhole machining' Journal of the Korean society of Precision Engineering, Vol. 15 No. 12, 1998, pp. 55-61
  3. Lee B.U., Yi S.M., Kim B. H., Chu C. N. 'Fabrication of 3D micro structure using micro electrical discharge milling', Journal of the Korean society of Precision Engineering, Vol. 21, No.9, 2004, pp. 41-47
  4. Kim Y.T., Park S.J., Lee SJ., 'Machining of micro-scale shapes using micro-EDM process', Journal of the Korean society of Precision Engineering, Vol. 20 No.9, 2003, pp 109-117
  5. Chae H.J., Lee S.Y., 'Vibration characteristics and tension control of a wire in WEDM', Journal of the Korean society of Precision Engineering, Vol. 18 No. 11, 2001, pp 86-92
  6. Chang S.H., Kim PJ., Lee D.G., Choi J.K., 'Steel-composite hybrid headstock for high-precision grinding machine' Composite Structures, Vol. 53, 2001, pp. 1-8 https://doi.org/10.1016/S0263-8223(00)00173-2
  7. Lee D.G., Chang S.H., Kim H.S., 'Damping improvement of machine tool columns with polymer matrix fiber composite material', Composite Structures, Vol. 43, 1998, pp. 155-163 https://doi.org/10.1016/S0263-8223(98)00106-8
  8. Lee D.G., Hwang H.Y., Kim JX., 'Design and manufacture of a carbon fiber epoxy rotating boring bar', Composite Structures, Vol. 60, 2003, pp. 115-124 https://doi.org/10.1016/S0263-8223(02)00287-8
  9. Jeong K.S., Lee D.G., Kwak Y.K. 'Experimental investigation of the dynamic characteristics of carbon fiber epoxy composite thin beams', Composite Structures, Vol. 33, 1995, pp 77-86 https://doi.org/10.1016/0263-8223(95)00108-5
  10. 최진호, '방전 가공기용 복합재료 외팔보의 제잘 및 성능 평가', 한국복합재료학회지, Vol. 13, No.6, 2000, pp. 39-46
  11. Zenkert D. An introduction to sandwich construction., Engineering Materials Advisory Services, 1995
  12. Kahng C.H., 'Machine tool technology ; The Present And The Future(5)', Journal of the KSPE, Vol. 12, No. 8, 1995, pp. 5-18
  13. Vinson J.R., The behaviour of sandwich structure of isotropic and composite materials, Technomic, 1999
  14. 김대일, 장승환, , '공작기계를 위한 보와 평판의 샌드위치 구조 설계에관한 파라메트릭 연구', 한국공작기계학회지, Vol. 15, No. 1, 2006, pp. 39-48
  15. 이대길, 정광섭, 최진호, 복합재료 역학 및 제조 기술, 시그마프레스, 1998, Chapter 1