화학 가공:정의, 작동 원리, 유형, 응용 프로그램, 장점 [참고 및 PDF]
화학 가공 공정은 에칭 공정이라고도 합니다. 이 프로세스는 쉬운 출력으로 인해 마술처럼 들립니다.
이 과정에서 우리는 공작물을 화학 용액 탱크에 담그고 단 몇 초 만에 공작물에서 원하는 구조를 얻을 것입니다. 이 가공 과정은 마술이 아니라 과학적으로 실용적입니다. 이 공정은 강산성 또는 알칼리성 화학 시약을 사용하여 공작물에서 물질을 제거합니다.
이것은 구연산 및 젖산과 같은 유기 화학 물질을 사용하여 원하는 모양의 갑옷을 제조하기 위해 금속을 에칭하는 데 사용되었던 기원전 400년 이전의 오래된 공정입니다.
이 기술은 1927년 'AktiebolagetSeparators'라는 스웨덴 회사에서 더욱 발전되어 상업화되었습니다.
화학 가공은 가공물을 강한 화학 시약에 담그어 가공물에서 원하는 모양을 얻기 위해 재료를 제거하는 과정입니다.
화학 가공 구조 또는 부품:
다음 부분으로 구성됩니다.
#1. 탱크:
이 프로세스에는 전면이 열린 탱크가 있습니다. 탱크는 화학 시약의 용도와 농도에 따라 부식액에 반응하지 않는 재질로 코팅된 강한 금속으로 제작되었습니다.
#2. 가열 코일:
가열 코일은 탱크의 가장 낮은 부분에 장착되어 탱크의 온도를 일정 수준으로 유지합니다. 모든 금속 제거 공정에서 열 발생은 자연스럽습니다. 또한 코일은 필요한 조건에서 냉각을 수행합니다.
#3. 교반기:
에천트의 부피를 따라 균일한 농도와 열을 유지하기 위해 에천트를 일관되게 혼합하는 것이 주요 목적인 에천트에 교반기가 배치됩니다. 뜨거운 입자는 항상 위쪽에 축적되고 아래쪽에는 차가운 입자가 남는다는 것은 우리에게 잘 알려져 있습니다.
그래서 에칭액을 따라 열을 균일하게 분산시키기 위해 교반기를 사용합니다. 교반기는 또한 가공물에서 용해된 금속의 플러싱과 동시에 산화로 인해 가공 중에 형성된 기포를 깨는 데 도움이 됩니다.
#4. 공작물:
공작물은 작은 응용 분야의 경우 행거를 사용하여 에칭액에 고정됩니다. 행거의 길이는 공작물의 고정이 가공 영역을 방해하지 않도록 마스크 영역 위에 고정됩니다.
더 큰 작업물의 경우 고무와 폴리머로 코팅된 고정구를 사용하여 작업물을 고정합니다.
화학 가공 공정 작동 원리:
화학 가공의 작동 원리는 화학 에칭액을 기반으로 합니다. 에칭제는 금속에 반응하는 강한 화학 산의 혼합물입니다. 공작물을 에천트에 담그면 에천트가 공작물과 반응하여 공작물에서 금속이 균일하게 용해됩니다.
원하는 형상이나 구조를 얻기 위해 'Maskant'라는 화학 시약에 반응하지 않는 원소 코팅을 가공 전에 공작물에 적용합니다.
에칭액이 반응하지 않기를 바라는 모든 영역에 적절한 마스크를 적용하여 국부적인 가공을 수행합니다. 따라서 필요한 금속 제거를 위해 가공 영역을 노출합니다.
화학 가공에는 4가지 주요 공정이 연속적으로 수행됩니다.
#1. 청소:
청소는 공작물의 표면에 오염 물질, 녹 및 이물질이 없는지 확인하기 위한 준비 과정입니다. 일반적으로 고압 워터젯, 알코올 용액 및 희석된 HCl로 수행됩니다.
청소 필요 :
- 부적절하게 세척하면 마스칸트의 접착력이 떨어지고 최종 치수가 정확하지 않으며 금속이 부적절하게 용해됩니다.
- 기름, 그리스와 같은 오염 물질은 산화를 유발할 수 있습니다.
- 부적절하게 청소하면 마스크가 벗겨져 에칭제가 마스크 아래로 흐르게 되어 형상이 손상될 수 있습니다.
- 이물질은 비늘을 형성할 수 있습니다.
공작물 세척 후 공작물은 열풍 송풍기에서 건조됩니다. 청소 과정은 항상 고급 CNC 기계에서 수행됩니다.
#2. 마스킹:
가공물의 표면에 마스칸트를 도포하는 공정입니다. 폴리머 또는 고무 층이 공작물에 코팅됩니다.
마스킹은 가공이 필요 없는 부분을 식각 공정에서 방지하기 위한 것입니다. 마스킹은 가공할 영역을 제외한 모든 공작물에 수행됩니다.
#3. 에칭:
이것은 필요한 금속 제거가 일어나는 과정입니다. 완벽한 마스킹 후 히터와 교반기가 켜진 상태에서 작업물을 화학 시약 탱크에 담그십시오.
공작물이 담그자 마자 에칭액은 공작물의 마스킹되지 않은 영역과 반응하기 시작합니다. 고농축 산은 작업물과 반응하여 화학적 특성을 변경하기 시작합니다.
이 반응으로 인해 미리 정의된 부분이 녹아서 공작물에서 레이어별로 분리됩니다.
이 과정에서 절삭 깊이는 공작물이 침지되는 시간과 직접 평행합니다. 공작물이 에칭액에 있는 시간이 길수록 제거되는 금속의 양이 많아집니다. 시간이 적을수록 절삭 깊이가 줄어듭니다. 이것은 공식으로 계산됩니다.
E=S/T
어디,
- E =에칭 속도.
- S =절단 깊이가 필요합니다.
- T =시간(초)
식각률 값은 실험에 의해 미리 계산됩니다. 에칭 속도는 화학 시약의 농도와 가공할 공작물의 유형에 따라 결정됩니다.
절단 깊이는 설계에서 얻습니다. 따라서 공작물을 에칭액에 담그기 전의 시간을 쉽게 계산할 수 있습니다.
#4. 마스킹 제거:
디마스킹(Demasking)은 에칭 공정 이전에 도포된 마스킹트(maskant)를 벗겨내는 공정이다. 마스크가 가공물에서 제거되면 가공물은 다시 세척 작업으로 보내져 남아 있는 에칭액이 가압된 냉수로 세척됩니다. 그런 다음 공작물이 건조되고 최종 발송 준비가 완료됩니다.
화학 가공 작업 유형:
1. 화학 밀링 (CHM):이 작업은 공작물의 포켓, 윤곽을 얻거나 공작물에서 벌크 재료를 제거하기 위해 수행됩니다.
2. 화학 각인 (CHE) :공작물에 특별한 디자인을 매우 정밀하게 재현하기 위해 수행되는 작업입니다. 예:제목, 브랜드 이름, 일련 번호 등
3. 화학적 연마 (CHP):이 작업은 공작물의 미세 마무리 또는 디버링을 구성하기 위해 수행됩니다. 이것은 더 가벼운 희석 화학 시약을 사용하여 가능합니다.
4. 광화학 가공 (PCM):광화학 가공은 응력과 균열이 없는 부품을 제조하는 공정입니다. PCM은 공작물에 미세한 세부 사항을 가공하는 데 사용됩니다.
이 공정은 화학 가공(CHM)을 기본 기술로 사용하여 재료를 제거하고 설계 목적으로 감광성 마스크를 사용합니다. PCM은 화학 가공이 뿌리인 고급 가공 공정입니다.
화학 가공 응용 분야:
다음 응용 프로그램에는 다음이 포함됩니다.
- 기존의 방법으로는 불가능했던 복잡한 윤곽의 무게 감소.
- 얇고 섬세한 부품 가공
- 구멍 내부에 있는 윤곽을 가공하는 데 사용됩니다.
- 자동차 및 항공 산업에 사용됩니다.
- 미세한 스크린과 메쉬 제작.
- 작업물의 고정이 어려운 금속 제거
화학 가공의 장점:
다음과 같은 이점이 있습니다.
- 이 가공 공정은 금속을 균일하게 제거합니다.
- 근사한 공차로 표면 조도가 우수합니다.
- 복잡한 윤곽을 쉽게 가공할 수 있습니다.
- 동시에 모든 축을 따라 재료 제거.
- 숙련도가 낮은 작업자가 필요합니다.
- 작업물에 기계적 응력이 발생하지 않습니다.
- 낮은 초기 비용
- 낮은 가공 비용
화학 가공의 단점:
다음과 같은 단점이 있습니다.
- 작동자의 안전이 약하고 피부에 소량의 부식액을 엎지르면 작동자에게 해를 끼칠 수 있습니다.
- 가공 후 부식 가능성이 있습니다.
- 합금을 가공하면 표면 조도가 나빠질 수 있습니다.
- 공정이 친환경적이지 않습니다.
- 부산물을 버리면 주변에 피해를 줄 수 있습니다.
- 재료 제거율(MRR)이 다른 가공 공정에 비해 적습니다.
- 부적절한 가공을 초래할 수 있는 기포 형성 가능성.
중요 매개변수:
마스크: Maskantcan은 가공물의 일부가 식각되는 것을 방지하기 위해 가공물을 코팅하는 데 사용되는 재료로 정의됩니다.
마스칸트 유형을 선택하기 위해 고려해야 할 요소:
- 사용된 화학 시약에 대해 불활성이어야 합니다.
- 취급에 견디기 어렵습니다.
- 가공 과정에서 특성이 변하지 않아야 합니다.
- 열에도 견딥니다.
- 자르기 및 스크라이빙을 허용해야 합니다.
- 작업물에 잘 부착되어야 합니다.
- 가용성 및 저렴한 비용
공작물 재료 | 마스크 소재 |
알루미늄 및 그 합금 | 부틸 고무, 폴리머 및 네오프렌 |
구리 및 그 합금 | 폴리머 |
철계 합금 | 부틸 고무 및 폴리머 |
니켈 | 네오프렌 |
마그네슘 | 폴리머 |
티타늄 | 폴리머 |
그림>
화학 가공 Maskant 기술:
공작물에 마스칸트를 도포하는 방법은 크게 3가지가 있습니다.
1. 자르고 벗기기:
이 마스칸트 기법에서 가공할 공작물은 코팅과 유사하게 먼저 액체 마스칸트 탱크에 담근다.
전체 공작물이 코팅되면 공작물을 꺼내 몇 분 동안 건조시킵니다. 그런 다음 스크라이버를 사용하여 공작물에 적용된 마스칸트 층을 자릅니다.
절단은 가공할 디자인에 따라 정확하게 이루어집니다. 절단 작업이 완료되면 식각할 영역에서 마스크가 제거됩니다. 따라서 컷 앤 필 마스킹 기술이 작동합니다.
이 마스칸트 기법은 네오프렌, 부틸 및 비닐 기반 재료와 같은 비교적 두꺼운 재료를 사용합니다. 이 기술은 화학적 밀링 작업(CHM)에만 사용됩니다.
시대에 따라 이 기술은 미사일, 항공기 및 그 구조 부품의 생산을 용이하게 했습니다. 약 0.5인치 이상의 이 공정과 관련된 마스칸트의 불활성 특성 및 두께로 인해 이 기술은 매우 높은 내화학성에 접근할 수 있습니다. 이 기술의 주요 협상은 이 기술이 상대적으로 낮은 품질의 허용 오차를 갖는다는 것입니다.
컷 앤 필 마스킹 기법에 사용되는 재료는 비닐, 네오프렌 고무, 부틸계 재료, 밀랍, 플로우 또는 딥 또는 스프레이 코팅에 의해 도포되는 버건디 피치입니다. 이 마스크의 두께는 0.03~0.13mm입니다.
2. 화면 인쇄:
이 기술은 기존의 실크 스크린 인쇄 기술을 사용합니다. 이 마스크 응용 프로그램에서 미세 메쉬 실크 또는 스테인리스 스틸 스크린이 공작물에 배치됩니다.
와이드 시트에 라듐을 인쇄하는 것과 유사하게 실크스크린과 SS 메쉬에 전체 디자인을 인쇄하는 기법입니다. 그런 다음 메쉬가 공작물의 표면에 대해 눌러집니다. 이것으로 가공할 영역의 마킹이 완료됩니다.
그런 다음 마스칸트 층이 공작물 전체에 감겨집니다. 가공물에 마스칸트의 접착은 건조 및 베이킹에 의해 이루어지며, 마스칸트가 가공물에 부착되면 설치된 메쉬가 가공물에서 제거되어 가공할 영역에서 마스크가 제거됩니다.
스크린 인쇄는 대규모 생산을 위한 빠르고 경제적인 마스킹 기술입니다. 이 기술은 또한 더 높은 수준의 정확도에 대한 액세스를 제공합니다.
마스크 두께는 항상 0.05mm 미만입니다. 이 마스칸트 기법은 평평한 표면과 적당한 윤곽이 있는 1.2m × 1.2m 미만의 부품에 가장 적합합니다.
3. 포토레지스트:
포토레지스트 마스킹 기술은 광화학 가공 공정에서만 실행됩니다. 이 기술은 이 자율적인 시대에 매우 다양합니다.
포토레지스트 마스킹 기술을 사용하면 화학 가공 공정이 다른 비전통적 가공 공정, 즉 광화학 가공(PCM) 공정으로 전환됩니다.
이 기술에서는 최종 제품 디자인의 그림이 감광성 재료의 필름에 인쇄됩니다. 이 필름은 자외선을 끌어당기고 반사하는 특성이 있습니다.
인쇄된 필름을 가공할 판금(가공물)에 조심스럽게 정확하게 놓고 가공물을 UV 기계를 통과시킵니다.
워크피스의 IN과 OUT 사이에 UV 광선을 통과시키고 반사시키는 필름의 특성으로 인해 필름에 미리 인쇄된 영역 또는 마크만 UV가 필름을 통해 워크피스로 통과하도록 허용합니다.
UV에 대한 이러한 작업물의 노출은 화학 기계 가공을 위해 사전 설계된 특정 부품을 매끄럽게 합니다. 나머지 공정은 광화학 가공 공정에서 수행됩니다.
이 기술에 사용된 재료의 두께는 1.27mm에서 1.5mm 사이입니다. 이 기술은 PCB, 반도체, 전자 칩, 컴퓨터 금속 부품, 시계용 소형 기어 등의 제조에 널리 사용됩니다.
에천트:
에칭액은 금속과 반응하여 용해할 수 있는 희석 또는 농축된 화학 산의 혼합물로 정의할 수 있습니다.
공작물 재료 | 에천트 | 작동 온도. (
오
다) | 에칭 속도(mm/min × 10
3
) |
알루미늄 및 그 합금 | Na(OH) | 49 | 20-30 |
FeCl3 | 49 | 13-25 | 13-25 |
황동 또는 청동 | NH4 HF2 | 27 | 10-15 |
FeCl3 | 49 | 25 | 25 |
리드 | FeCl3 | 54 | |
마그네슘 합금 | HNO3 | 32-49 | 25-50 |
니켈 | FeCl3 | 49 | 13-38 |
티타늄 | HNO3 HF | 주변 | 13-25 |
그림>