Fig. 1은 1차 실험에 사용된 시편의 형상을 나타낸다. AL6061 소재 블록에 3 mm 드릴로 첫 번째 구멍(Primary Hole)을 가공하고 두 번째 구멍(Secondary Hole)이 첫 번째 구멍의 벽면을 30^o로 관통하도록 하였다. AFM 방식의 디버링의 가능성을 확인하기 위해 비교적 탄성계수가 낮은 AL6061 소재를 사용하였다. 디버링의 가능성을 확인한 후 차후에 SUS304와 같은 기계적 강성이 큰 소재로도 가능한지 확인이 필요하다. 버는 벽면 관통부 모서리에 집중적으로 발생한다. 각 구멍 끝은 연마액 순환 시스템과 연결이 되도록 하였다. 디버링을 수행한 후, 시편을 Fig. 1과 같이 단면 A-A로 절개하여 디버링 결과를 확인하였다.

Fig. 1 
Specimen geometry for intersecting angle of 30^o and hole diameter of 3 mm

연마액의 단방향 유동으로 인한 버 모서리의 편마모를 방지하기 위해 주기적으로 유동 방향이 역전되도록 하였다. 연마액의 유동 총량(Volume of Flow, V), 버 모서리를 통과하는 유동 길이(Flow Length, L) 및 구멍의 유동 단면적(A) 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.

메쉬 넘버(Grit Mesh Size)로 표현되는 연마 입자의 크기(Abrasive Size), 연마액 단위 부피에 포함된 연마 입자 함유량(Abrasive Concentration), 연마액의 점도를 공정변수로 설정하였다. 각 공정변수의 2 수준별 설정 값들은 Table 1에 수록하였다. 연마액의 유속은 2.3 m/s로 설정하여 실험하였다.

1차 실험을 위해 설정한 네 가지 공정변수를 L8(2⁷) 직교배열표에 적용하여 실험을 하고, 그 결과를 Table 3에 정리하였다. 디버링 후 각 시편에 대하여 Fig. 1의 단면에 투영된 잔류 버의 면적으로 디버링의 완성도를 평가하였다.

디버링 후 각 시편을 Fig. 1의 A-A 단면에서 촬영하였다. 버가 없는 경우의 교차구멍 모서리와 시편의 모서리를 대조하여 제거되지 않은 버의 단면적을 측정하였다. Table 3와 Fig. 2에서 볼 수 있듯이 RUN 8의 디버링 완성도가 가장 높고, RUN 1의 경우는 버의 제거가 미미한 것을 볼 수 있다.

Fig. 2 
Burr edges after the 1st deburring (section A-A, Fig. 1)

Fig. 3은 1차 실험에 대한 민감도 분석 결과이다. 디버링에 가장 큰 영향을 미치는 변수는 연마재 입자 크기이며, 유동 길이가 그 다음으로 영향을 미친다. 연마재의 입자 크기가 증가할수록 버 제거가 잘 이루어지며, 이는 Bahadur²¹의 연구결과와 일치한다. 또한, 유동 길이가 길수록 버가 많이 제거된다. 연마재 함유량과 연마액 점도의 영향은 상대적으로 작은 것으로 평가되었다.

Fig. 3 
Analysis of means for the 1st experiment

1차 실험에서 사용한 교차각 30^o 시편과 더불어, Fig. 4에 보이는 교차각 45^o 시편을 사용하였다. 디버링을 수행한 후, 시편을 절개하여 디버링 결과를 확인하였다.

Fig. 4 
Specimen geometry for intersecting angle of 45^o and hole diameter of 3 mm.

1차 실험 결과에 따라 연마액의 점도를 제외하고 연마액의 유속을 추가하였다. 실험 방식은 1차 실험과 동일하며, 연마액의 유속(Flow Speed), 구멍의 교차각(Intersecting Angle), 연마재 입자의 크기(Abrasive Size), 연마재의 함유량(Abrasive Concentration)을 공정변수로 설정하였다. 각 공정변수의 2 수준별 설정 값들은 Table 4에 수록하였다. 유동의 길이는 2,205 m로 고정하였고, 연마액의 점도는 1.05 Poise로 선택하였다.

네 가지 공정변수를 L8(2⁷) 직교배열표에 적용하여 실험을 하고, 그 결과를 Table 5에 정리하였다. 디버링 후 각 시편의 단면 사진에서 버가 남아있는 모서리의 길이를 측정하여 디버링의 완성도를 평가하였다.

Table 4와 Fig. 5에서 볼 수 있듯이 RUN 4의 디버링 완성도가 가장 높고, RUN 1의 경우가 가장 낮은 것을 볼 수 있다.

Fig. 5 
Burr residue after 2nd deburring

Fig. 6은 2차 실험에 대한 민감도 분석 결과이다. 디버링에 가장 큰 영향을 미치는 공정변수는 교차각이며, 연마재의 입자 크기가 그 다음으로 큰 영향도를 갖는다. 교차각이 작을수록 드릴 출구의 소재가 얇아져 드릴 진행방향으로 쉽게 밀려나가므로 절삭이 되지 못하고 버의 형태로 남게 된다. 교차각이 90˚에 가까울수록 버가 적게 발생하게 된다. 1차 실험과 마찬가지로 연마재의 입자 크기가 클수록 잔류 버가 적다. 유속이 빠를수록, 연마재의 함유량이 높을수록 디버링에 유리하지만 이들의 영향은 상대적으로 크지 않은 것으로 분석되었다.

Fig. 6 
Analysis of means for the 2nd experiment

Fig. 6에서 A×C/B×D 열의 기울기가 비교적 크므로 교호작용이 있을 것으로 판단되어 교호작용 분석을 하였다. Fig. 7(a)는 A와 C의 교호작용을, Fig. 7(b)는 B와 D의 교호작용을 나타낸다. 교호작용을 고려하면 최적 조건은 A1, B2, C2, D1 변수 조합이며, 이는 RUN 4에 해당하는 실험 조건이다. 유속이 느리고, 교차각이 크고, 연마재의 입자가 크며, 연마재 함유량이 낮을 때 디버링 효과가 가장 큰 것을 확인할 수 있다.

Fig. 7 
Analysis of interaction columns