서론: 방정식의 "정적" 부분
광학 부품의 정밀 절단을 추구하는 과정에서 엔지니어들은 흔히 다음 사항에 집중합니다. 동적 다이아몬드 와이어 절단의 변수로는 와이어 속도, 장력, 이송 속도가 있습니다. 이러한 매개변수는 중요하지만, 실제로는 시스템의 절반만을 나타낼 뿐입니다.
다이아몬드 와이어 톱은 다음과 같이 작동합니다. 폐쇄형 힘의 고리. 배선 시스템이 잘 제어되더라도 공전 루프의 한쪽, 즉 공작물과 그 장착 부위가 유연하거나 불안정하거나 제대로 고정되지 않으면 와이어 매개변수를 아무리 세심하게 조정하더라도 절단이 실패합니다. 이는 게르마늄 결정이나 얇은 광학 유리와 같은 깨지기 쉬운 재료를 가공할 때 자주 발생하는 상황입니다.
그러므로 고정은 단순히 부품을 제자리에 고정하는 것만이 아닙니다. 그것은 다음과 같은 작업입니다. 제약 조건 관리. 부적절한 조명기구 설계는 일반적으로 다음과 같은 문제를 야기합니다.
- 미세 진동, 이는 절삭 손실 및 표면 아래 손상(SSD) 증가로 이어지며, 광학 연마 과정에서 심각한 문제가 됩니다.
- 열 드리프트, 접착제 팽창으로 인해 절단면 전체에 두께 변화(TTV)가 발생합니다.
- 칩핑 종료, 전선이 재료에서 빠져나올 때 발생하는 치명적인 파손으로, 종종 고가의 광학 부품을 사용할 수 없게 만듭니다.
이 글에서는 다이아몬드 와이어 톱으로 가공된 취성 광학 재료에 특화된 고정 장치 설계 및 장착 방법(왁스, 에폭시 또는 기계적 클램핑) 선택을 위한 실용적인 엔지니어링 원칙을 설명합니다.
1. 핵심 철학: 희생 계층(더미 바)
다이아몬드 와이어 세팅에서 가장 중요한 개념은 바로 이것입니다. 희생층, 흔히 더미 바, 서브 플레이트 또는 빔이라고도 합니다.
1.1 “브레이크아웃”의 물리학”
K9이나 오하라 광학 유리와 같은 취성 재료를 절삭할 때 다이아몬드 와이어에 의해 가해지는 절삭력은 주로 압축력입니다. 그러나 와이어가 공작물의 하단 가장자리에 가까워질수록 남아 있는 지지 재료는 점차 얇아집니다.
결국, 남은 부분의 구조적 강도가 가해지는 절삭력보다 약해집니다. 깔끔하게 잘리는 대신, 아래쪽 가장자리가 갑자기 부서져 나갑니다. 이러한 현상을 다음과 같이 부릅니다. 출구 칩핑 또는 돌파.
생산 과정에서 절단면 끝부분의 파손은 스크랩 발생의 가장 흔한 원인 중 하나입니다. 또한, 실제 원인은 절단면 끝부분의 지지력 부족임에도 불구하고, 와이어 속도나 장력 문제로 오진되는 경우가 많습니다.
1.2 해결책: 절단 연속성
파손을 방지하려면 가공물은 와이어가 계속 절삭할 수 있는 재료에 접착되어야 합니다. 와이어는 공작물과 접촉한 상태에서 절대로 공중으로 빠져나오지 마십시오.. 절삭 저항이 갑자기 사라졌다가 다시 나타나면 진동과 모서리 파손이 거의 확실하게 발생합니다.
일반적인 희생층 재료
- 페놀 수지 / 베이클라이트 K9 및 오하라 유리에 매우 적합합니다. 이 소재는 유리를 지지할 만큼 충분한 강성을 제공하면서도 가공물보다 부드러워 와이어 마모를 최소화합니다.
- 석묵 일반적으로 게르마늄과 실리콘에 사용됩니다. 흑연은 부드럽고 자체 윤활성이 있으며 드레싱이 용이하여 정밀 절단 작업에 매우 적합합니다.
- 유리 스트립 (동일 재질) 고정밀 광학 유리용 프리미엄 솔루션입니다. 동일한 유리(예: K9 블록 아래에 K9 스트립)를 사용하여 열팽창 계수를 동일하게 유지함으로써 절단 중 온도 변화로 인한 응력을 줄입니다.
2. 장착 방법: 화학적 장착 vs. 기계적 장착
가공물을 기계에 부착하는 방법은 요구되는 정밀도, 부품 형상 및 생산량에 따라 달라집니다.
방법 A: 열가소성 왁스 마운팅(Precision Standard)
용도: 게르마늄 렌즈, 소형 프리즘, 섬세한 광학 결정.
왁스 마운팅에서는 Shiftwax 또는 석영 왁스와 같은 저융점 광학 왁스를 사용하여 공작물을 빔에 접착합니다.
프로세스 개요:
- 장착 빔을 약 80~100°C로 가열하십시오.
- 얇고 균일한 왁스 층을 바르십시오.
- 공작물을 놓고 부드럽고 균일한 압력을 가하십시오.
- 조립품이 자연적으로 실온까지 식도록 두십시오.
중요 참고 사항: 강제 냉각은 더 빠른 것처럼 보일 수 있지만, 실제로는 왁스 층에 내부 응력을 유발하는 경우가 많습니다. 이러한 응력은 일반적으로 나중에 절삭 과정에서 부품 변형으로 나타납니다.
장점:
- 극히 낮은 유도 스트레스
- 재가열로 쉽게 분리 가능
- 섬세한 광학 부품에 이상적입니다.
단점:
- 제한된 보유력
- 급격하게 사료를 공급하는 환경에는 적합하지 않습니다.
- 온도 변화에 민감함
방법 B: 에폭시 또는 접착제 접합 (산업 표준)
용도: 대형 광학 블록, 적층 유리 절단, 고하중 응용 분야.
왁스가 흘러내리는 문제가 발생하는 무거운 부품이나 배치 공정에는 경질 접착제가 필요합니다.
- 2액형 에폭시 높은 전단 강도를 제공하며 대형 K9 또는 오하라 유리 블록에 일반적으로 사용됩니다.
- UV 경화 접착제 빠른 경화 시간 덕분에 코닝 고릴라 글래스 스택을 절단하는 것과 같은 대량 생산에 자주 사용됩니다.
디자인 팁:
접착층은 얇고(일반적으로 20µm 미만) 균일해야 합니다. 접착층이 두꺼우면 스프링처럼 작용하여, 와이어 속도와 이송 속도가 적절해 보이더라도 기계에서 표면이 울퉁불퉁해지는 현상이 종종 발생합니다.
방법 C: 기계식 클램핑(견고한 방식)
용도: 거친 유리 덩어리, 금속 파이프, 흑연 블록.
표면 품질이 주요 고려 사항이 아닌 황삭 작업에서는 기계식 클램핑으로 충분할 수 있습니다.
- 기계 바이스 사용할 수 있지만, 취성 재료의 경우 압력을 고르게 분산시키기 위해 부드러운 재질(알루미늄 또는 폴리머)의 집게가 필수적입니다.
- 플랜지 장착 이 공정은 게르마늄 덩어리와 같은 원통형 주괴에 효과적입니다. 끝면은 강철 플랜지에 접착되고, 이 플랜지는 회전축에 볼트로 고정되어 재료를 최대한 활용할 수 있습니다.
이 접근 방식은 표면 품질보다는 견고성과 재료 제거율을 우선시합니다.
3. 고정장치 설계 엔지니어링 원칙
광학 부품용 맞춤형 고정 장치를 설계할 때는 몇 가지 실용적인 규칙이 적용됩니다.
3.1 무게 대비 강성
조명기구는 초속 40m에 가까운 속도로 움직이는 전선에서 발생하는 고주파 진동을 견뎌야 합니다.
- 재료: 스테인리스강(304/316) 또는 양극 산화 처리된 알루미늄(7075)을 사용하십시오. 냉각수에 부식되는 연강이나 지나치게 유연한 플라스틱은 피하십시오.
- 기하학: 모멘트 암을 최소화하십시오. 지렛대 효과와 진동 증폭을 줄이기 위해 공작물을 기계 테이블에 최대한 가깝게 장착해야 합니다.
3.2 냉각수 접근성
흔히 저지르는 설비 설계 실수는 냉각수 접근을 막는 것입니다.
- 냉각수 분사구는 다음 두 곳 모두에 도달해야 합니다. 전선 진입 그리고 전선 출구 구역.
- 설치대 주변에 슬러리가 쌓여 절토면이 불안정해지는 것을 방지하기 위해 배수로 또는 경사면을 설치하십시오.
3.3 배치 처리를 위한 다중 스테이션 고정 장치
K9 프리즘과 같이 여러 부품을 일렬로 장착할 경우, 부품 간 높이 차이로 인해 불안정성이 발생할 수 있습니다.
한 부분이 다음 부분보다 약간 더 높으면 전선이 부분 사이를 연결할 때 진동하거나 튕길 수 있습니다. 일반적인 해결책은 다음과 같습니다. 캡슐화—부품 사이의 틈을 수지나 석고로 채워 연속적인 절삭 블록을 만듭니다.
4. 장착 관련 결함 문제 해결
조립 과정에서 발생하는 문제는 절단면에 매우 일관된 흔적을 남기는 경향이 있습니다. 작업 현장에서 몇 번 관찰하다 보면 이러한 흔적을 쉽게 식별할 수 있습니다.
| 징후 | 진단 | 해결책 |
|---|---|---|
| 테이퍼형 또는 쐐기형 | 열 드리프트 | 냉각수 흐름을 개선하거나 고온용 접착제로 교체하십시오. |
| “바나나 굽힘 | 스트레스 해소 | 왁스와 같이 스트레스가 적은 고정 방법을 사용하십시오. |
| 칩핑 종료 | 희생층 실패 | 희생층 두께를 늘리거나 더 견고한 지지 재료를 사용하십시오. |
| 입구에 계단 표시 | 느슨한 고정 장치 | T자형 볼트와 체결 토크를 확인하십시오. |
5. 세척 및 접착 제거
해당 부품이 안전하게 제거되고 세척될 때까지는 과정이 완료된 것이 아닙니다.
- 왁스 마운팅: d-리모넨과 같은 적절한 용제를 사용하여 초음파 세척을 하십시오. 섬세한 광학 표면은 손으로 긁어내는 것을 피하십시오.
- 에폭시 접착: 접착력을 약화시키기 위해 용매(예: 아세톤)에 담그거나 제어된 가열이 필요할 수 있습니다.
- UV 접착제: 뜨거운 물에 담그면 접착력이 충분히 약해져 겹쳐진 유리층을 분리할 수 있는 경우가 많습니다.
결론
정밀 광학 슬라이싱에서 고정 장치 설계는 전체 공정의 일부로 간주되어야 합니다. 공정 엔지니어링, 이는 설정상의 세부 사항이 아닙니다. 고가의 광학 유리 블록이 잘못 설계된 장착 시스템에 의해 제약을 받는다면 최고급 장비조차도 마이크론 수준의 정확도를 제공할 수 없습니다.
적절한 보호층을 적용하고, 적합한 접착 방법을 선택하며, 충분한 강성과 냉각수 공급이 가능한 고정 장치를 설계함으로써 다이아몬드 와이어 톱의 고유한 정밀도를 최종 부품에 그대로 전달할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
Q1: 양면 테이프를 사용하여 광학 유리를 부착할 수 있습니까?
거친 절단에는 가능하지만, K9이나 석영을 정밀하게 절단하는 데에는 적합하지 않습니다. 테이프는 수직 진동을 유발하는 유연성을 도입하여 표면 마감 불량과 울퉁불퉁함을 초래할 수 있습니다.
Q2: 희생층의 두께는 얼마나 되어야 할까요?
와이어가 공작물을 완전히 절단하고 금속 고정 장치에 닿지 않으면서 지지 재료에 최소 2~5mm 깊이까지 들어갈 수 있을 만큼 충분히 두꺼워야 합니다. 일반적으로 20~25mm 두께의 수지 빔이 사용됩니다.
Q3: 웨이퍼가 분리된 후 휘어지는 이유는 무엇입니까?
이는 주로 재료 자체, 특히 성형 유리에서 발생하는 잔류 응력 때문입니다. 하지만 수축률이 높은 에폭시 수지는 이러한 문제를 더욱 악화시킬 수 있습니다. 게르마늄과 같이 민감한 재료에는 응력이 낮은 왁스 마운팅을 권장합니다.
