방전가공1

[한찬희]

 E.D.M 이란

방전가공은 전기 가공법의 일종으로 전해 가공과 대별.방전현상을 인공적으로 설정
그 에너지를 이용한 가공 방법입니다.

방전이란 여름철 특유의 기상 현상으로 고체, 액체, 기체로 된 절연체에 저전압
대전류가 흘렀을때의 현상으로 전극과 가공물에 전압-전류를 보내 코로나방전
스파크방전 아아크방전 절연파괴의 순서로 짧은 시간에 행하여 집니다.

18세기말 (미국)에 전극과 가공물 사이에 저전압, 대전류를 보내 각인 문자를 쓰기
위한 전기펜이 발명되었으며 1943(소련) 라자렌코 부부에 의해 경질금속에 구멍을
뚫는데 성공 하였습니다.

이때를 방전가공의 기원이라고 봅니다.
그후 1948년 (일본) 동경대학에서 연구하여 방전현상의 정밀성을 간파하였습니다.

ELESTRIC DISCHARGE MACHINE을 줄여 E.D.M으로 표시하며 방전가공기라고 합니다.

아아크 용접, 전기집진기, 정전도장, 형광등, 네온사인, 열원, 광원등이 바로 방전의
원리를 이용한 것입니다.

　1-2. E.D.M 특징

(1) 장 점
1) 공작물이 전도성을 가지고 있으며 가공상에 제약을 받지 않는다.
2) 이형상을 비교적 좋은 정도로 가공할 수 있다.
3) 전극과 가공물에 기계적인 힘이 가해지지 않은 상태에서 가공이 됩니다.
4) 가공면이 균일 합니다. (면 거칠기 : Ø0.1-1.000n 정도 이내)
5) 가공확대 여유가 일정하고 고정밀도가 보장 됩니다.
6) 불가능한 제품이 거의 없습니다.
7) 가공표면의 열변질층, 두께가 균일하며 마무리 가공이 쉽게 됩니다.
8) 미세한 구멍이나 홈 가공이 가능 합니다. ( Ø0.1mm이상)
9) 가공성이 높고 계획성이 큽니다.

(2) 단 점
1) 가공에 필요한 전극이 준비 되어야 합니다.
2) 전극 소재에 제한이 있습니다. (Cu, Gr, Ag-W, Cu-W)
3) 가공 도중에 소프트를 필요로 합니다.
4) 일시적인 가공 속도는 느립니다.
5) 가공액은 일반적으로 등유를 사용하므로 화재에 특히 주의를 요합니다.
(방전가공유를 사용 할수도 있음.)
6) 가공 부위보다 가공액 표면이 최소 50m/m이상 높아야 하므로 가공액 채우는 시간
동안은 가공을 해서는 안됩니다.
(화재가 발생할 우려가 있슴.)

　1-3. E.D.M의 기본 원리

(1) 단발방전의 분석

1) 불꽃방전은 단발 방전과 다발방전으로 분류 됩니다.
2) 단발방전 시간은 10-6 - 10-3 Sec (1초당 1.000.000 - 1.000 발의 방전이 이행 됩니다.)
3) 방전 순간 온도는 약 3.000 - 10.000℃ 정도이다.
4) 한발의 방전으로 인해 방전주가 형성되며 방전흔이 생성 됩니다.
5) 다발 방전으로 인한 방전흔의 집적이 바로 거칠기 입니다.

　1-4 방전 현상

(1) E.D.M의 불꽃방전
방전가공법(E.D.M)이라는 것은 절연액중에서 연속적으로 발생되는 불꽃 방전의 침식
작용에 의해 도체(주로 금속 공작물)에 구멍을 뚫거나 또는 목적한 현상으로 깍아내가는
전기 가공법입니다.

자연계에서 발생하는 방전현상으로는 광범위 하게 여러가지가 있고 학술적으로 복잡,
난해한 것으로 되어 있습니다만 자주 쓰이는 EDM의 불꽃방전으로는 다음과 같이 변화
하면서 진행하는 것으로 되어 있습니다.

1) 양극(공구 전극및 피가공물)간을 절연액으로 하여 쌍방간에 직류의 무부하 전압이
인가 됩니다.

2) 양극간의 간격이 떨어져 있을때 Z축 또는 X,Y축의 Servo 동작에 의해 자동적으로
접근하고 절연이 파괴 되면서 방전이 개사 됩니다.
이때 양극이 간격을 방전 Gap이라 부르고 있습니다.
이 Gap은 전기 에너지가 작고 좁은 방전의 경우 2-5 ㎛ 정도 큰 에너지의 방전에는
수십 ㎛ 가 됩니다.

3) 극간은 일순간에 전자 방출현상에서 방전주(기둥) 이라고 부르는 고온,고압력의
불꽃방전의 생기며 이것이 일정기간 지속 됩니다.
전원회로에 의해 이 시간은 usec에서 1㎳ 정도의 범위에서 적정 시간으로 제어되고
이 기간 동안 방전주에는 약 3000℃의 고온이 발생 되기 때문에 금속의 조직이 용해되고
일부는 Ion화 합니다

4) 극간의 절연액이 기화 팽창하여 폭발하고 용해된 금속의 일부가 날라가서 불규칙한
크레-타 상의 요철이 생깁니다.
용해된 부분이 돌출하여도 여기에 다음의 방전주가 발생 합니다.
폭팔한 절연액은 기화하여도 동시에 다양한 탄화물로 변화하고 또 일부는 용해되여
타-르 상태로 되여 배출 됩니다.

5) 방전에 의해 생긴 금속 Ion 또는 Gas 상태, 타-르 상태의 생성물이 퍼지고 극간에
절연이 회복되면 다시 전압이 인가되고 다음의 방전이 이루어집니다.
방전후의 방전흔적은 달표면의 계곡처럼 되며 이것이 중요한 방전 면 거칠기 입니다.
방전주의 방전 시간에 대하여 절연 회복에 요하는 시간은 적어도 방전 시간의 2배정도
전류치가 높고 방전 시간의 짧은 Pulse는 약 20배 정도 필요 합니다만 어떻게 하여도
수 us-ms 단위의 짧은 시간은 변하지 않습니다.
따라서단위시간내의 절연 회복의 반복수인 방전 주파수는 수 100HZ-수KHZ 입니다