방전가공2

[한찬희]

방전이란?

고체, 액체, 기체로된 절연체에 전류가 흘렀을 때의 현상

방전가공(EDM)이란?

방전현상을 인공적으로 설정하여 그 에너지를 이용하는 가공방법으로 스파크 방전으로 인한 금속의 침식을 이용한 것.

방전가공법의 시초

1943년 소련의 라자렌코 부부에 의해 발견되어 초기에는 경질금속의 구멍을 뚫는 등의 단순한 작업에 많이 사용되어 이후 현재에까지 선진국에서 금형가공의 대명사가 될 정도로 많은 정밀가공에 사용되고 있다.

초기의 방전가공법

가공속도가 일반 범용공작기계에 비해 가공속도가 너무 늦고 제어기술의 한계에 의해 특수한 분야에 국한되어 발전되었으며, 정밀가공법의 개발을 자극하였고, 산업발전으로 인한 새로운 가공기술의 요청으로 소련은 물론 세계각국에서 이 분야를 연구하기 시작하였다.
특히 일본의 경우는1948년에 이 기술의 정밀성을 파악하고 금형가공의 범용기로 발전시킨 결과 지금은 금형공업의 총아로 되어 있지만 우리나라에서는 아직 이러한 방전가공기술이 심도있게 연구되지 못하고 있다.

방전가공법의 발달

반도체기술의 혁신으로 제어기술의 발달을 가져와 고속가공이 가능하게 되었으며 금형, 항공 우주산업, 전자공업등 산업전반에 걸쳐 다양하게 사용되고 있다.
특히 일반 범용공작기계로는 가공에 어려움이 있는 금형제작과 같이 난삭재를 주로 사용하는 분야에서 필수적이며 내열재료, 형상가공, 절단, 난삭성재료 등에 많이 사용되고 있음은 물론 심지에 비철금속재료의 가공에도 활용되고 있다.

※ 미세방전가공

단발 방전에너지의 극소화, 정밀화된 위치결정, 방전주기의 극소한 작업 등을 수행함으로써 형상치수가 수십 마이크로에서 수백 마이크로에 이르는 3차원 부품을 가공하는 기술로써, 재료의 제한이 적고 비교적 강성이 크고 다양한 형상을 지닌 3차원 구조물을 손쉽게 가공할 수 있다.

방전가공의 원리

가공전극과 공작물을 절연액에 담그고 50V~300V의 전압과 0.1A~500A의 전류를 걸어주면 표면에서 방전이 일어난다.
이 때 방전액 및 공작물 표면이 용융하고 증발하여 용융부의 대부분을 날려버리고 그 일부는 공작물의 바닥이나 주변에 부착되어 크레이터(crater)를 생성하는데 이 현상을 빠르게 반복한다.

방전가공의 특징

1) 공작물의 경도에 관계없이 가공된다.

2) 인성, 취성이 큰 재료가공에 용이하다.

3) 정도가 높은 가공을 할 수 있다.

4) 가공형상이 복잡한 가공에 적합하다.

5) 기계가공으로 변형이 쉬운 경우의 가공에 용이하다.

방전가공의 장점

1) 재료의 경도에 관계없이 담금질강, 초경합금, 스테인레스등 도전체면 모두 가공이 가능하다.

2) 담금질 후에도 가공이 가능하고 균열 열변형의 우려가 없다.

3) 복잡한 형상의 것도 간단히 가공이 가능하다.

4) 관통구멍의 정도가 높다.

방전가공의 종류

1. 방전와이어 컷팅

- 원리

천천히 움직이는 와이어가 컴퓨터의 제어를 받아 지정된 경로를 따라가면서 방전 스파크를 톱날처럼 사용하여 공작물을 절단

- 특징

와이어방전 가공은 2차원 형상의 가공만 수행 할수 있으며, 방전 충격으로부터 발생되는 강제 진동을 견딜수 있도록 일정한 장력을 걸어주어야 함

2. 형성방전

3. 방전연삭

연삭숫돌을 흑연이나 구리로 만들고, 연삭 입자를 사용하지 않고 연삭하는 것으로 숫돌과 공작물 사이에 일어나는 반복적인 스파크 방전으로 소재를 제거하고 찌거기는 전해액으로 씻어내는 것.
(금형의 연삭에서 얇은 부품의 가공에도 사용이 가능)

① 막힘 가공

전극을 소모하면 그 만큼 형상이 변하므로 방전가공 조건 및 방법, 전극재 등을 고려하면서 가공해야 하는 방법

② 관통 가공

가공속도를 높이기 위해 미리 전극을 길게 제작함으로써 비록 전극마모가 심하더라도 가공 깊이를 길게 설정하여 가공하는 방법

전극재료

구비조건

① 피가공 재료에 대해서 안정된 가공을 할 수 있는 것.

② 가공에 따른 전극의 소모가 적을 것.

③ 기계적 강도가 어느 정도 있을 것.

④ 기계가공성이 좋을 것.

⑤ 가격이 싸고 쉽게 구할 수 있는 것.

종류

일반적으로 황동, 흑연이 주로 사용되며 이 밖에도 은-텅스텐, 구리-텅스텐, 동-텅스텐, 철, 구리, 아연, 인청동, 알루미늄등이 있다.

① 황동

다소 소모비가 크다는 결점이 있거나 관통형이나 거친 가공작업에 많이 쓰이고 있으며 현재 경제적인 면으로 가장 일반적으로 사용되고 있다.

② 흑연

-	순도가 높은 것이 유리하며 순흑연이 사용되는데 빠른 가공성과 전극의 저소모과 복제기능이 우수하여 저부형 등의 복잡한 형상의 방전작업에 널리 사용된다.
-	기계적으로 약하기 때문에 전극제작시 충격력으로 형상 중요부의 파손이나 물림등에 유의해야 한다.
-	가공시 절삭정항이 매우 적어 절삭깊이에 대한 치수의 추종성이 매우 우수하여 고정도의 치수 정밀도를 얻기 유리하며 연삭 가공에서도 기계가공과 같이 가공상의 문제점이 없다.
-	상당이 얇은 치수의 제작도 가능하나 분진이 많아 강력한 집진장치가 필요하게 된다.

③ 은-텅스텐

전극으로서 소모가 적기 때문에 가공전극으로 고정밀작업의 다듬질 작업에 널리 사용되고
있는데 중량비로서 텅스텐을 약 65%정도 함유하는 은-텅스텐의 소결합금으로서 초경질 합금이나 다이아몬드 등 고도의 가공에 가장 우수하다.
또한 가공 확대 여유량이 적고 가공면의 조도가 좋은 특징이 있다.

⑤ 구리-텅스텐

은-텅스텐 다음으로 고경도의 가공에 우수하고 역시 중량비로 텅스텐을 약 65%함유한 소결 구리-텅스텐의 합금으로 전극소모가 적은 가공 확대 여유량이 적으면 가공면 조도가 좋다.
은-텅스텐보다 저가이기 때문에 정밀가공에 많이 사용되고 있다.

⑥ 철

순철이 유리하며 특수한 경우 외에는 잘 사용하지 않는데 전극의 마모가 심하기 때문에 마모율을 감안하여길게 제작하여 사용하는데 간단하고 치수정밀도가 요구되지 않는 펀치, 다이를 일체로 제작할 때 사용되기도 한다.

⑦ 구리

구리-텅스텐, 은-텅스텐보다는 다소 떨어지나 미세 구멍의 방전등 복제기능이 우수하고 어느 정도 무소모 가공이 가능하기도 하며 가격이 저렴하고 손쉽게 구할수 있기 때문에 저부형의 가공 등에 널리 사용되는 전극재료이나 순도가 높은 것일수록 좋은 특성이 있기에 99.9% 이상의 순도가 요구된다.

⑧ 아연

구리의 함유량이 많은 합금이 유리하며 유소모 가공시 철이외의 타 재료에 비해 가격이 저렴 하기 때문에 사용되기도 한다.

⑨ 인청동

가는 구멍이나 가는 흠통과 같은 가공전극은 어느 정도의 강성을 갖지 않으면 안된다. 이럴때는 납(PB)의 선이나 판을 전극으로 이용한다.

⑩ 알루미늄

R.C회로에서는 이용할 수 없으나 새로운 전원방식에서는 가공속도가 향상되어 사용 될 수 있다.

[죽돌이(s.d)]

좋은자료 감사합니다^^