방전가공의 종류와 표면거칠기
- 기술지식/기계가공기술
- 2022. 2. 25. 18:32
방전가공의 종류와 표면거칠기
1 방전가공이란?
전기가 통하는 금속이라면 어떤 금속이라도 가공이 가능하고 기존의 절삭가공으로는 불가능했던 난삭재의 미세 가공도 실현 가능한 것이 방전가공(EDM, Electrical Discharge Machining)이며, 방전 가공은 일명 스파크 가공(spark machining)이라고도 하는데 전기의 양극과 음극이 서로 부딪칠 때 발생하는 스파크로 가공하는 방법이기 때문입니다. 즉 방전가공은 전극과 피가공물 사이에 발생하는 아크 방전시 발생하는 불꽃의 열에 의해 피가공물을 녹여 가공하는 방법입니다. 피가공물이 전기를 통과하는 재질이면 경도에 관계없이 가공이 가능하다는 특징이 있어 주로 금속가공에 사용되고 있습니다
머시닝센터나 선반, 밀링 등의 공작기계는 커터(cutter)나 바이트 등의 날카로운 절삭공구를 이용하여 금속을 깎는 절삭 가공인데 비해 방전 가공은 전기 에너지를 활용하여 절삭 가공에서의 절삭공구처럼 작동시키는 것에 의해 탄소강같은 단단한 금속을 가공하는 방법입니다.
금속과 금속 사이를 방전함으로써, 초당 약 1000회~10만회의 불꽃을 간헐적(얼마 동안의 시간 간격을 두고 되풀이하여 일어나는)으로 만들어 내고, 발사함으로써 그 열과 충격으로 금속의 표면을 깎아, 조금씩 형상을 변화시켜 나갑니다. 금속 사이에서 생성된 스파크는 6000℃에 도달하며, 불꽃의 유발이나 용융된 금속의 비산(날아가서 흩어지는 현상)을 방지하고 금속의 냉각과 함께 절연 상태를 만들어 내기 위해 순수 물과 기름 속에서 가공합니다. 방전가공은 비접촉 가공이므로 재료에 부하를 주지 않고 가공할 수 있는데요. 그런 이유 때문에 비교적 변형이 적으면서도 고정밀도의 가공에 적합한 가공 방법입니다.
방전가공-와이어커트 동영상
2. 방전가공의 종류
방전가공에는 와이어 방전 가공과 형조 방전 가공의 2종류가 있는데요.
1) 와이어 방전가공
와이어 방전가공은 직경 약 0.02 ~ 0.35mm 정도의 가느다란 황동재질 등의 와이어 선을 전극으로 사용하여 방전에 의한 스파크로 금속을 깎습니다. 전기가 통하는 재료라면 이 가공 방법을 적용할 수 있습니다.
절삭 가공에서는 어려운 매우 길다란 형상이나 얇은 소재의 절단, 경도가 높은 금속 가공에 적합합니다.
또한, 항상 냉각을 해가면서 가공을 실시하기 때문에 열에 의한 변형이 비교적 적고, 매우 얇은 금속의 가공에도 이용됩니다. 와이어로서 사용되는 「전극」의 직경은 0.1mm 정도의 구리나 텅스텐으로 핀과 긴 상태로 감아가면서 공작물을 절단해 나갑니다. 와이어 방전 가공은 WEDM(Wire Electrical Discharge Machining)이라고도 합니다.
일반 공작기계의 절삭 가공방법으로는 도저히 가공할 수 없는 형상의 가공을 할 수도 있고 가공 정밀도 또한 높은 반면에 가공시에는 꽤 시간이 소요되기 때문에, 제작 수량에 따라서 때로는 절삭 가공 쪽이 좀 더 적합한 경우도 있습니다.
2) 형조 방전가공
형조 방전 가공에서는 구리나 흑연 등을 전극으로 사용하여 방전에 의한 스파크로 금속을 가공합니다.
와이어 방전 가공과 다른 점은 가공하고자 하는 형상에 맞춘 전용 전극을 사용하는 점으로 와이어 전극을 관통시킬 필요가 없기 때문에, 다양한 형상을 제작할 수 있습니다.
바닥이 있는 포켓 가공 등 가공의 자유도가 높고, 절삭 가공으로는 어려운 형상도 가공할 수 있습니다.
가공 중 전극 소모로 가공물의 마무리 형상이 무너져버릴 우려가 있기 때문에, 전극에 모서리부가 있는 경우는, 가공 정밀도를 올리기 위해서 전극을 여러개 준비하여 필요시 교환할 필요가 있습니다.
형조 방전가공 동영상
3) 미세 구멍 방전가공
봉 형상의 전극을 사용하여 금속에 구멍을 뚫어 가공합니다. 기존의 드릴링 가공에서는 가공하기 어려운 지름 0.1mm 이하의 가늘고 긴 구멍을 뚫을 수 있어 금형의 에어빼기구멍이나 정밀 노즐 등의 미세한 구멍 가공에 사용합니다.
3. 방전가공에 적합한 소재
전기가 통하는 재료라면 난삭재인 몰리브덴, 인코넬, 티타늄 등의 단단한 금속 재료의 가공을 할 수 있습니다. 절삭 가공과 달리 칼날이 아닌 금속간 방전을 이용한 스파크에 의해 가공하고 있기 때문에 경도에 관계없이 미세한 형상의 가공이 가능합니다.
4. 방전가공의 용도
몰드 금형이나 프레스 금형 등 빈번하게 사용되고 있는 것을 효율적이며 안정적으로 제조하기 위한 금형이나, 칼, 모형, 항공기 등의 부품 제작에도 이용되고 있습니다.
공구, 자동차와 같은 익숙한 것으로부터 신소재, 반도체, 우주항공, 의료 등 다양한 분야에서 활용되는 가공 방법입니다.
5. 방전가공 후 표면거칠기
와이어 방전 가공에서는 와이어가 미세하게 진동하고 방전에 의한 스파크가 금속에 부딪쳐가면서 가공해 가기 때문에, 가공면이 배 지상의 거칠게 한 표면으로 완성됩니다.
가공면의 마무리는 방전 가공 조건, 와이어의 속도나 서보 전압, 와이어 텐션 등에 의해 좌우되지만, 대략 Ra18μm에서 Ra3μm 정도의 표면 거칠기로 완성됩니다.
가공 후에 연삭 등을 실시함으로써 표면 거칠기, 정밀도 모두 정밀하게 마무리할 수 있습니다.
<원 포인트 레슨>
방전 가공은 전기를 방출하는 에너지로 금속을 가공하는 가공 방법 중 하나입니다.
전기가 통하는 재질이라면 몰리브덴이나 인코넬 등의 난삭재도 가공할 수 있습니다.
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