방전가공
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1. 개요
방전 가공(EDM)은 전기 방전의 침식 효과를 이용하여 금속을 가공하는 방법으로, 1770년 조지프 프리스틀리에 의해 처음 언급되었다. 1943년 B. R. 라자렌코 부부에 의해 형상 방전 가공(Die-sink EDM)이 개발되었고, 1960년대에는 와이어 방전 가공(Wire-cut EDM) 기술이 등장했다. 방전 가공은 RC 회로 또는 트랜지스터 제어 펄스를 기반으로 하며, 전압과 주파수가 주요 기술적 매개변수이다. 재료 제거는 열적 공정 또는 전기력에 의해 이루어진다. 방전 가공은 형상, 와이어, 세공, 곡공 방전 가공 등으로 분류되며, 금형, 공구, 다이 제작, 시제품 생산, 소구경 홀 가공, 금속 해체 가공 등에 사용된다. 장점으로는 복잡한 형상 가공, 단단한 재료 가공, 섬세한 부품 가공 등이 있으며, 단점으로는 숙련된 기술자의 필요, 재료 제거 속도, 전극 제작 비용 등이 있다.
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| 방전가공 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 유형 | 금속 가공 공정 |
| 가공 방법 | 열에너지 |
| 작동 환경 | 유전 액체 |
| 제거 대상 | 공작물 재료 |
| 사용 도구 | 전극 |
| 원리 | |
| 작동 원리 | 공작물과 전극 사이의 방전으로 재료를 제거 |
| 매개체 | 유전 액체 |
| 필요 조건 | 전도성 공작물 |
| 전극 재료 | 구리 흑연 황동 |
| 가공 변수 | |
| 주요 변수 | 전류 전압 펄스 지속 시간 듀티 사이클 |
| 장점 및 단점 | |
| 장점 | 복잡한 형상 가공 가능 높은 경도 재료 가공 가능 정밀 가공 가능 |
| 단점 | 낮은 재료 제거율 전극 마모 표면 거칠기 |
| 적용 분야 | |
| 산업 분야 | 항공우주 자동차 의료 |
| 활용 예시 | 다이 및 몰드 제작 미세 구멍 가공 프로파일 가공 |
| 기타 | |
| 관련 용어 | 와이어 방전 가공 (WEDM) 싱커 방전 가공 (Sinker EDM) 드릴 방전 가공 (Hole Drilling EDM) |
| 유의 사항 | 전극 마모, 유전액 관리, 표면 품질 관리 |
2. 역사
전기 방전의 침식 효과는 1770년 영국의 물리학자 조지프 프리스틀리에 의해 처음으로 언급되었다.
2. 1. 형상 방전 가공 (Die-sink EDM)
1943년, 소련의 과학자 B. R. 라자렌코와 N. I. 라자렌코 부부는 스파크로 인한 텅스텐 전기 접점의 침식을 방지하는 방법을 연구하던 중, 전극이 유전체 액체에 잠겨 있을 때 침식이 더 정밀하게 제어된다는 사실을 발견했다. 이를 바탕으로 텅스텐과 같이 가공하기 어려운 재료를 가공하는 데 사용되는 방전 가공(EDM) 기계를 발명했다. 라자렌코의 기계는 저항-커패시터 회로(RC 회로)를 사용했기 때문에 R-C 타입 기계로 알려져 있다.한편, 미국의 해롤드 스타크, 빅터 하딩, 잭 비버 팀은 알루미늄 주조에서 부러진 드릴과 탭을 제거하기 위한 EDM 기계를 독자적으로 개발했다. 이들은 초기에는 전력이 부족한 전기 에칭 도구를 사용했지만, 더 강력한 스파크 장치와 자동 스파크 반복 및 전자기 인터럽터 배열을 이용한 유체 교체 방식을 통해 실용적인 기계를 만들었다. 스타크, 하딩, 비버의 기계는 초당 60개의 스파크를 생성했으며, 이후 이들의 설계를 바탕으로 초당 수천 개의 스파크를 생성하는 진공관 회로를 사용하는 기계가 개발되어 절삭 속도가 크게 향상되었다.
2. 2. 와이어 방전 가공 (Wire-cut EDM)
1960년대에 경화강으로 금형을 제작하기 위해 와이어 방전 가공 기술이 등장했다. 와이어 방전 가공에서 공구 전극은 와이어이며, 침식으로 인해 와이어가 끊어지는 것을 방지하기 위해 두 개의 스풀 사이에서 감겨 와이어의 활성 부분이 끊임없이 바뀐다. 초기 수치 제어(NC) 기계는 천공 테이프 수직 밀링 머신을 개조한 것이었다. 와이어 컷 방전가공 기계로 제작된 최초의 상업용 NC 기계는 1967년 소련에서 생산되었다.[6] 데이비드 H. 듀레본의 그룹이 1960년대 Andrew Engineering Company에서 밀링 및 연삭 기계용으로 마스터 도면의 선을 광학적으로 따라갈 수 있는 기계를 개발했다. 마스터 도면은 나중에 더 높은 정확도를 위해 컴퓨터 수치 제어 (CNC) 플로터로 제작되었다. CNC 도면 플로터와 광학 라인 추종 기술을 사용한 와이어 컷 방전가공 기계가 1974년에 생산되었다. 듀레본은 나중에 동일한 플로터 CNC 프로그램을 사용하여 방전가공 기계를 직접 제어했으며, 최초의 CNC 방전가공 기계는 1976년에 생산되었다.[6]상업용 와이어 방전가공 능력과 사용은 최근 수십 년 동안 실질적으로 발전했다.[7] 이송 속도가 증가했으며[7] 표면 조도를 미세하게 제어할 수 있다.[7]
3. 원리
3. 1. 기술적 매개변수
상업적으로 이용 가능한 방전 가공기에는 두 가지 범주의 발전기, 즉 전원 공급 장치가 사용된다. 하나는 RC 회로를 기반으로 하고 다른 하나는 트랜지스터 제어 펄스를 기반으로 한다.[16]두 범주 모두에서 설정 시 주요 매개변수는 제공되는 전류와 주파수이다. RC 회로에서는 방전의 시간 지속 기간에 대한 제어가 거의 기대되지 않으며, 이는 방전 순간의 실제 스파크 갭 조건(크기 및 오염)에 따라 달라질 수 있다.[16] 개방 회로 전압(즉, 유전체가 아직 파괴되지 않은 상태에서 전극 간의 전압)은 RC 회로의 정상 상태 전압으로 식별될 수 있다.
트랜지스터 제어 기반의 발전기에서는 일반적으로 사용자가 전극에 전압 펄스 열을 전달할 수 있다. 각 펄스는 모양을 제어할 수 있으며, 예를 들어 준 직사각형이다. 특히, 두 개의 연속적인 펄스 사이의 시간과 각 펄스의 지속 시간을 설정할 수 있다. 각 펄스의 진폭은 개방 회로 전압을 구성한다. 따라서 방전의 최대 지속 시간은 펄스 열에서 전압 펄스의 지속 시간과 같다. 그러면 두 개의 전류 펄스는 두 개의 연속적인 전압 펄스 사이의 시간 간격보다 크거나 같은 기간 동안 발생하지 않을 것으로 예상된다.
발전기가 방전 중 제공하는 최대 전류도 제어할 수 있다. 다른 종류의 발전기도 다양한 기계 제작사에서 사용할 수 있으므로 특정 기계에서 실제로 설정할 수 있는 매개변수는 발전기 제조업체에 따라 달라진다. 기계의 발전기 및 제어 시스템에 대한 세부 정보는 사용자가 항상 쉽게 사용할 수 있는 것은 아니다. 이는 방전 가공 공정의 기술적 매개변수를 명확하게 설명하는 데 장벽이 된다.[16]
기계 외부에 있는 오실로스코프로 전극 간 공간에서 방전 가공 작업 중 전기적 매개변수를 직접 정의하고 측정하기 위한 프레임워크가 최근 Ferri ''et al.''에 의해 제안되었다.[17] 이 저자들은 μ-EDM 분야에서 연구를 수행했지만, 동일한 접근 방식을 모든 방전 가공 작업에 사용할 수 있다. 이를 통해 사용자는 기계 제조업체의 주장에 의존하지 않고 작업에 영향을 미치는 전기적 매개변수를 직접 추정할 수 있다. 동일한 설정 조건에서 다른 재료를 가공할 때, 공정의 실제 전기적 매개변수는 상당히 다르다.[17]
3. 2. 재료 제거 메커니즘
전기 방전 가공(EDM) 시 재료 제거에 대한 물리적 설명은 반 다이크(Van Dijck)의 연구에서 처음 시도되었다.[18] 반 다이크는 열 모델과 계산 시뮬레이션을 제시했지만, 당시 실험 데이터 부족으로 인해 많은 가정을 세워야 했다.1980년대 후반과 1990년대 초반, 열 전달 측면에서 EDM 현상에 대한 추가적인 모델들이 개발되었다. 음극에서의 재료 제거,[19] 양극에서의 침식,[20] 유전 액체를 통한 방전 전류 통과 시 형성되는 플라즈마 채널[21]에 대한 모델들이 발표되었고, AGIE의 실험 데이터로 뒷받침되었다.
이러한 모델들은 EDM이 열적 공정이며, 용융 또는 기화로 인해 두 전극에서 재료가 제거되고, 플라즈마 채널 붕괴로 스파크 갭 내 압력 역학이 형성된다고 주장한다. 그러나 작은 방전 에너지에서는 실험 데이터를 설명하기에 부적절하다.
싱(Singh)과 고쉬(Ghosh)의 모델[22]은 전극 표면에 작용하는 전기력과 전극으로부터의 재료 제거를 연결하여 기계적으로 재료를 제거하고 크레이터를 생성할 수 있다고 설명한다. 이는 표면 재료가 전류 통과로 인한 온도 상승으로 기계적 특성이 변경되었기 때문이다. 이 모델은 특히 μ-EDM 및 마무리 작업에 사용되는 작은 방전 에너지에서 열 모델보다 EDM을 더 잘 설명한다.
많은 모델이 존재하지만, EDM에서의 재료 제거 메커니즘은 아직 잘 이해되지 않고 있으며, 실험적 증거가 부족하여[17] 추가적인 연구가 필요하다.[17]
4. 종류
방전 가공은 크게 형상 방전 가공, 와이어 방전 가공, 세공 방전 가공으로 분류할 수 있다.
- '''형상 방전 가공(Sinker EDM)'''
형상 방전 가공은 램 EDM, 캐비티형 EDM 또는 볼륨 EDM이라고도 불린다. 전극과 공작물을 유체(주로 오일, 덜 자주 사용되는 기타 유전체 유체)에 담근 상태에서 가공한다.[23] 전극과 공작물은 적절한 전원에 연결된다. 전원은 두 부분 사이에 전압을 생성한다. 전극이 공작물에 접근함에 따라 유체에서 유전체 파괴가 발생하여 플라즈마 채널이 형성되고,[12][19][20][21] 작은 스파크가 튄다.
이러한 스파크는 일반적으로 한 번에 하나씩 발생한다.[12][17][24] 이러한 스파크는 전극과 공작물 사이의 무작위적인 위치에서 엄청난 수로 발생한다. 모재가 침식되고 스파크 간격이 증가함에 따라 전극은 기계에 의해 자동으로 낮아져서 공정이 중단 없이 계속될 수 있다. 초당 수십만 개의 스파크가 발생하며, 실제 듀티 사이클은 설정 매개변수에 의해 신중하게 제어된다. 이러한 제어 사이클은 "온 타임" 및 "오프 타임"이라고도 한다. 온 타임 설정은 스파크의 길이 또는 지속 시간을 결정한다. 따라서 온 타임이 길수록 각 스파크에서 더 깊은 캐비티가 생성되어 공작물에 더 거친 표면을 만든다. 짧은 온 타임의 경우 그 반대가 적용된다. 오프 타임은 스파크 사이의 시간 간격으로, 오프 타임을 통해 노즐을 통해 유전체 유체를 플러싱하여 침식된 파편을 제거할 수 있다. 파편 제거가 불충분하면 동일한 위치에서 반복적인 충돌이 발생하여 단락될 수 있다. 최신 컨트롤러는 아크의 특성을 모니터링하고 마이크로초 단위로 매개변수를 변경하여 보상할 수 있다.
일반적인 부품 형상은 복잡한 3D 형상이며, 종종 작거나 이상한 각도를 갖는다. 수직, 궤도, 벡터, 방향, 나선형, 원추형, 회전, 스핀 및 인덱싱 가공 사이클도 사용된다. 형조 방전 가공(形彫り放電加工)은 가공물에 형성하려는 형상에 대응하는 형상으로 제작된 흑연 전극 또는 구리 전극 등을 가공물에 접근시키도록 이동시킨다.
- '''와이어 방전 가공(Wire EDM)'''
와이어 방전 가공(WEDM)은 와이어 컷 방전 가공 또는 와이어 커팅이라고도 하며,[25] 얇은 단일 가닥 금속 와이어(주로 황동)를 사용하여 공작물을 절단한다. 와이어는 절연 유체(주로 탈이온수) 탱크에 잠긴 공작물을 통과하며, 상하 다이아몬드 가이드 사이에 고정된다.[26] 가이드는 CNC로 제어되며, x-y 평면 또는 z-u-v 축으로 이동하여 테이퍼 모양 및 전환 모양(예: 하단 원형, 상단 사각형)을 절단할 수 있다.
와이어 컷 공정은 물을 절연 유체로 사용하며, 필터 및 PID 제어 탈이온기 장치로 저항률 및 기타 전기적 특성을 제어한다. 물은 절단 영역에서 절단된 파편을 씻어내는 역할을 한다. 플러싱은 주어진 재료 두께에 대한 최대 공급 속도를 결정하는 데 중요한 요소이다.
와이어 컷 EDM은 잔류 응력이 낮기를 원하는 경우 일반적으로 사용된다. 재료 제거에 높은 절삭력이 필요하지 않기 때문이다. 열처리가 끝난 후 가공하면 치수 정확도는 열처리 왜곡의 영향을 받지 않는다.[26]
와이어는 보빈에서 일정한 속도로 공급되며,일반적인 상하 가이드가 배치된 기계에서는 XY 평면과 평행 운동할 수 있는 UV 평면에 한쪽 가이드가 장착되어 있다. 이 때문에 와이어 방전 가공으로 복잡하고 미세한 형상을 잘라낼 수 있다. 와이어 방전 가공에서는 유전체 액체로 물이나 기름이 사용된다. 물을 사용하는 기계에서는 물의 저항률 및 기타 전기적 특성은 필터나 이온 제거 장치에 의해 제어된다. 기름은 절연 저항이 높고 와이어와 가공물 사이의 간극이 작아 정밀도를 내기 쉽지만, 가공 속도는 간극이 큰 물이 더 우수하다.
- '''세공 방전 가공(Fast Hole Drilling EDM)'''
세공 방전 가공(Fast Hole Drilling EDM)은 빠르고 정확하며 작고 깊은 구멍을 생성하도록 설계되었다. 회전하는 튜브 전극을 통해 가압된 절연 유체를 전달하는 방식으로, 형상 방전 가공과 유사하다. 약 1분 만에 1인치 깊이의 구멍을 만들 수 있으며, 트위스트 드릴 가공으로는 가공하기 어려운 재료에 구멍을 가공하는 좋은 방법이다.
이 가공 방식은 주로 항공우주 산업에서 에어로 블레이드 및 기타 부품에 냉각 구멍을 생성하는 데 사용된다. 또한 산업용 가스 터빈 블레이드, 금형 및 다이, 베어링에 구멍을 뚫는 데에도 사용된다.
- '''곡공 방전 가공(Curved Hole EDM)'''
곡률(R)을 가진 구멍을 가공할 수 있는 곡공 방전 가공 기술도 있다. 곡공 방전 가공은 세 가지 종류가 있는데, 첫째는 일정한 R로 가공할 수 있는 기술, 둘째는 두 개의 곡률을 조합하여 가공할 수 있는 기술, 셋째는 스트레이트에서 R 형상으로 이어지는 가공이 가능한 기술이다.
가공 가능 재질은 스테인리스강, 하스텔로이, 인코넬 등이 있다. 곡률 가공이 가능해짐으로써 미세한 냉각 유로 형성 및 공수 대폭 삭감이 기대된다.
4. 1. 형상 방전 가공 (Sinker EDM)
형상 방전 가공은 램 EDM, 캐비티형 EDM 또는 볼륨 EDM이라고도 불린다. 전극과 공작물을 유체(주로 오일, 덜 자주 사용되는 기타 유전체 유체)에 담근 상태에서 가공한다.[23] 전극과 공작물은 적절한 전원에 연결된다. 전원은 두 부분 사이에 전압을 생성한다. 전극이 공작물에 접근함에 따라 유체에서 유전체 파괴가 발생하여 플라즈마 채널이 형성되고,[12][19][20][21] 작은 스파크가 튄다.이러한 스파크는 일반적으로 한 번에 하나씩 발생한다.[12][17][24] 이러한 스파크는 전극과 공작물 사이의 무작위적인 위치에서 엄청난 수로 발생한다. 모재가 침식되고 스파크 간격이 증가함에 따라 전극은 기계에 의해 자동으로 낮아져서 공정이 중단 없이 계속될 수 있다. 초당 수십만 개의 스파크가 발생하며, 실제 듀티 사이클은 설정 매개변수에 의해 신중하게 제어된다. 이러한 제어 사이클은 "온 타임" 및 "오프 타임"이라고도 한다. 온 타임 설정은 스파크의 길이 또는 지속 시간을 결정한다. 따라서 온 타임이 길수록 각 스파크에서 더 깊은 캐비티가 생성되어 공작물에 더 거친 표면을 만든다. 짧은 온 타임의 경우 그 반대가 적용된다. 오프 타임은 스파크 사이의 시간 간격으로, 오프 타임을 통해 노즐을 통해 유전체 유체를 플러싱하여 침식된 파편을 제거할 수 있다. 파편 제거가 불충분하면 동일한 위치에서 반복적인 충돌이 발생하여 단락될 수 있다. 최신 컨트롤러는 아크의 특성을 모니터링하고 마이크로초 단위로 매개변수를 변경하여 보상할 수 있다.
일반적인 부품 형상은 복잡한 3D 형상이며, 종종 작거나 이상한 각도를 갖는다. 수직, 궤도, 벡터, 방향, 나선형, 원추형, 회전, 스핀 및 인덱싱 가공 사이클도 사용된다. 형조 방전 가공(形彫り放電加工)은 가공물에 형성하려는 형상에 대응하는 형상으로 제작된 흑연 전극 또는 구리 전극 등을 가공물에 접근시키도록 이동시킨다.
4. 2. 와이어 방전 가공 (Wire EDM)
와이어 방전 가공(WEDM)은 와이어 컷 방전 가공 또는 와이어 커팅이라고도 하며,[25] 얇은 단일 가닥 금속 와이어(주로 황동)를 사용하여 공작물을 절단한다. 와이어는 절연 유체(주로 탈이온수) 탱크에 잠긴 공작물을 통과하며, 상하 다이아몬드 가이드 사이에 고정된다.[26] 가이드는 CNC로 제어되며, x-y 평면 또는 z-u-v 축으로 이동하여 테이퍼 모양 및 전환 모양(예: 하단 원형, 상단 사각형)을 절단할 수 있다.
와이어 컷 공정은 물을 절연 유체로 사용하며, 필터 및 PID 제어 탈이온기 장치로 저항률 및 기타 전기적 특성을 제어한다. 물은 절단 영역에서 절단된 파편을 씻어내는 역할을 한다. 플러싱은 주어진 재료 두께에 대한 최대 공급 속도를 결정하는 데 중요한 요소이다.
와이어 컷 EDM은 잔류 응력이 낮기를 원하는 경우 일반적으로 사용된다. 재료 제거에 높은 절삭력이 필요하지 않기 때문이다. 열처리가 끝난 후 가공하면 치수 정확도는 열처리 왜곡의 영향을 받지 않는다.[26]
와이어는 보빈에서 일정한 속도로 공급되며,일반적인 상하 가이드가 배치된 기계에서는 XY 평면과 평행 운동할 수 있는 UV 평면에 한쪽 가이드가 장착되어 있다. 이 때문에 와이어 방전 가공으로 복잡하고 미세한 형상을 잘라낼 수 있다. 와이어 방전 가공에서는 유전체 액체로 물이나 기름이 사용된다. 물을 사용하는 기계에서는 물의 저항률 및 기타 전기적 특성은 필터나 이온 제거 장치에 의해 제어된다. 기름은 절연 저항이 높고 와이어와 가공물 사이의 간극이 작아 정밀도를 내기 쉽지만, 가공 속도는 간극이 큰 물이 더 우수하다.
4. 3. 세공 방전 가공 (Fast Hole Drilling EDM)
세공 방전 가공(Fast Hole Drilling EDM)은 빠르고 정확하며 작고 깊은 구멍을 생성하도록 설계되었다. 회전하는 튜브 전극을 통해 가압된 절연 유체를 전달하는 방식으로, 형상 방전 가공과 유사하다. 약 1분 만에 1인치 깊이의 구멍을 만들 수 있으며, 트위스트 드릴 가공으로는 가공하기 어려운 재료에 구멍을 가공하는 좋은 방법이다.이 가공 방식은 주로 항공우주 산업에서 에어로 블레이드 및 기타 부품에 냉각 구멍을 생성하는 데 사용된다. 또한 산업용 가스 터빈 블레이드, 금형 및 다이, 베어링에 구멍을 뚫는 데에도 사용된다.
곡률(R)을 가진 구멍을 가공할 수 있는 곡공 방전 가공 기술도 있다. 곡공 방전 가공은 세 가지 종류가 있는데, 첫째는 일정한 R로 가공할 수 있는 기술, 둘째는 두 개의 곡률을 조합하여 가공할 수 있는 기술, 셋째는 스트레이트에서 R 형상으로 이어지는 가공이 가능한 기술이다.
가공 가능 재질은 스테인리스강, 하스텔로이, 인코넬 등이 있다. 곡률 가공이 가능해짐으로써 미세한 냉각 유로 형성 및 공수 대폭 삭감이 기대된다.
4. 4. 곡공 방전 가공 (Curved Hole EDM)
곡공 방전 가공은 곡률(R)을 가진 구멍을 가공할 수 있는 기술이다. 곡공 방전 가공은 세 가지 종류가 있는데, 첫째는 일정한 R로 가공하는 것이고, 둘째는 두 개의 곡률을 조합하여 가공하는 것이며, 셋째는 스트레이트에서 R 형상으로 이어지는 가공이 가능한 기술이다. 가공 가능 재질은 스테인리스강, 하스텔로이, 인코넬 등이다. 지금까지의 방전 가공으로는 실현할 수 없었던 곡률을 가진 가공이 가능해짐으로써, 미세한 냉각 유로 형성 및 공수 대폭 삭감이 기대된다.5. 응용 분야
방전 가공은 금형, 공구 및 다이 산업에서 널리 사용되며, 특히 생산량이 비교적 적은 항공우주, 자동차 및 전자 산업에서 시제품 및 생산 부품을 제작하는 일반적인 방법으로 자리 잡고 있다.
==== 시제품 생산 ====
싱커 방전 가공에서는 원하는 음의 모양으로 가공된 흑연, 구리 텅스텐 또는 순수한 구리 전극을 수직 램의 끝에서 공작물에 공급하여 제작한다.
==== 금형 제작 ====
주얼리 및 배지 생산용 다이(die) 제작을 위해 방전 가공이 사용될 수 있다. 긍정적인 마스터는 스털링 실버로 제작한다. 방전 가공을 통해 만들어진 부정적인 다이는 경화 후 드롭 해머에서 평판을 생산하는 데 사용된다. 배지의 경우, 이러한 평판은 다른 다이를 사용하여 곡면으로 추가 성형될 수 있다. 이러한 유형의 방전 가공은 일반적으로 오일 기반 유전체에 잠겨서 수행된다. 완성된 물체는 경질 또는 연질 에나멜링으로 추가로 다듬거나 순금 또는 니켈로 전기 도금할 수 있다. 은과 같은 더 부드러운 재료는 정교함을 위해 수작업으로 조각할 수 있다.
==== 세공 드릴링 ====
세공 방전 가공은 다양한 분야에서 미세한 구멍을 가공하는 데 사용된다. 와이어 컷 방전 가공 작업 전에 공작물에 관통 구멍을 뚫거나, 제트 엔진 터빈 블레이드의 냉각 구멍을 뚫는 데 활용된다. 연료 시스템 부품, 방사 노즐, 레이온과 같은 합성 섬유용 방사 노즐 등에도 적용된다.
소구경 홀 가공 전용 방전 가공 헤드가 와이어 컷 기계에 장착되어 사전 드릴링 없이 대형 경화 강판에서 완제품을 침식시킬 수 있다. 제트 엔진 터빈 블레이드의 앞전과 뒷전에 일련의 구멍을 뚫어 가스 흐름을 통해 엔진이 더 높은 온도를 사용할 수 있게 한다. 이러한 블레이드에 사용되는 고온, 매우 단단한 단결정 합금은 이러한 구멍을 높은 종횡비로 기존 가공하는 것을 매우 어렵게 만들거나 불가능하게 한다.
또한 ''x''–''y'' 축을 가진 독립형 소구경 홀 가공 방전 가공기, 즉 슈퍼 드릴 또는 ''홀 포퍼''가 있으며, 막힌 구멍이나 관통 구멍을 가공할 수 있다. 방전 가공 드릴은 플러싱제이자 유전체로 전극을 통해 일정하게 증류수 또는 탈이온수가 흐르는 척에서 회전하는 긴 황동 또는 구리 튜브 전극으로 구멍을 뚫는다. 전극 튜브는 와이어 컷 방전 가공기에서 와이어처럼 작동하며, 스파크 갭과 마모율을 갖는다. 일부 소구경 홀 가공 방전 가공은 10초 이내에 100 mm의 연강 또는 경화 강을 드릴링할 수 있으며, 평균 50%에서 80%의 마모율을 보인다. 이 드릴링 작업에서 0.3 mm에서 6.1 mm의 구멍을 얻을 수 있다. 황동 전극은 가공하기 더 쉽지만 침식된 황동 입자가 "황동 대 황동" 와이어 파손을 유발하므로 와이어 컷 작업에는 권장되지 않으므로 구리가 권장된다.
==== 금속 해체 가공 (Metal Disintegration Machining) ====
일부 제조사들은 파손된 절삭 공구 및 파스너를 공작물에서 제거하는 특수한 목적의 방전 가공 기계를 생산한다. 이 응용 분야에서 이 공정은 "금속 해체 가공" 또는 MDM이라고 불린다. 금속 해체 공정은 파손된 공구나 파스너의 중심부만 제거하여 구멍을 온전하게 유지하고 손상된 부품을 복구할 수 있게 한다.
==== 폐쇄 루프 제조 (Closed-loop Manufacturing) ====
폐쇄 루프 제조는 정확도를 향상시키고 공구 비용을 절감할 수 있다.
5. 1. 시제품 생산
방전 가공 공정은 금형, 공구 및 다이 산업에서 널리 사용되고 있으며, 특히 생산량이 비교적 적은 항공우주, 자동차 및 전자 산업에서 시제품 및 생산 부품을 제작하는 일반적인 방법으로 자리 잡고 있다. 싱커 방전 가공에서는 원하는 음의 모양으로 가공된 흑연, 구리 텅스텐 또는 순수한 구리 전극을 수직 램의 끝에서 공작물에 공급하여 제작한다.5. 2. 금형 제작
주얼리 및 배지 생산용 다이(die) 제작을 위해 방전 가공이 사용될 수 있다. 긍정적인 마스터는 스털링 실버로 제작한다. 방전 가공을 통해 만들어진 부정적인 다이는 경화 후 드롭 해머에서 평판을 생산하는 데 사용된다. 배지의 경우, 이러한 평판은 다른 다이를 사용하여 곡면으로 추가 성형될 수 있다. 이러한 유형의 방전 가공은 일반적으로 오일 기반 유전체에 잠겨서 수행된다. 완성된 물체는 경질 또는 연질 에나멜링으로 추가로 다듬거나 순금 또는 니켈로 전기 도금할 수 있다. 은과 같은 더 부드러운 재료는 정교함을 위해 수작업으로 조각할 수 있다.5. 3. 세공 드릴링
세공 방전 가공은 다양한 분야에서 미세한 구멍을 가공하는 데 사용된다. 와이어 컷 방전 가공 작업 전에 공작물에 관통 구멍을 뚫거나, 제트 엔진 터빈 블레이드의 냉각 구멍을 뚫는 데 활용된다. 연료 시스템 부품, 방사 노즐, 레이온과 같은 합성 섬유용 방사 노즐 등에도 적용된다.소구경 홀 가공 전용 방전 가공 헤드가 와이어 컷 기계에 장착되어 사전 드릴링 없이 대형 경화 강판에서 완제품을 침식시킬 수 있다. 제트 엔진 터빈 블레이드의 앞전과 뒷전에 일련의 구멍을 뚫어 가스 흐름을 통해 엔진이 더 높은 온도를 사용할 수 있게 한다. 이러한 블레이드에 사용되는 고온, 매우 단단한 단결정 합금은 이러한 구멍을 높은 종횡비로 기존 가공하는 것을 매우 어렵게 만들거나 불가능하게 한다.
또한 ''x''–''y'' 축을 가진 독립형 소구경 홀 가공 방전 가공기, 즉 슈퍼 드릴 또는 ''홀 포퍼''가 있으며, 막힌 구멍이나 관통 구멍을 가공할 수 있다. 방전 가공 드릴은 플러싱제이자 유전체로 전극을 통해 일정하게 증류수 또는 탈이온수가 흐르는 척에서 회전하는 긴 황동 또는 구리 튜브 전극으로 구멍을 뚫는다. 전극 튜브는 와이어 컷 방전 가공기에서 와이어처럼 작동하며, 스파크 갭과 마모율을 갖는다. 일부 소구경 홀 가공 방전 가공은 10초 이내에 100 mm의 연강 또는 경화 강을 드릴링할 수 있으며, 평균 50%에서 80%의 마모율을 보인다. 이 드릴링 작업에서 0.3 mm에서 6.1 mm의 구멍을 얻을 수 있다. 황동 전극은 가공하기 더 쉽지만 침식된 황동 입자가 "황동 대 황동" 와이어 파손을 유발하므로 와이어 컷 작업에는 권장되지 않으므로 구리가 권장된다.
5. 4. 금속 해체 가공 (Metal Disintegration Machining)
일부 제조사들은 파손된 절삭 공구 및 파스너를 공작물에서 제거하는 특수한 목적의 방전 가공 기계를 생산한다. 이 응용 분야에서 이 공정은 "금속 해체 가공" 또는 MDM이라고 불린다. 금속 해체 공정은 파손된 공구나 파스너의 중심부만 제거하여 구멍을 온전하게 유지하고 손상된 부품을 복구할 수 있게 한다.5. 5. 폐쇄 루프 제조 (Closed-loop Manufacturing)
폐쇄 루프 제조는 정확도를 향상시키고 공구 비용을 절감할 수 있다.6. 장점 및 단점
방전가공(EDM)은 종종 전해 가공과 비교된다.
장점
- 기존 절삭 공구로는 제작하기 어려운 복잡한 형상을 가공할 수 있다.
- 극도로 단단한 재료를 매우 좁은 공차로 가공할 수 있다.
- 기존 절삭 공구의 과도한 절삭 압력으로 인해 부품이 손상될 수 있는 매우 작은 공작물을 가공할 수 있다.
- 공구와 공작물 사이의 직접적인 접촉이 없다. 따라서 섬세한 부분과 약한 재료를 인지 가능한 변형 없이 가공할 수 있다.
- 우수한 표면 조도를 얻을 수 있으며, 반복적인 마무리 경로를 통해 매우 우수한 표면을 얻을 수 있다.
- 매우 미세한 구멍을 가공할 수 있다.
- 테이퍼 구멍을 생성할 수 있다.
- 파이프 또는 컨테이너 내부 윤곽선 및 내부 모서리를 가공할 수 있다.
단점숙련된 기계공을 찾기 어렵다.[27][28] 재료 제거 속도가 느리며, 가연성 오일 기반 유전체를 사용할 경우 화재의 위험이 있다.[27][28] 램/싱커 EDM용 전극 제작에는 추가 시간과 비용이 소요된다. 전극 마모로 인해 공작물에 날카로운 모서리를 재현하기 어렵다.[27][28] 전력 소비가 높고, "오버컷"이 형성된다.[27][28] 가공 중 과도한 공구 마모가 발생한다.[27][28] 전기적으로 비전도성 재료는 특정한 설정을 통해서만 가공할 수 있다.[27][28] 또한, 아크에 의한 재료 용융으로 인해 절단 표면에 재주조 층이 형성되는 경우도 있다.
6. 1. 장점
방전가공(EDM)은 전해 가공과 비교되곤 한다. 방전 가공의 장점은 다음과 같다.[27][28]- 기존 절삭 공구로는 제작하기 어려운 복잡한 형상을 가공할 수 있다.
- 극도로 단단한 재료를 매우 좁은 공차로 가공할 수 있다.
- 기존 절삭 공구의 과도한 절삭 압력으로 인해 부품이 손상될 수 있는 매우 작은 공작물을 가공할 수 있다.
- 공구와 공작물 사이의 직접적인 접촉이 없다. 따라서 섬세한 부분과 약한 재료를 인지 가능한 변형 없이 가공할 수 있다.
- 우수한 표면 조도를 얻을 수 있으며, 반복적인 마무리 경로를 통해 매우 우수한 표면을 얻을 수 있다.
- 매우 미세한 구멍을 가공할 수 있다.
- 테이퍼 구멍을 생성할 수 있다.
- 파이프 또는 컨테이너 내부 윤곽선 및 내부 모서리를 가공할 수 있다.
6. 2. 단점
숙련된 기계공을 찾기 어렵다.[27][28] 재료 제거 속도가 느리며, 가연성 오일 기반 유전체를 사용할 경우 화재의 위험이 있다.[27][28] 램/싱커 EDM용 전극 제작에는 추가 시간과 비용이 소요된다. 전극 마모로 인해 공작물에 날카로운 모서리를 재현하기 어렵다.[27][28] 전력 소비가 높고, "오버컷"이 형성된다.[27][28] 가공 중 과도한 공구 마모가 발생한다.[27][28] 전기적으로 비전도성 재료는 특정한 설정을 통해서만 가공할 수 있다.[27][28] 또한, 아크에 의한 재료 용융으로 인해 절단 표면에 재주조 층이 형성되는 경우도 있다.7. 한국의 방전 가공 산업 현황
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