방전가공 종류: 전기방전가공 안내

기계 가공 산업에서 제조업체들은 기존 가공 방식으로는 가공하기에는 너무 단단하거나, 너무 얇거나, 또는 너무 복잡한 부품에 직면하는 경우가 많습니다. 바로 이러한 상황에서 방전 가공(EDM)이 진가를 발휘합니다. 이 CNC 가공 기술은 힘을 가하는 대신 제어된 전기 방전을 이용하여 재료를 제거함으로써 공구강, 탄화물, 티타늄 및 기타 특수 합금에서 정밀한 공차를 유지합니다.

방전가공 공정은 가공 방법에 따라 여러 가지 변형으로 분류될 수 있으며, 가장 일반적으로 사용되는 방법으로는 와이어 방전가공, 싱커 방전가공, 홀 드릴링 방전가공 등이 있습니다.

와이어 방전가공기(WEDM)

작동 원리 및 설치 방법

와이어 방전 가공(Wire EDM)은 장력을 받은 상태로 지속적으로 공급되는 대전 와이어(일반적으로 황동 또는 코팅된 황동)를 이동 전극으로 사용합니다. 와이어는 가공물에 직접 닿지 않고, CNC가 프로그래밍된 경로를 따라 와이어를 안내하는 동안 일정한 간격이 유지됩니다. 가공물은 탈이온수에 잠겨 있으며, 탈이온수는 유전체 역할을 하고 이물질을 효과적으로 제거합니다. 상부 및 하부 와이어 가이드를 통해 와이어를 기울이거나 가늘게 만들어 각도 있는 형상을 가공할 수 있습니다.

기계의 제너레이터는 황삭 및 여러 번의 정밀 절삭 공정에 걸쳐 펄스 에너지, 지속 시간 및 주파수를 조절합니다. 황삭 공정에서는 속도를 우선시하여, 이후 정밀 절삭 공정을 통해 공차와 표면 조도를 미세 조정할 수 있도록 합니다. 고정 장치는 매우 중요합니다. 견고하고 열적으로 안정적인 설치, 정확한 기준점, 그리고 원활한 세척 경로는 정확도와 생산성에 직접적인 영향을 미칩니다.

일반적인 적용 분야 및 재료

와이어 방전 가공기는 일반적으로 금형, 펀치, 기어, 스플라인 형상, 의료 부품 및 밀링 가공이 어렵거나 불가능한 복잡한 2.5D 윤곽과 같은 정교한 형상 가공에 사용됩니다. 경화 공구강(A2, D2, H13), 텅스텐 카바이드, 티타늄, 인코넬 및 기타 초합금 가공에 탁월한 성능을 발휘합니다. 일반적인 적용 분야는 절삭 가공입니다. 다이캐스팅 다이 블록에서 정밀한 인서트를 생산하고, 응력을 유발하지 않고 취성 또는 경화된 부품을 절단하고, 변형 없이 얇은 웹이나 섬세한 형상을 만들어냅니다.

장점과 한계

• 정확성과 완성도안정적인 설정에서는 ±0.0001~0.0002인치의 정밀도를 유지하는 것이 일반적이며, 여러 번의 스킴 패스를 통해 1μm Ra 미만의 표면 조도를 달성할 수 있습니다.
• 최소 기계적 응력절삭력이 없으므로 얇은 벽과 미세한 디테일이 그대로 유지됩니다. 열영향부가 작고 재주조층이 얇습니다.
• 자동화 친화적자동 배선 연결, 단선 복구 및 통합 프로빙 기능은 특히 장시간 프로파일링에서 안정적인 무인 작동을 지원합니다.

제한 사항와이어는 물리적으로 윤곽선을 따라 접근해야 하므로 언더컷이나 폐쇄된 공동은 허용되지 않습니다. 시작점이 모서리에 위치하지 않는 한 진입을 위한 시작 구멍이 필요합니다. 높이가 높은 부품의 경우 안정성을 유지하고 와이어 마모 및 파손을 최소화하기 위해 신중한 세척 전략이 필요할 수 있습니다.

싱커 EDM (다이싱킹/일반 EDM)

전극, 공구 및 공동 형성

싱커 방전가공(다이 싱킹)은 램에 장착된 흑연이나 구리 등의 형상 전극을 사용합니다. 전극은 가공물의 음극에 위치시킨 후 서보 제어 하에 스파크 방전으로 재료를 침식시키면서 가공물 속으로 "침식"시킵니다. 탄화수소계 오일이 일반적인 유전체로 사용됩니다. 오비팅(원형 또는 벡터 궤도와 같은 작은 프로그래밍된 움직임)은 플러싱을 향상시키고 표면 조도를 개선하며 모서리 과열 없이 최종 치수를 보장합니다.

전극 선택은 결과에 큰 영향을 미칩니다. 흑연은 빠른 속도를 보장하고 내열성이 뛰어나며 더 큰 공동에 적합합니다. 구리는 디테일을 잘 유지하고 더 정밀한 마감을 제공할 수 있습니다. 숙련된 제조업체는 종종 여러 개의 전극을 사용합니다. 거친 표면을 다듬는 데 사용하는 거친 전극, 벽면을 안정화하는 중간 전극, 그리고 정밀한 공차와 Ra 값을 위한 마무리 전극을 사용하는 것입니다.

적용 분야, 공차 및 표면 마감

싱커 방전가공(Sinker EDM)은 직선 와이어로는 접근할 수 없는 3D 금형 캐비티, 엠보싱, 리브, 깊은 포켓, 로고 및 기타 형상 가공에 적합한 옵션입니다. 크기와 설정에 따라 ±0.0002~0.001인치의 공차를 구현할 수 있으며, 마무리 가공 시 1μm Ra 미만의 표면 조도를 달성할 수 있습니다. 전극이 형상을 직접 형성하기 때문에 복잡한 블렌딩 및 자유형 형상 가공이 일반적입니다. 사출 금형 그리고 다이캐스팅 도구.

장점과 한계

• 진정한 3D 기능: 이 기술의 주된 강점은 와이어 방전 가공으로는 불가능한 막힌 홈, 언더컷, 복잡한 3차원 형상을 만들어낼 수 있다는 점입니다.
• 우수한 표면 마감: 복잡한 윤곽선에도 매우 정교한 표면 마감을 구현할 수 있어 수동 연마 작업이 필요 없는 경우가 많습니다.

제한 사항지속적인 마모로 인해 프로그래밍 시 마모 보정이 필요하며, 하나의 작업에 여러 개의 전극을 제작해야 하는 경우가 많습니다. 체적 제거 속도는 일반적으로 와이어 방전 가공(EDM)보다 느려 대규모 재료 제거에는 효율성이 떨어집니다. 또한, 각기 다른 형태의 홈에는 전용 전극이 필요하며, 깊고 좁은 형상은 유전체 세척에 어려움을 초래하여 속도와 정확도를 모두 저하시킬 수 있습니다.

EDM 홀 드릴링 (고속 홀/소형 홀 EDM)

공정 역학

방전가공(EDM)의 핵심은 고속으로 회전하는 관형 전극으로, 일반적으로 황동, 구리 또는 내마모성 구리-텅스텐으로 만들어집니다. 이 속이 빈 관은 대부분 음극 역할을 하고, 가공물은 양극 역할을 합니다. 발생기는 이 두 전극 사이의 간격에 고주파 전기 펄스를 전달하여 제어된 스파크를 발생시키고, 이 스파크가 재료를 기화시키고 침식시킵니다.

이 공정에서 가장 중요한 것은 회전하는 전극 중앙을 통해 펌핑되는 가압 절연 유체(일반적으로 탈이온수)입니다. 이는 두 가지 중요한 기능을 수행합니다. 첫째, 침식된 입자를 좁은 틈에서 강력하게 씻어내어 단락을 방지하고, 둘째, 채널을 탈이온화하여 안정적인 스파크 발생 조건을 유지합니다. 전극의 회전은 균일한 마모를 보장하고 튜브를 안정화시켜 더욱 직선적인 구멍을 만드는 데 도움을 줍니다. 서보 시스템은 구멍이 깊어짐에 따라 정확한 스파크 간격을 유지하기 위해 전극의 위치를 ​​지속적으로 조정합니다. 이를 통해 기존 가공 방식에서 공구 변형을 방지하면서 경화된 재료에 깊고 작은 직경의 구멍을 가공할 수 있습니다.

사용 사례: 시동 및 냉각 구멍

제조업체들은 형상이 모서리에서 멀리 떨어진 곳에서 시작될 때 와이어 방전 가공(Wire EDM) 전에 방전 가공(EDM)으로 시작 구멍을 뚫는 것이 일반적입니다. 또한 터빈 블레이드 및 베인의 작고 종횡비가 높은 냉각 구멍, 분사 및 막 냉각 패턴, 의료 또는 미세 유체 부품의 정밀한 구멍을 가공할 때도 표준적인 방법입니다. 니켈 기반 초합금, 티타늄, 경화강은 모두 전도성이 있는 한 적합한 재료입니다.

속도, 정확도 및 한계

• 구멍 뚫기 속도: EDM 드릴링은 특히 기존 드릴링 방식으로는 속도가 느리거나 불가능한 단단하고 전도성이 있는 재료에 작고 깊은 구멍을 뚫는 데 매우 효과적입니다. 속도는 주로 절연 압력, 전극 재료 및 드릴링 대상 합금의 종류에 따라 결정되며, 이를 통해 빠른 시작 구멍과 높은 처리량의 구멍 패턴을 생성할 수 있습니다.
• 지름 측정의 정확도: 이 공정은 위치 정확도가 뛰어나며 직경이 0.015인치에 불과한 직선형의 고종횡비 구멍을 생성하는 데 탁월합니다.

제한 사항 : 정밀도에 특화된 이 공정에는 몇 가지 단점도 따릅니다. 구멍 내부의 표면 마감은 일반적으로 와이어 방전 가공이나 침지 방전 가공의 마무리 공정보다 거칠습니다. 또한, 이 공정은 주로 직선형 구멍만 가공할 수 있으며 곡면 가공은 불가능합니다. 마지막으로, 국부적으로 발생하는 강한 열로 인해 입구와 출구 지점에 재용융층이나 작은 버가 남을 수 있으며, 중요한 용도의 경우 2차 마무리가 필요할 수 있습니다.

특수 EDM 기계 및 하이브리드 공정

분말 혼합 방전 가공(PMEDM)

이 기술은 유전체 내에 전도성 또는 반도체성 분말을 현탁시킴으로써 방전 채널을 넓히고 에너지 밀도를 낮추며 표면 조도를 개선하는 동시에 공구 마모를 줄일 수 있습니다. PMEDM은 표면 품질이 중요한 금형이나 부품의 마무리 가공에 유용합니다. 다만, 농도를 일정하게 유지하기 위해서는 여과 및 공정 제어가 필요합니다.

3D 형상 가공을 위한 EDM 밀링/오비팅

램 EDM 밀링이라고도 불리는 이 방식은 작은 전극이 3D 공구 경로를 따라 회전하면서 볼 엔드 밀처럼 복잡한 형상을 가공하지만 절삭력은 훨씬 적습니다. 섬세하거나 접근하기 어려운 형상 가공에 효과적이며 전용 전극의 수를 줄일 수 있습니다.

다양한 종류의 EDM 기계 성능 비교

절삭 속도 및 사이클 시간 결정 요인

• 와이어 방전 가공특히 긴 일정 높이 프로파일에서 주변부 절삭 시 상대 속도가 높습니다. 사이클 시간은 부품 높이, 윤곽 길이, 스키밍 횟수 및 플러싱에 따라 달라집니다.
• 싱커 EDM제거율에 영향을 미치는 요소: 전극 면적, 궤도 전략 및 세척 구동 시간. 전극 제작에 추가 시간이 소요됩니다.
• 홀 드릴링작고 깊은 구멍에 빠른 처리 속도가 요구됩니다. 처리량은 전극 마모, 절연 압력 및 합금 종류에 따라 달라집니다.

정확도, 공차 및 표면 조도(Ra)

• 와이어 방전 가공매우 높은 정확도: ±0.0001–0.0002″가 일반적이며, 여러 번의 스킴 작업을 통해 <1 μm Ra까지 달성 가능합니다.
• 싱커 EDM: 높은 정확도: ±0.0002–0.001″ (일반적인 값): 에너지 조정 및 궤도 비행을 통한 마무리 연소 시 <1 μm Ra.
• 홀 드릴링구멍 위치 측정 시 높은 정확도를 제공하지만, 표면 조도는 와이어/싱커 방식에 비해 다소 떨어집니다.

열적 영향: 재용융층, 미세균열 및 열영향부

모든 방전가공(EDM) 공정은 미세 균열이 발생할 가능성이 있는 얇은 재용융층을 생성하지만, 열영향부(HAZ)는 일반적으로 얕습니다. 이는 저에너지 마무리 가공, 최적화된 펄스 매개변수, 적절한 세척, 그리고 표면 품질이 중요한 경우(예: 피로에 취약한 항공우주 부품) 후처리 연마 또는 가벼운 연삭을 통해 완화할 수 있습니다.

방전가공(EDM)에 필요한 제품을 선택하세요.

이제 다양한 EDM 유형에 대해 알아보았으니, 향후 EDM 가공 공정을 선택할 때 참고할 수 있도록 요약해 보겠습니다. 선택 기준은 크게 네 가지 측면으로 나눌 수 있습니다.

기하학적 및 특징 고려 사항

• 개방형 윤곽 및 관통 프로파일와이어 방전 가공(Wire EDM)을 선택하십시오. 와이어가 언더컷 없이 전체 경로에 접근할 수 있을 때 이상적입니다.
• 닫힌 공동과 진정한 3D 형태: 싱커 EDM을 선택하세요. 와이어로는 도달할 수 없는 형상을 구현하고 전극을 통해 복잡한 기하학적 구조를 전사할 수 있습니다.
• 작고 깊고 곧은 구멍: EDM 드릴링을 선택하십시오. 이는 시작 구멍과 높은 종횡비의 냉각 기능을 구현하는 가장 빠른 방법입니다.

재질, 경도 및 열처리 상태

모든 종류의 EDM 가공에는 전도성이 필요하지만, 경도는 제한 요소가 아닙니다. EDM은 열처리된 공구강, 탄화물, 티타늄 및 니켈 합금에서 최적의 성능을 발휘합니다. 열처리 후 치수 안정성이 중요한 경우, 경화 후 EDM 가공을 하면 가공력으로 인한 변형 위험을 제거할 수 있습니다. 탄화물이나 섬세한 재료의 경우, 미세 균열을 최소화하기 위해 와이어 방전 가공이나 정밀하게 조정된 방전 가공 매개변수를 사용하는 것이 좋습니다.

배치 크기, 비용 및 툴링 경제성

• 프로토타입 및 소량 배치와이어 방전가공(Wire EDM)은 초기 공구 제작 비용을 최소화하고 전극 소모량이 적어 단품 제작이나 소량 생산에 비용 효율적입니다.
• 대용량 금형 또는 반복 캐비티침지 방전 가공(Sinker EDM)은 전극 설계 및 제작 비용을 여러 부품에 걸쳐 분산 투자할 때 경제성이 높아집니다. 효율적인 전극 전략(황삭/정삭, 형상 공유)을 통해 총 비용을 절감할 수 있습니다.
• 구멍 뚫기 셀반복적인 냉각 구멍 패턴의 경우, 자동화 기능을 갖춘 전용 EDM 드릴링을 통해 예측 가능한 처리량을 확보할 수 있습니다.

자동화, 고정 장치 및 공정 모니터링

최신 EDM 장비는 무인 자동화 생산을 지원합니다. 자동 와이어 스레더, 공구 교환기, 공정 중 프로빙 및 기계 모니터링 기능은 유휴 시간과 불량률을 줄여줍니다. 다음 사항을 우선적으로 고려해야 합니다.

• 깨끗한 유전체와 안정적인 여과를 통해 스파크 안정성을 유지합니다.
• 정확한 기준점을 갖춘 견고한 고정 장치를 사용하여 스킴 또는 전극 전반에 걸쳐 반복성을 보장합니다.
• 적응형 발전기와 코너 제어 기능을 통해 좁은 내부 곡선 구간에서도 정확도를 유지합니다.
• 의료 및 항공우주 부품 생산에서 규제된 정밀 가공에 대한 추적성을 확보하기 위한 SPC 및 파라미터 세트 로깅.

맺음말

방전가공(EDM)은 정밀한 기술을 활용하여 복잡한 디자인을 구현할 수 있도록 합니다. CNC 가공 또한, 와이어 방전가공(Wire EDM)은 프로파일 가공에, 싱커 방전가공(Sinker EDM)은 캐비티 가공에, 드릴링 방전가공(Drilling EDM)은 깊은 구멍 가공에 사용되는 등 상호보완적인 방법을 통해 재료의 경도를 극복합니다.

본 기사에서 제공하는 지식을 바탕으로, 첨단 제조 분야에서 부품 품질과 경쟁력 향상을 위해 EDM(전기 방전 가공)을 선택하는 데 있어 충분한 정보를 토대로 현명한 결정을 내릴 수 있을 것입니다!

자주 묻는 질문들 (FAQ)

EDM은 금속에만 사용할 수 있나요? 연질의 경화되지 않은 재료에도 사용할 수 있나요?

정확히는 아닙니다. EDM은 정의상 전기 전도성 재료에만 사용되며, 플라스틱, 유리, 일반 세라믹 또는 복합 재료와 같은 절연체에는 적용할 수 없습니다. 하지만 흑연, 탄화규소, 이붕화티타늄 및 특정 고분자 복합 재료도 전기 전도성을 띕니다. 이러한 재료들은 EDM의 전문 분야이긴 하지만, 일반 기계 가공 방식으로도 가공할 수 있습니다.

또한, 해당 재료가 알루미늄이나 연강과 같은 연질 금속인 경우, 일반적으로 경질 재료에 사용되는 EDM 가공 방식도 충분히 적용 가능합니다. 다만, 형상이 매우 복잡하거나 정밀한 경우가 아니라면 전통적인 기계 가공 방식이 더 빠르고 비용 효율적인 경우가 많습니다.

부품 크기가 EDM에 어떤 제약을 가하나요?

각 방전가공 방식에는 고유한 크기 제약이 있습니다. 와이어 방전가공은 이동 범위와 탱크 크기에 제한을 받습니다. 싱커 방전가공은 작업 탱크와 전극 무게 용량에 제약을 받습니다. 선박 프로펠러와 같은 매우 큰 부품의 경우, 전용의 대형 방전가공 장비가 필요합니다.

재주조층이 생기는 원인은 무엇이며, 항상 문제가 되는 것인가요?

재응고층은 유전체 유체에 의해 완전히 씻겨 나가지 않고 녹은 물질이 다시 굳어진 얇은 층입니다. 모든 EDM 공정에서 재응고층이 생성되지만, 그 중요성은 적용 분야에 따라 다릅니다. 많은 금형 및 공구의 경우, 재응고층은 중요하지 않거나 제거될 수 있습니다. 표면 처리피로에 노출되는 고부하 항공우주 부품의 경우, 이는 최소화하거나 제거해야 하는 중요한 요소입니다.

EDM은 느린 공정으로 간주되나요?

EDM은 일반적으로 기존 기계 가공에 비해 대량 재료 제거 속도가 빠르지 않습니다. EDM의 진정한 가치는 속도보다는 정밀 가공 능력에 있습니다. 여러 단계(예: 황삭, 열처리, 정삭)를 생략하고 경화된 블랭크에서 단 한 번의 셋업으로 완제품을 생산할 수 있다는 점을 고려하면, 실질적인 속도는 매우 빠릅니다.