캠가공/CAM 가공 - CNC 방전가공 및 와이어 컷 방전가공기의 가공특성

◐ 캠가공/CAM 가공 - CNC 방전가공 및 와이어 컷 방전가공기의 가공특성 ◑

 

▶ CNC 와이어 컷 방전가공기의 가공특성

 

와이어 컷 방전가공의 일반적인 특성에는 가공속도, 가공정도, 가공면 거칠기 및 변

질층의 생성 두게 등이 매우 중요한 영역을 차지하고 있다.

 

(1)가공속도

와이어 컷 방전가공은 방전현상을 이용하는 가공법이므로 일반 방전가공에 비해

서 대단히 작은 방전면적을 갖는 가공법이다. 비가공물의 두께나 와이어 지름의

증감은 면적효과나 방전 발생횟수의 증감에도 현저한 영향을 미치며 전류의 증감

은 가공속도의 증감이라는 관계도 성립됨을 알 수 있다. 다음은 가공속도에 영향

을 주는 인자들을 비교한 것이다.

1. 피가공물들의 재료에 따른 차이는 일반 강을 100으로 보았을 때 동은 125, 동

과 텅스텐 합금은 80, 초경합금 즉, WC-Co는 50이다.

2. 강을 가공할 경우 와이어 전극 재질에 의한 가공속도의 차이는 동 와이어를

100d로 했을 때 황동 와이어는 120~130이다.

3. 가공액 비저항값이 피가공물의 재질이나 가공목적에 따라 가각 최적값이 있는

데, 강재를 높은 속도로 가공할 때는 비저항값을 낮게 하고 초경이나 알루미늄

을 가공할 때 비저항값을 높게, 즉 절연성을 높게 해 준다.

4. 와이어가 전극에 걸리는 장력은 일반적으로 높게 설정하는 것이 가공속도를

향상시키지만 어느 정도 한계점에 다다르면 다시 낮아진다.

5. 상기에 열거한 사항들 외에도 전원장치의 특성이나 가공액 냉각장치와 그 순

환방식에 따라 가공속도는 큰 영향을 받으며, 가공기의 가공성능의 우열은 주

로 이에 따라 결정된다.

 

(2) 가공정도

가공정도는 주로 가공 확대대의 치수 정도에서 기인하는 형상정도와 일단 가공을

실행한 다음에 나타나는 각 구멍간이나 형상간의 피치(pitch)정도 또는 위치결정

치수 등의 정적인 정도에 관계된다.

 

(3) 가공면 거칠기 및 변질층

와이어 컷 방전가공은 수중방전가공인 관계로 일반 방전가공처럼 침탄에 의한 변

질층은 생기지 않지만, 방전현상 외에 누설되는 전류에 의한 전기분해가 일어나

양극(+)측에 피가공물의 양극 산화라는 전해 용출이 일어날 가능성이 있다, 그리

고 강재들 동이나 황동 와이어로 가공할 경우 함유하고 있는 동의 침입을 수반하

는데, 이것은 강중에 동이 고용되어 잔류 오스테나이트를 생성시키므로 연한 표면

층을 만드는 원인이 된다.

. 와이어 전극의 굵기와 속도

와이어 전극으로 사용되는 재질은 주로 동과 황동이 있으며 특수한 경우에는

텅스텐, 몰리브덴, 강철 등이 사용되기도 한다. 동 와이어와 황동 와이어는 구

하기 쉽고 경제적이면서도 재질에 비해 가공속도가 빠른 특징이 있는 반면, 원

래 항장력이 약하기 때문에 0.1mm 미만인 와이어에는 강도가 낮아서 사용하

기 부적당하고 일반적ㅇ로 황동 와이어는 0.1~0.25mm, 동 와이어는 0.15~

0.25mm의 범위에서 사용된다. 반대로 텅스텐 와이어는 항장력이 높아 직결이

작아도 사용 가능하며 보통 0.05~0.1mm인 와이어의 재질로 사용된다.

 

(4) 가공속도와 가공면 거칠기와 관계

1. 가공속도는 면거칠기가 거칠은 조건으로 가공하면 속도가 빨라진다. 가공면은

매번 발생되는 방전에 의해 형성되는 방전흔의 영향을 받게 되고 면거칠기는

그 개개의 방전흔의 크기에 의해 결정된다. 그리고 방전흔의 크기는 개개의 방

전 에너지가 커지면 크게 된다.

2. 와이어 컷 방전가공과 같이 콘덴서 방전을 이용하는 경우에는 콘덴서 용량 및

극간의 전압을 크게 하면 방전흔도 크게 되어 면은 거칠어진다. 가공속도를 빠

르게 하려면 면 거칠기를 희생시켜야 하고 면 거칠기를 좋게 하려면 가공속도

를 느리게 해야 된다.

3. 이 점을 보완하기 위해 방법으로 세컨드 컷(second cut)이라 불리는 다듬질 가

공법이 있다. 특히 구멍 형상을 가공하는 경우, 사전에 다듬질 여유를 남기고

고속으로 1차 가공을 한 다음 남아 있는 다듬질 여유분을 전기적인 조건을 다

듬질 조건으로 바꾸고 동일 테이프를 사용하여 오프셋량을 서서히 줄여가면서

1차 가공속도의 10배의 이송속도로 2회 이상 표면부를 가공 제거해 가는 방법

이 있다. 이 세컨드 컷의 기법에 의해 동일면 거칠기를 얻는 것이 1차 가공만

으로 완성시키는 것보다 시간이 많이 걸리긴 하지만, 가공재의 잔류응력의 해

방으로 인한 변형부분과 코너 에러는 수정할 수 있어 치수정도는 향상된다.

 

(5) 가공속도와 가공부의 단면형상

일반적으로 피가공물의 가공부 단면형상은 큰 북형상을 이루고 있다. 이것은 와이

어 컷 방전가공의 특유의 현상으로 피가공물의 가공면 중앙부가 움푹 패인 것을

말하며, 이는 곧 제품의 진직 치수 정도를 나쁘게 하는 원인이 된다.

큰 북형상의 발생 원인으로는 첫째 와이어의 진동 형태에 따라 생각해 볼 수 있

고, 둘째로는 보통 피가공물의 상하에서 가공액을 분사하기 때문에 극간의 중간부

분에 있어서는 상면과 하면부분 보다는 비저항값이 낮은 가공액이 되어 진해작용

및 방전 빈도의 증가를 가져올 뿐만 아니라 2차 방전을 일으키기 때문이다. 큰 북

형상가공 확대대의 크기와 가공속도와의 관계는 가공속도를 크게 함에 따라서 큰

북형상 및 가공 확대대도 작아짐을 알 수 있으며, 이는 곧 가공속도를 빠르게 하

는 것이 가공현상 측면에서 볼 때 가공정도를 본질적으로 높일 수 있음을 보이고

있다. 가공액 비저항값을 낮게 하는 것은 가공속도를 높이는 효과와 진직 치수정

도를 양호하게 하는 효과를 갖는다.

 

▶ 세컨드 컷 가공

 

(1) 세컨트 컷 가공

세컨드 컷 가공은 1차 가공을 한 다음 남아있는 다듬질 여유분(0.02~0.03mm)에

대해 전기적인 가공조건을 다듬질 조건으로 맞추어 오프셋량을 단계적으로 낮추

어 가면서 2~8회 나누어 가공하는 것을 말한다.

 

(2) 세컨드 컷 가공의 효과

1. 다이 형상에서의 돌기부분 제거

2. 거친 가공면과 가공면의 연화층의 제거

3 가공물의내부 응력 개방후 형상수정

4. 코너부 형상 에러 및 가공면의 진직정도 수정

 

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