방전 가공(EDM): 작동 원리와 중요성

방전 가공(Electrical Discharge Machining, EDM)은 비전통 가공이자 전기열 공정으로, 전기 방전(스파크)을 이용해 공작물에서 소재를 제거합니다.

1770년 영국 물리학자 조셉 프리스틀리(Joseph Priestley)가 최초 관찰.
EDM 기계에서 전극 사이에 유전체 액체를 두고 고전압을 가해 전류가 급속 반복 방전되며 소재 제거.
가공 난이도 높고 고강도·내열성 소재 가공에 사용.
EDM은 전기 전도성 소재만 가공 가능. 비전도체는 불가.
한 전극은 공구, 다른 하나는 공작물. 공구는 전원 음극, 공작물은 양극에 연결.

작동 원리

이미지 출처

방전 가공에서 공구와 공작물 사이에 펄스 형태로 전위차 인가. 공구와 공작물은 전도성이어야 하며 미세 간극 유지. 공구와 공작물은 유전체 매질(등유 또는 탈염수)에 담금.

전위차 인가 시 공구에서 전자가 공작물로 이동. 공구는 음극, 공작물은 양극. 공구에서 공작물로 이동하는 전자가 유전체 매질 분자와 충돌.

전자-분자 충돌로 이온화되어 공구-공작물 간극 내 전자·이온 농도 증가. 전자는 공작물로, 이온은 공구로 이동.

공구-공작물 사이 전류 형성 → 플라즈마 상태. 전자·이온이 공작물·공구에 충돌하면 운동에너지가 열에너지로 변환. 열 온도 약 10,000°C. 이 열로 공작물 소재 기화·용융. 전압 파괴 시 공구-공작물 간 전류 중단. 용융 소재가 순환 유전체 매질에 씻겨 나가며 크레이터(crater) 형성.

스파크 생성은 연속적이지 않음. 일정 전압이 아닌 펄스 형태로 전압 인가하기 때문.

참고 자료:

전자빔 가공 공정 작동 원리
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레이저 빔 가공 – 주요 부품, 원리, 작동, 응용

방전 가공 기계 종류

EDM 기계는 두 종류입니다.

(i) 램/싱커 EDM (Ram/Sinker EDM): 공구와 공작물이 유전체 매질에 담김. 램 타입 공구로 공작물에 만들고자 하는 형상대로 제작 가능. 캐비티 타입 또는 볼륨 EDM이라고도 함.

(ii) 와이어 EDM (Wire EDM): 얇은 단일 가닥 와이어로 공작물 소재 절단. 와이어는 보통 황동. 와이어와 공작물 사이 일정 간극 유지. 와이어가 유전체 매질 탱크에 담긴 공작물 통해 지속 공급. 와이어-공작물 간극에서 스파크 발생. 300mm 두께 금속 절단, 다른 공법으로 어려운 경질 금속 펀치·다이·공구 제작에 사용.