EDM 가공 이해: 한계, 정밀도, 주요 영향 요인

EDM 가공은 기존 절삭에 비해 많은 비교할 수 없는 장점이 있어 응용 분야가 날로 확대되고 있으며, 기계, 항공우주, 항공, 전자, 모터, 전기, 정밀 기계, 계기, 자동차, 경공업 등 산업에서 복잡한 형상의 소재와 부품 가공 문제를 해결하는 데 널리 사용됩니다.

그러나 EDM에도 한계가 있습니다. 동시에 기존 가공과 마찬가지로 기계 자체의 각종 오차, 공작물과 공구 전극의 위치결정 및 설치 오차 모두 EDM 정밀도에 영향을 미칩니다. 또한 EDM 공정과 관련된 주요 요인은 방전 간극의 크기와 일관성, 공구 전극의 마모와 안정성입니다.

EDM 가공의 한계

1. 금속 등 도전성 소재만 가공 가능

절삭 가공과 달리 플라스틱, 세라믹 등 절연 비도전성 소재는 가공할 수 없습니다.

2. 가공 속도가 일반적으로 느림

따라서 공정은 보통 절삭으로 대부분 제거량을 가공한 후 EDM으로 수행하여 생산 효율을 높입니다.

3. 전극 소모(Electrode Loss) 발생

EDM 가공은 전기와 열로 금속을 제거하므로 전극이 마모되며, 전극 마모는 주로 날카로운 모서리나 낮은 표면에 집중되어 성형 정밀도에 영향을 미칩니다.

4. 최소 코너 반경 제한

일반적으로 EDM으로 얻을 수 있는 최소 코너 반경은 가공 간극(보통 0.02~0.3mm)과 같습니다. 전극이 마모되거나 평면 이동 헤드로 가공하면 코너 반경을 늘려야 합니다.

EDM 정밀도에 영향을 미치는 요인

EDM 가공에서 방전 간극은 전극 크기 보정으로 보상하여 더 높은 가공 정밀도를 얻을 수 있습니다. 그러나 방전 간극 크기는 실제로 변하므로 가공 정밀도에 영향을 미칩니다.

1. 표면 거칠기(Surface Roughness)

EDM 가공면 거칠기는 전기 방전 피트의 깊이와 분포 균일성에 따라 달라집니다. 가공면에 얕고 균일하게 분포된 방전 피트가 생성되어야만 가공면이 더 작은 거칠기 값을 가집니다. 방전 피트 균일성을 제어하기 위해 등에너지 방전 펄스 제어 기술을 채택해야 합니다. 즉, 간극 전압 강하 에지 감지, 방전 펄스 전류 폭 제어로 균일하게 하고, 같은 펄스 에너지로 가공하여 가공 표면 거칠기가 균일하도록 합니다.

2. 가공 간극(측면 간극) 영향

가공 간극의 크기와 일관성은 EDM 가공 정밀도에 직접 영향을 미칩니다. 각 표준의 가공 간극 값과 표면 거칠기를 파악해야만 전극 크기를 올바르게 설계하고 수축량을 결정하며 가공 중 표준 전환을 결정할 수 있습니다.

3. 가공 경사(Machining Slope) 영향

가공 시 구멍이나 캐비티 모두 측벽에 경사가 있습니다. 경사 원인은 전극 측벽 자체의 본래 경사(기술 요구사항 또는 제조상) 외에 일반적으로 전극의 불균일한 마모, '이차 방전' 등 요인 때문입니다.

(1) 전극 마모 영향.

전극이 마모로 테이퍼를 형성하고 이 테이퍼가 공작물에 반영되어 가공 경사를 형성합니다.

(2) 작동유 오염도 영향.

작업유가 더러울수록 '이차 방전' 기회가 많아집니다. 동시에 간극 상태가 나빠져 전극 픽업 횟수가 필연적으로 증가합니다. 이 두 조건 모두 가공 경사를 증가시킵니다.

(3) 오일 플러싱/펌핑 영향.

오일 플러싱과 펌핑의 가공 경사 영향은 다릅니다. 플러싱 오일로 가공 시 전기부식 생성물이 가공면에서 흘러나와 '이차 방전' 기회가 증가하고 가공 경사가 커집니다. 오일 펌핑으로 가공 시 전기부식 생성물이 흡입관으로 배출되고 깨끗한 작업유가 전극 주변에서 유입되어 가공면에서 '이차 방전' 기회가 적고 가공 경사도 작습니다.

(4) 가공 깊이 영향.

가공 깊이가 증가함에 따라 가공 경사도 증가하지만 비례하지는 않습니다. 가공 깊이가 특정 값을 초과하면 가공 부품 상구 크기가 더 이상 확장되지 않으며, 즉 가공 경사가 더 이상 증가하지 않습니다. 가공 대상마다 가공 경사 요구사항이 다릅니다. 캐비티 가공에서는 일정한 탈형 각이 필요하므로 가공 각 요구가 엄격하지 않습니다. 직벽 금형에서는 가공 경사가 더 엄격해야 합니다. 가공 경사에 영향을 미치는 법칙을 파악하면 소정 요구사항을 달성할 수 있습니다.

4. 코너 라운딩(모서리 둥글게 됨) 원인과 법칙

전극의 날카로운 모서리와 에지 마모가 엔드면과 측면 마모보다 더 심각합니다. 따라서 전극 모서리 마모로 모서리가 둥글게 되어 가공 공작물을 완전히 제거할 수 없습니다. 또한 가공 깊이가 증가함에 따라 전극 플루트 코너 라운딩 반경도 증가합니다. 하지만 특정 가공 깊이를 넘으면 증가 추세가 점차 느려지고 최종적으로 특정 최대값에 머뭅니다.

모서리 둥글게 됨 원인은 전극 마모뿐만 아니라 방전 간극의 등거리성 때문입니다. 날카로운 모서리 방전의 등거리성 때문에 볼록 날카로운 전극은 공작물을 필연적으로 둥글게 만듭니다. 오목 날카로운 전극의 날카로운 점은 전혀 방전 기능이 없지만 파편 축적으로 공작물이 둥글게 됩니다.

따라서 전극이 완전히 마모되지 않더라도 간극 방전의 등거리성 때문에 완전한 코너 가공은 불가능합니다. 라운딩 반경을 작게 하려면 방전 간극을 줄여야 합니다.

작업 매질은 전기 방전 생성의 기본 조건이며 현재 주로 액체 매질을 사용합니다. 스파크 절연 파괴 방전 채널을 형성하고 방전 채널에 압축을 생성하며 방전 완료 후 간극 절연 상태를 빠르게 회복시키고 전기부식 생성물 배출을 돕고 공구를 냉각시킵니다. 따라서 매질은 EDM 가공에 큰 영향을 미칩니다.