방전 가공(EDM): CNC 통합 원리, 작동, 장단점 및 응용

방전 가공(EDM)은 소재 제거 또는 제조 기술입니다. 1770년 조셉 프리스틀리에 의해 처음 도입되었으나, 기술과 장비의 현대화로 현재는 컴퓨터 수치 제어(CNC)와 통합되어 있습니다. EDM 공정은 열에너지를 사용하여 물체에서 여분의 소재를 제거하여 작업에 필요한 원하는 형상을 만듭니다.

가장 대중적인 CNC 가공 공정은 아니지만, 엔지니어들은 기존 가공으로 처리할 수 없는 부품을 제작하기 위해 이를 활용합니다. 기계적 힘을 사용하여 여분의 소재를 제거할 필요가 없습니다. 이 때문에 많은 사람들이 비전통적 제조 공정으로 간주합니다. 이 공정은 다양한 산업의 형상 가공과 처리를 용이하게 합니다. 이 글에서는 작동 원리, 다양한 유형, 장점과 응용 분야를 살펴보겠습니다.

방전 가공(EDM) 개요

방전 가공(EDM)은 공작물을 반복적이고 제어된 전기 방전에 노출시켜 소재를 제거하는 공정입니다. 열전 현상에 적합합니다. 전극/와이어와 공작물 사이에서 방전이 발생하면 공작물에 열에너지가 발생하여 소재 층이 제거됩니다. 일반적으로 EDM은 방전 가공(다이싱크), 소구경 고속 홀 EDM, 와이어 컷 EDM의 세 가지로 나뉩니다. 그러나 현대 생산 공정에서 와이어 EDM 공작기계는 CNC와 통합되어 있습니다. 따라서 자동화된 EDM 기계가 업계에서 일반적으로 사용됩니다.

이 공정은 매우 높은 정밀도를 가지며 공작물에 공구를 접촉시키지 않습니다. 경도 소재를 가공하거나 복잡한 형상을 형성해야 할 때 EDM이 보통 최선의 선택입니다.

방전 가공 작동 원리

정의는 단순해 보이지만 물리적 공정은 더 복잡합니다. EDM을 이용한 공작물 소재 제거는 전극 사이에서 일련의 반복적인 고속 전류 방전에 의해 달성됩니다. 이 전극들은 유전체 유체로 분리됩니다. 그런 다음 유전체 유체를 통해 전압이 인가됩니다. EDM 제조는 전도성 소재에만 적합하다는 점에 유의해야 합니다.

이 전극 중 하나는 정확한 목적에 맞게 형상을 변경하는 데 사용됩니다. 이 전극은 공작물 전극 또는 '양극'입니다. 가장 일반적으로 사용되는 전극 소재는 구리, 텅스텐 합금, 주철, 강철, 은 텅스텐 합금, 흑연입니다. 다른 전극은 공구 전극 또는 '음극'입니다. 이 공정의 기본 원리는 제어된 전기 스파크로 소재를 부식시키는 것입니다. 따라서 두 전극은 서로 접촉하지 않아야 합니다.

펄스 형태로 공작물과 전극 사이에 전위차가 인가됩니다. 전극이 공작물에 접근하면 둘 사이의 작은 간극에 존재하는 전기장이 증가합니다. 이는 항복 수준에 도달할 때까지 계속됩니다.

방전으로 인해 소재가 극도로 가열됩니다. 가열로 인해 소재 일부가 용융됩니다. 유전체 유체의 안정적인 흐름은 여분의 소재 제거를 돕습니다. 액체는 가공 중 냉각에도 도움을 줍니다.

방전 가공 유형

EDM 공정은 독특하고 전통적입니다. 그러나 이것이 이 공정에 오직 하나의 방법만 있다는 의미는 아닙니다. 세 가지 다른 유형의 EDM이 있습니다. 이는 한 유형이 적합하지 않을 때 대안을 보장합니다. 방전 가공의 종류는 다음과 같습니다.

와이어 EDM

와이어 이레이션 또는 스파크 EDM이라고도 하며, 인기 있는 공정입니다. 황동 와이어나 얇은 구리를 사용하여 공작물을 절단합니다. 여기서 얇은 와이어가 전극 역할을 합니다. 이 경우 유전체 액체는 보통 탈ion수입니다. WEDM 가공 중 스풀이 자동 공급 장치에서 와이어를 지속적으로 풀어줍니다.

이는 방전이 공작물과 와이어의 영향을 받을 수 있기 때문입니다. 따라서 절단부에 새로운 방전 경로가 필요합니다. 이 방법은 매우 효과적입니다. 그러나 엔지니어는 와이어가 공작물을 완전히 관통해야 함을 주의해야 합니다. 따라서 본질적으로 3D 부품에 2D 절단을 생성합니다. 기존 CNC 가공 공정과 유사한 결과를 얻는 경우가 많습니다.

홀 EDM

홀 EDM 공정은 또 다른 EDM 유형입니다. 이름에서 알 수 있듯이 구멍을 빠르게 뚫는 데 도움을 줍니다. 홀 방전 가공용 전극은 관형이라 유전체 유체가 전극을 쉽게 통과할 수 있습니다.

기존 드릴링 방식과 달리 홀 EDM은 매우 작은 깊은 구멍을 가공할 수 있습니다. 또한 이 구멍들은 디버링이 필요 없습니다. 금속의 경도나 종류에 관계없이 이 공정은 기존 방식보다 빠르고 효과적으로 정밀 구멍을 뚫을 수 있습니다.

싱커 EDM

전통적인 EDM으로 램 EDM, 싱킹 다이 또는 캐비티 EDM이라고도 합니다. 캐비티형이라 불리는 이유는 주조 응용 분야(사출 금형 등)를 위한 복잡한 캐비티 형상을 만들 수 있기 때문입니다.

이 공정은 원하는 형상의 '양(positive)' 모양을 형성하기 위해 미리 가공된 구리 또는 흑연 전극을 사용합니다. 그런 다음 전극을 공작물에 압입하여 원소재 모양의 '음(negative)' 필름을 만듭니다. EDM에서 전극 소재 선택에 영향을 미치는 특정 요인들이 있습니다. 여기에는 전극의 내식성과 전도성이 포함되며, 흑연은 일반적으로 구리보다 가공하기 쉽습니다. 그러나 구리는 더 강하고 유리합니다.

EDM 가공의 장점

• 기존 절삭 공구로는 제작하기 어려운 복잡한 형상
• 매우 엄격한 공차의 초경 소재
• 기존 절삭 공구의 과도한 압력으로 손상될 수 있는 초소형 공작물
• 공구와 공작물 간 직접 접촉이 없어 미세 부품과 약한 소재를 변형 없이 가공 가능
• 우수한 표면 조도 획득 가능
• 매우 미세한 홀 가공 가능

EDM 가공의 단점

• 소재 제거 속도가 느림
• 연료유 기반 유전체 사용과 관련된 잠재적 화재 위험
• 싱킹/전극 EDM용 전극 제작에 추가 시간과 비용 소요
• 전력 소비가 매우 높음
• 비전도성 소재는 특정 공정 설정을 통해서만 가공 가능

EDM 가공의 응용

EDM은 소량 생산에서 특히 잘 알려져 있습니다. 방전 가공을 사용하여 밀링, 터닝, 소구경 홀 드릴링 등 다양한 공정을 수행할 수 있습니다. 이 독특한 공정은 자동차부터 항공우주 산업까지 광범위한 산업에 가치가 있습니다.

EDM은 독특하고 정밀한 형상을 만들 수 있어 다음 응용 분야에 도움이 됩니다:

• 사출 금형
• 소구경 홀 드릴링
• 다이 캐스팅