저속 방전가공(EDM)의 정밀도와 효율 극대화하기

저속 방전가공기(EDM)는 수 마이크로미터(µm) 수준의 가공 정밀도를 달성할 수 있으며, 표면 조도 Ra는 0.2µm 미만까지 도달 가능한 고정밀 가공 장비입니다. 그러나 일부 금형 공장에서는 저속 EDM 기계를 사용할 때 세부 사항을 간과하며, 좋은 공작기계만 있으면 고효율·고정밀 가공이 쉽게 가능하다고 생각합니다. 이번 글에서는 저속 EDM 가공의 정밀도에 영향을 미치는 주요 요인들을 살펴보겠습니다.

공정 전제 조건

저속 EDM 기계에는 공정 파라미터 라이브러리가 탑재되어 있으며, 이 파라미터들은 일반적으로 특정 조건(피삭재 재질, 전극선, 온도 20±3℃, 습도 40~80% 등)에서 얻어집니다.

모든 저속 EDM 기계는 예외 없이 공정 파라미터 라이브러리를 갖추고 있습니다. 이 파라미터들은 특정 공작물 재료, 전극선, 작업 온도 및 습도 등 특정한 작업 조건 하에서 결정됩니다. 실제 작업 환경과 조건이 파라미터 라이브러리의 설정 조건과 크게 다름에도 불구하고 기존 파라미터를 그대로 사용하면 가공 결과에 큰 편차가 발생할 수 있습니다. 따라서 실제 가공 시에는 작업 조건을 공정 파라미터 라이브러리의 설정 조건에 최대한 가깝게 맞춰야 합니다.

다음 조건들이 변경되거나 기준을 충족하지 못하면 가공 결과에 편차가 생길 수 있습니다.

1. 세척 사양: 표준 파라미터로 가공 시, 수압계 지시값과 이론값을 비교하여 차이가 0.5bar 미만이어야 합니다.
2. 공작물과 노즐 간 간격: 0.05~0.10mm 유지
3. 전극선 선택: 표면 조도 Ra≥0.35µm일 때는 효율 중시형 절단선(기계에 기본 장착된 동종 와이어 권장)을 선택하고, Ra<0.35µm일 때는 양질의 가공면을 얻기 위해 표면 품질 중시형 아연도금 와이어를 사용합니다.
4. 마무리 가공 시 수질 관리: 마무리 가공 시에는 반드시 물의 전도도 µS<10을 유지하고, 공정 파라미터 요구사항을 준수해야 합니다. 필요시 수지나 정제수를 교체하십시오.

전극선은 일반적으로 아연도금선이나 황동선을 사용하며, 인장 강도는 900N/mm²입니다. 가공면 조도 요구사항이 0.35µm 이상일 때는 일반 황동선을 사용할 수 있으며, 기계에 기본 장착된 황동선과 동종 전극선을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 조도 요구사항이 0.35µm 미만일 때는 더 나은 가공면을 위해 아연도금 전극선을 최대한 사용하는 것이 좋습니다. 공작물 재료가 Cr12 강철인 경우, 반드시 선행하여 HRC55 열처리를 수행해야 합니다.

온도가 가공 정밀도에 미치는 영향

고정밀·고품질의 저속 EDM 가공을 위해서는 환경이 안정적이어야 하며, 직사광선이나 기류가 없어야 하고 온도 변화를 모니터링해야 합니다. 공작기계의 작업 정밀도를 보장하는 온도 범위는 20±3℃입니다. 온도 차이가 크면 가공 정밀도와 표면 조도에 영향을 미칩니다.

실내 온도 변화는 가공 정밀도에 큰 영향을 미치며, 그 영향은 치수, 위치, 형상 3가지 측면에서 나타납니다. 온도 변화가 클수록, 공작물 크기가 클수록 온도의 영향이 더 뚜렷해집니다. 예를 들어, 길이 200mm 공작물에서 온도 차이가 5℃일 때 0.01mm의 치수 오차가 발생합니다.

CNC 공작기계의 열적 특성은 가공 정밀도에 중요한 영향을 미치며, 전체 정밀도의 거의 절반을 차지합니다. 장기 정지 상태의 기계와 열적 평형 상태의 기계 간 가공 정밀도 차이가 큽니다. CNC 공작기계의 주축과 각 운동축 온도가 일정 시간 운전 후 일정한 수준으로 유지되며, 가공 시간이 지남에 따라 열적 정밀도가 안정화되기 때문입니다. 이는 고정밀 기계라도 안정적인 온도 환경과 열적 평형 하에서만 안정된 가공 정밀도를 얻을 수 있음을 보여줍니다. 고정밀 가공 및 기계 가동 후 생산 시, 기계 예열은 정밀 가공의 가장 기본적인 상식입니다. 그러나 많은 공장에서 기계의 '예열 운동' 준비 단계를 간과하거나 모르고 있습니다.

가공 효율에 영향을 미치는 요인

저속 가공의 효율에 영향을 미치는 요인은 많습니다. 가공 효율이 낮을 때 다음 두 가지 요인을 고려해 볼 수 있습니다.

(1) 부품 구조와 고정 방식으로 인한 고압수 세척 제한

이때는 고정 방식을 개선하여 절단 부품을 개선할 수 있는지 확인해야 합니다. 일부 부품은 지지 지그의 영향으로 바닥면이 들려지고, 어떤 부품은 압력판과 클램프 나사 위치의 영향으로 상부 노즐을 높여야 하며, 일부는 작업자가 노즐 터치 시 상부 노즐이 최저점까지 내려가지 않을까 우려하여 바닥면을 들어 올리는 경우입니다. 하부면이 들려지는 경우, 지그 지지면과 가공면이 동일 평면에 있는 지그를 사용하거나 공작물을 작업면 위에 직접 고정할 수 있는지 검토해 보십시오.

나사 압력판과 부품의 영향을 받는 경우, 죠 클램프(jaw clamp) 사용이 가능한지 확인하고, 상부 노즐이 최저점까지 내려가지 않을까 걱정하는 작업자에게는 0.1mm 두께 게이지를 준비하게 할 수 있습니다. 구조적 제약으로 고압수 세척이 효과적이지 않은 부품의 경우, 절단 에너지를 낮출 수밖에 없습니다. 이때 절단 효율에 대한 올바른 이해가 필요합니다.

(2) 와이어 이송 시스템 관련 요인 (유지보수 관련)

1. 전도 블록의 냉각수가 정상인지 확인합니다. 특히 하부 전도 블록에 냉각수가 공급되는지 확인해야 합니다. 절단 과정에서 구리 분말이 떨어지기 때문에, 장기 사용 시 하부 전도 블록의 냉각수나 하부 노즐의 세척수가 막힐 수 있으므로 청소 및 뚫어주기 작업이 필요합니다.
2. 하부 암의 하부 가이드 휠 회전이 원활한지 점검하고 청소합니다.
3. 테이크업 휠(take-up wheel) 상태가 정상인지 확인합니다.
4. 와이어 장력과 와이어 속도를 확인하고, 필요시 재조정합니다.
5. 가이드 와이어 노즐과 전도 블록을 점검하고 청소합니다.