CNC 와이어 EDM 가공 원리와 장점: 정밀 방전 가공의 모든 것

EDM(방전 가공)은 스파크 침식을 이용해 공작물에서 재료를 제거하는 비전통적인 금속 가공 공정입니다. 전기 방전(스파크)은 보통 와이어 전극과 가공할 부품 사이에서 발생합니다. 두 사이에는 보통 이온을 제거한 물 같은 저전도도 액체 매질이 있습니다. 작업이 진행됨에 따라 매질은 지속적으로 세척됩니다. 트랙은 일정 길이로 절단되며 이동 블록을 어떤 개수든 쉽게 처리할 수 있습니다. 대부분의 프로젝트에서 레일당 두 개의 이동 블록과 축당 2개의 레일이 존재합니다.

CNC 와이어 EDM의 리드 스크류는 회전 운동을 직선 운동으로 변환합니다. 다른 CNC 기계(CNC 밀링 머신, 플라즈마 절단기 등)는 리드 스크류 대신 드라이브 벨트나 랙 앤 피니언을 대안으로 사용할 수 있지만, CNC 밀링 머신용 리드 스크류가 가장 일반적인 솔루션입니다.

리드 스크류가 회전 운동을 직선 운동으로 변환하며, 마찰과 간극은 모두 가능한 한 작아야 합니다. 여러 차원에서 절단 라인이 넓은 각도로 이동할 수 있습니다. 테이퍼는 이를 통해 공작물에 가공됩니다. 이전에 드릴링된 구멍을 통해 와이어를 이동시킴으로써 절단이 가능합니다. 금속 외에도 CNC 와이어 EDM은 흑연, 다이아몬드, 금속 합금 등 다른 전도성 소재 가공에도 사용될 수 있습니다.

와이어 EDM 단계

와이어 EDM은 가장 일반적인 EDM 방법 중 하나입니다. 와이어가 공작물에 도달하면 간극의 제곱이 전기장에 따라 증가합니다. 유전체 물질이 마침내 전기적 파괴가 일어나는 지점에 진입하고, 스파크가 와이어와 공작물 사이 거리를 관통하여 전류가 이들을 부식시킵니다. 용접 와이어는 전극이 너무 부식되지 않게 하여 지속적으로 감길 수 있도록 합니다.

강철 와이어는 보통 단일 황동으로 구성되며 상단과 하단에서 다이아몬드 형상 가이드에 의해 고정됩니다. X-Y 평면에서 가이드가 이동할 수 있고, 상단 가이드는 세 축에서 독립적으로 이동할 수 있습니다. 이를 통해 테이퍼와 기타 복잡하고 정교하며 섬세한 형상을 가공할 수 있습니다. CNC 컴퓨터가 가이드 레일과 공작물을 제어합니다. 와이어의 평균 직경은 0.25mm이며, 스풀 길이는 약 10마일(약 16km)입니다.

절개 폭은 와이어 직경보다 작아 와이어가 공작물에 직접 접촉하지 않으며, 와이어에서 공작물로 스파크가 튀기 때문에 '절단'이 일어납니다. 가장 작은 직경의 와이어를 사용하면 절단 정밀도는 플러스/마이너스 마이크론 단위가 될 수 있습니다. 보통 최신 CNC 와이어 EDM 기계 공구는 여러 커터 헤드를 가지고 있어 한 번에 여러 공작물을 가공하고 와이어 스레딩을 자동으로 수행합니다.

CNC 와이어 EDM의 응용

와이어 컷 방전 가공(WEDM)은 300mm 두께의 경화 금속 판을 절단하는 데 사용되며, 이는 다른 방식으로 가공하기 매우 어렵습니다. 최종 부품에 낮은 응력이 요구될 때도 사용할 수 있습니다. 와이어 EDM은 절삭 힘이 낮고 재료를 제거하며 기계적 변화 특성이 적습니다. 압출 다이, 블랭킹 펀치, 툴 제조 개발에 CNC 와이어 EDM이 사용됩니다. 비교적 낮은 생산량으로 엄격한 공차가 요구되는 제품의 경우 CNC 와이어 EDM이 더 적합합니다. 반도체, 의료, 계측 산업 등이 EDM이 제공하는 부품을 활용하는 산업들입니다.

EDM의 이점은 다음 가공을 필요로 합니다:
● 기존 절삭 공구로는 자르기 어려운 복잡한 형상
● 매우 엄격한 공차의 특히 어려운 물질
● 기존 절삭 공구의 불필요한 압력으로 부품이 파괴될 수 있는 아주 작은 공작물
● 공구와 공작물 간 직접 접촉이 없음. 섬세한 부품과 취약한 소재를 변형 없이 가공 가능
● 우수한 표면 조도 달성 가능
● 매우 미세한 홀을 빠르게 드릴링 가능

EDM 와이어 컷의 형태

EDM에는 두 가지 주요 형태가 있습니다: 전통적인 싱커(sinker) 타입과 와이어 컷(wire cut) 타입입니다. EDM 싱커는 위에서 언급한 대로 전류를 확산시키는 방식입니다. 캐소드가 금속을 따라 이동합니다. 금속을 녹이거나 기화시키기 위해 공작물(애노드)과 전류가 반응합니다. 캐소드와 공작물은 유전체 유체(보통 탄화수소 액체)에 담겨 있습니다. 이 공정으로 형성된 미세 조각들은 공작물에서 씻겨 나갑니다.

CNC 와이어 EDM은 장력된 얇은 와이어에 전하된 전류를 방출하며, 이는 캐소드 역할을 하며 원하는 절단 경로나 절개를 따라 이동합니다. 이 경우 절단 공정 중 유전체 유체(보통 이온 제거수)가 절개부를 통해 플러싱되어 파편을 제거하고 스파크를 조절합니다. 좁은 절단(보통 약 0.015인치, 더 미세한 절단 가능)으로 얇은 와이어가 정밀 절단 가능하며, 잠재적 공차는 +/- 0.0001인치입니다. 더 높은 정밀도로 복잡한 3차원 절단이 가능하며 극도로 정밀한 펀치, 다이, 스트리핑 템플릿을 생산합니다.

와이어의 3차원 축을 제어할 수 있는 컴퓨터 수치 제어(CNC) 장치가 와이어 컷 EDM 장비에 의해 제어되어 더 큰 안정성을 제공합니다. 기구의 X-Y 좌표를 변경하여 단순 절단을 수행하는 반면, 더 복잡한 절단은 와이어 가이드에 이동 축을 추가하여 수행합니다. 4축 및 5축 절단 기계와 설비도 사용할 수 있습니다. 표준 EDM은 항상 작은 코너나 매우 복잡한 패턴을 생성하지는 않지만, 와이어 EDM의 향상된 정밀도로 복잡한 패턴과 절단을 실현할 수 있습니다.

또한 관례적으로 EDM 와이어는 0.004인치 두께의 금속부터 16인치 이상의 두꺼운 소재까지 절단할 수 있습니다. 특정 두께의 소재에 대해 CNC 와이어 EDM은 금속만 기화시켜 잠재적 파편을 제거할 수 있습니다. WCEDM 시스템의 와이어 양쪽 가장자리가 점화되므로 절단 폭은 와이어 자체보다 두꺼워야 합니다. 즉, 와이어가 전류 원으로 둘러싸여 있으므로 링과 라인 기술자가 가장 작고 정밀한 절단 방향으로 이 문제를 쉽게 해결할 수 있습니다. 더 좁고 신뢰성 높은 절단을 위해 제조업체들은 CNC 와이어 EDM용 더 얇은 와이어를 지속적으로 개발하고 있습니다.