[논문]방전액의 전도율이 와이어방전가공성에 미치는 영향

김창호

doi:10.3795/ksme-a.2002.26.2.322

방전액의 전도율이 와이어방전가공성에 미치는 영향
Influence of Electrical Conductivity of Dielectric on Machinability of W-EDM 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.26 no.2 = no.197, 2002년, pp.322 - 328

김창호

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In wire-electrical discharge machining (W-EDM), the dielectric plays an important role as the working fluid. It affects the material removal rate and the properties of the machined surface. This paper deals with the effects of the electrical conductivity of dielectric and cobalt percentage of sintered carbides on the machining characteristics and the machined surface integrities with deionized water as dielectric. A series of experiments have been performed on sintered carbides having different cobalt contents. Experimental results show that a higher cobalt content of WC decreases the metal removal rate and worsens the surface quality. Lower electrical conductivity of the dielectric results in a higher metal removal rate as the gap between wire electrode and workpiece reduced. Especially, the surface integrities of rough-cut workpiece, wire electrode, and debris were analyzed also through scanning electron microscopy(SEM) and surface roughness tester. By energy dispersive spectrometry(EDS), it is confirmed that micro cracks and some of electrode material are found on the workpiece surface.

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문제 정의

본 연구는 Co의 함유량이 다른 3종류의 초경합금을 WEDM 가공하였을 때 Co의 함유량과 탈이 온화 수의 전기전도율의 변화가 가공속도 및 표면 거칠기 등에 미치는 영향을 실험에 의해 규명하고 정밀가공을 위한 최적의 방전조건을 얻고자 하였다. 또한 가공표면 및 와이 어전극의 표면 등을 SEM 과 Kevex EDS로 분석하여 방전가공에 의한 금속조직상의 변화와 그 영향 등을 조사하였다.

제안 방법

WEDM의 횟수에 대한 표면조도의 변화를 파악하기 위하여 작업매뉴얼의 황삭, 정삭조건을 선택하여 먼저 황삭가공한 시편을 다수 준비한 다음 정삭가공을 1차씩 추가하여 4차까지 차수별로 가공하였다.6 추가되는 정삭가공의 차수는 차수가 증가할수록 전기조건이 점차 약한 조건이다.
WEDM한 시편들을 에폭시(epoxy) 안에서 몰딩한 뒤 여러 단계의 다이아몬드 휠로 연마하고 다이아몬드 패이스트(diamond paste)로 폴리싱하였다. 폴리 싱한 시 편의 표면을 Murakami 액으로 에칭한 뒤 주사식 전자현미경(JSM-6300, JEOL사)로 방전가공된 금속표면의 조직을, 표면거칠기 측정기(Tallysurf-120L)를 통하여 간격 1.
또한 가공표면 및 와이 어전극의 표면 등을 SEM 과 Kevex EDS로 분석하여 방전가공에 의한 금속조직상의 변화와 그 영향 등을 조사하였다.
6 추가되는 정삭가공의 차수는 차수가 증가할수록 전기조건이 점차 약한 조건이다. 방전액의 전기전도율은 5, 10, 15, 20“S/cm의 4종류로 셋팅하여 실험하였다. 전기전도율 값은 제 어부의 사용자 선택 모드(User Parameters)중 EXE 모드에서 제어되며 실제 작업탱크내에서 방전액을 측정된 값은 INFO 모드에서 디스플레이 된다.
폴리 싱한 시 편의 표면을 Murakami 액으로 에칭한 뒤 주사식 전자현미경(JSM-6300, JEOL사)로 방전가공된 금속표면의 조직을, 표면거칠기 측정기(Tallysurf-120L)를 통하여 간격 1.25㈣, 컷 오프값이 0.8皿1인 중심선 평균 거칠기 (Ra)로 나타내었다.

대상 데이터

실험용 시편은 Table 1과 같이 Co의 함유량이 각각 6, 12, 15%에 탈륨카바이트(TaC) 및 티타늄 카바이드(TiC)가 일부 포함된 3종류의 초경합금 (Widia Co. 독일)을 사용하였으며 가공하는 폭과 두께가 각각 5, lOmm이다.
장력은 900gf로 고정하였다. 와이어 전극은 직경 0.25mm 의 황동소재 (Cu:70, Zn:30%) 에 4~5㎛ 아연 도금된 와이어(Cobracut A:독일)를 사용하였다.
와이어방전가공기는 Robofil 2000기종(스위스 Charmilles사)이며 와이어 이송속도는 60 rnn/sec, 와이어 장력은 900gf로 고정하였다. 와이어 전극은 직경 0.

성능/효과

(1) 전도율이 낮을수록 표면거칠기는 향상되었으나 방전가공속도는 감소하였다. 따라서 표면의 높은 정밀도를 요구하는 공작물은 탈이온 화장치 및 카트리지 필터를 최적으로 제어하여 정해진 전도율 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
(2) Co의 함량이 높을수록 순간적으로 용융된 금속가공분이 방전가공된 표면에 많이 부착되어 거칠게 된다.
(3) 방전가공된 표면에는 와이어 전극소재와 크랙이 발견되었으며 텅스텐 카바이드와 코발트의 재응고층이 존재하였다. 이 변질층은 방전 가공 옵셋량을 달리한 4회의 정삭가공으로 거의 제거할 수 있었다.
(4) WEDM에 한번 사용한 와이어는 열적으로 손상을 입었을 뿐 아니라 기계적 강도도 떨어지므로 재 사용할 수 없다.
Co 6 %의 초경합금을 황삭 방전조건으로 가공한 한 뒤 공작물표면의 구성요소를 파악하기 위하여 횡단면 중의 여러 곳을 Kevex EDS(Energy Dispersive Spectrometer)로 분석한 결과 Fig. 7과 같이 Co 1.60%, Cu 4.55%, Zn 2.93% W 86.33%로 나타났다. 이 중에 Cu, Zn 성분이 검출된 것은 용융된 황동 와이어 전극의 일부가 가공된 표면에 부착된 다는 것을 알 수 있다.
그리고 방전액의 전기전도율이 높아질수록 방전 가공속도가 증가하였다. 방전액의 전기 전도율의 변화는 방전메커니즘 자체를 근본적으로 변경시키며, 플라즈마 영역의 형성에 큰 영향을 미친다.

참고문헌 (13)

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