[논문]초경합금의 미세 전해 가공

최세환; 주종남; 김보현

초경합금의 미세 전해 가공
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Micro machining of tungsten carbide by electrochemical machining was studied. In ECM, machining conditions and electrolyte should be chosen carefully according to the property of workpiece materials. In this paper, sulfuric acid and nitric acid were used for tungsten carbide machining and machining characteristics were investigated according to machining conditions such as electrolyte, workpiece potential and applied pulse voltage. By using mixture of sulfuric acid and nitric acid, micro structures with sharp edge and good surface quality were obtained. Micro electrochemical turning was also introduced to fabricate micro shafts.

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문제 정의

초경합금에 대한 전해 가공은 주로 DC 전원을 사용하여 이루어져 왔을 뿐, 초단 펄스를 사용한 미세 전해가공에 대한 연구는 없었다. 따라서 본 논문에서는난삭재인 초경합금의 미세 전해 가공에 대해 연구하였다.
전해액으로서 황산과 질산을 섞은 혼합용액을 사용할 경우 질산 또는 황산만을 사용했을 때보다 표면 품질이 뛰어난 장점이 있다. 시편에 인가하는 전위를 (・)로 유지하면서 가공하는 경우, 전해 생성물의 발생과 산화 막 생성이 억제되는 효과가 있다, 기초실험을 바탕으로 간단한 형상을 가진 구조물들을 가공해 보았다. 전해선삭이라는 새로운 가공 방식을 시도하여 미세팁 제작에 성공하였다.
시편의 전극 전위에 따른 가공 특성을 알아보았다. 전극 전위의 변화에 따른 가공 간극의 변화를 Fig.
펄스 전압의 크기에 따른 가공 속도와 가공 간극의 변화에 대해 알아보았다. Fig.

제안 방법

H 이를 방지하기 위해서는 염기성 용액을 사용하는 것이 바람직하나, 염기성 용액에서는 코발트 산화물이 생성되기 쉽다.5 따라서 본 연구에서는 산성용액에서의 텅스텐 산화물을 방지하기 위해 전압 조건을 조절하는 방법을 사용하였다.
Fig. 1과 같이 미세 전해 가공을 위해서 전극전위의 조절을 위한 일정전위기(potentiostat)와 초단 펄스를 인가하기 위한 펄스 발생기, 두 개의 전원 장비로 가공 시스템을 구성하였다. 일정 전위기는 기준 전극(RE)의 전위에 대해 시편의 전극 전위 (6如«)를 직접 제어한다.
전위차를 측정하기 위하여 A/D 변환기를 제어기와 연결하였고, 초단 펄스를 이용하는 고주파 시스템에서 가공 셀(cell)이 측정시스템의 내부 임피던스의 영향을 받지 않도록 전압 폴로어(voltage follower)를 구성하여 각 회로를 분리하였다. 또한 회로의 노이즈와 인덕턴스 (inductance) 를 최소화하기 위하여 동축 케이블을 사용하였고 전선의 길이를 최대한 줄였다.
10은 전해 선삭을 이용하여 초경합금으로 마이크로 팁을 제작한 것이다. 시편과 공구와의 간격, 전압과 펄스 폭을 제어함으로써 직경을 조절하였다. 전압 또는 펄스 폭을 감소시켜가며 여러 단계의 가공을 거쳐 완성한 것이다.
전극 이송은 의 분해능을 갖는 3 축 스테이지에서 제어하였고, 공구와 가공물 사이의 전위차를 측정함으로써 단락의 발생 여부를 검출하여 이송량을 조절하였다. 전위차를 측정하기 위하여 A/D 변환기를 제어기와 연결하였고, 초단 펄스를 이용하는 고주파 시스템에서 가공 셀(cell)이 측정시스템의 내부 임피던스의 영향을 받지 않도록 전압 폴로어(voltage follower)를 구성하여 각 회로를 분리하였다.
조절하였다. 전위차를 측정하기 위하여 A/D 변환기를 제어기와 연결하였고, 초단 펄스를 이용하는 고주파 시스템에서 가공 셀(cell)이 측정시스템의 내부 임피던스의 영향을 받지 않도록 전압 폴로어(voltage follower)를 구성하여 각 회로를 분리하였다. 또한 회로의 노이즈와 인덕턴스 (inductance) 를 최소화하기 위하여 동축 케이블을 사용하였고 전선의 길이를 최대한 줄였다.
초단펄스를 이용하여 초경합금(tungsten carbide with cobalt, WC)에 대한 전해 가공을 수행하였다. 가공 조건(전해액 종류, 농도, 전원 조건)에 따른 가공 표면 특성에 대한 연구를 수행하였고 전해 국부 화가 이루어짐을 확인할 수 있었다.
텅스텐 카바이드의 전해 가공을 시험해보기 위해 여러 가지 형상을 제작해 보았다. 전해 밀링 (electrochemical milling)의 예로서, Fig.
일정 전위기는 기준 전극(RE)의 전위에 대해 시편의 전극 전위 (6如«)를 직접 제어한다. 펄스 발생기는 시편의 전위를 기준으로 공구 전극에 초단 펄스를 인가하며, 펄스 발생기의 오프셋(offset)을 조절함으로써 공구 전극 전위(Qw)를 제어할 수 있도록 하였다. 기준전극(RE)과 대전극(CE)은 백금(Pt) 전극을 사용하였다.

대상 데이터

펄스 발생기는 시편의 전위를 기준으로 공구 전극에 초단 펄스를 인가하며, 펄스 발생기의 오프셋(offset)을 조절함으로써 공구 전극 전위(Qw)를 제어할 수 있도록 하였다. 기준전극(RE)과 대전극(CE)은 백금(Pt) 전극을 사용하였다.
여러 가지 형상을 제작해 보았다. 전해 밀링 (electrochemical milling)의 예로서, Fig. 6 에 보이는 미세 기둥을 제작하였다. 가공 간극은 1 ~ 2로서, 미세한 크기의 구조물 제작 및 정밀한 크기 조절에 대한 가능성을 확인할 수 있다.

성능/효과

수행하였다. 가공 조건(전해액 종류, 농도, 전원 조건)에 따른 가공 표면 특성에 대한 연구를 수행하였고 전해 국부 화가 이루어짐을 확인할 수 있었다. 전해액으로서 황산과 질산을 섞은 혼합용액을 사용할 경우 질산 또는 황산만을 사용했을 때보다 표면 품질이 뛰어난 장점이 있다.
미세 가공에 적합하다. 또한 황산 용액만을 사용하는 경우에 비해 더 빠른 가공 속도를 보이면서도 가공 간극은 작은 것으로 나타났다. 마이크로미터 단위의 가공 간극을 얻기 위해선, 용액의 비저항을 크게 하기 위하여 적절히 낮은 농도를 사용할 필요가 있어, 3 0.
3 에 나타내었다. 전극 전위가 낮을수록, 즉 전극 전위에 걸리는 (-) 값이 커짐에 따라 가공 간극이 작아지는데, 큰 차이는 없는 것으로 나타났다.

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