[논문]W-EDM 후 가공면에 미치는 영향과 대책

김세환; 최계광

W-EDM 후 가공면에 미치는 영향과 대책
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김세환 (천안공업대학 금형설계과) , 최계광 (국민대학교 기계설계학과)

가공방법에 따라 금형의 성능과 수명에 영향을 준다. 이와 같은 원인을 규명하기 위한 기초 연구를 수행하였다. 재료로는 프레스 금형 제작에 주로 사용되는 STD11을 선정하였다. 가공방법을 WEDM, WEDM후 템퍼링 등 2개 조건으로 하였다. 2개의 가공방법에 의해 제작된 시편을 전자주사현미경으로 표면, 단면조직사진을 촬영하였고, EDS를 하여 표면성분의 변화량을 측정하였다.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 와이어 컷 방전가공에 의하여 제작된 금형 수명 연장을 목적으로, 금형강(STD11)의 소재에 대하여 와이어 컷 방전가공만 할 때와 가공 후 템퍼링하여 제작된 시편의 표면 및 내부의 특성을 비교분석하고자 하였다.

제안 방법

문헌 조사에 의하면 와이어컷 방전가공 후에는 가공변질층 및 잔류응력과 미세균열이 발생된다는 연구결과가 있으므로"'] 이것들이 실질적으로 발생되는지의 여부를 확인하기 위하여 시편 A, B 타입을 JEOL사의 모델 JSM5410 주사0전자현미경 (Scanning Electron Micros -cope)으로 1000배로 확대하여 Fig 2와 Fig 3과 같이 표면과 단면을 촬영하였고, EDS로 표면 성분의 변화를 정량분석하였다.
타입이라 명명하였다. 각각의 실험에 사용된 시편 측정값의 신뢰성을 높이고 청결상태를 유지하기 위해 미세 버(burr)제거, 초음파 세척 등의 전 처리 공정을 수행하였다.
열처리된 시편을 와이어컷 방전 가공으로 제작 하여 A 타입이라 하였고, 와이어 컷 방전 가공된 A 타입을 530°C에서 고온 템퍼링을 1시간씩 3회 실시하여 제작된 시편을 B 타입이라 명명하였다. 각각의 실험에 사용된 시편 측정값의 신뢰성을 높이고 청결상태를 유지하기 위해 미세 버(burr)제거, 초음파 세척 등의 전 처리 공정을 수행하였다.
과 같이 열처리를 하였다. 열처리된 시편을 와이어컷 방전가공을 이용하여 다음과 같이 2개의 타입으로 제작하였다.

대상 데이터

시편 제작에 사용한 와이어컷 방전가공기는 대우 중공업(주)의 ACE W535로 방전가공 조건은 T able 1과 같다. 와이어 전극은 0 0.
조건은 T able 1과 같다. 와이어 전극은 0 0.25mm 황동선 2종이며 시편 재료는 프레스 금형 제작에 많이 이용되고 있는 금형강 (STD11)으로 하였다. 평면연삭기는 대한 기계 제작소의 DSG-800H 를 사용하였으며 최대주축회전속도는 1710RPM이다.
25mm 황동선 2종이며 시편 재료는 프레스 금형 제작에 많이 이용되고 있는 금형강 (STD11)으로 하였다. 평면연삭기는 대한 기계 제작소의 DSG-800H 를 사용하였으며 최대주축회전속도는 1710RPM이다. 시편의 평면연삭 절입량을 1회에 0.

성능/효과

A타입 표면은 와이어컷 방전가공으로 급열급냉된 조직이지만 B타입 표면은 고온 템퍼링을 3회 실시함으로서 표면조직이 소르바이트 조직으로 안정화 되었고, 丫-Fe의 강도가 작아지고 a-Fe의 강도가 증가하는 동시에 탄화물의 석출도 관찰되어 금형에서 펀치와 다이 플레이트 제작시 와이어 컷 방전가공후에는 고온 템퍼링 3회 실시는 금형 수명 연장효과를 기대할 수 있다.
가공 변질 층이 A 타입에 비하여 B 타입이 부드러운 형태를 보이며 미세크랙이 관찰되는 횟수도 크게 감소하여 표면거칠기가 향상되었음을 확인할 수 있었다. EDS 검사 결과 Fe는 84.04%, Cr은 14.15%로 측정되었고 A타입과 마찬가지로 Cu 성분은 1.81% 정도 검출되었다. 와이어 컷 방전가공후 고온 템퍼링을 실시함으로서 丫-Fe(잔류 오스테나이트)의 강도가 작아지고 a-Fe(마텐자이트)의 강도가 증가하는 동시에 탄화물의 석출도 관찰되었다.
A 타입의 단면부에서는 와이어 컷 방전 1차가공에 의하여 20伽이상의 최대표면 거칠기를 나타내고 있다. 가공 면의 EDS 검사결과 Fe는 81.11%, Cr은 12.88%로 측정되었고 Cu성분이 4.60% 검출 되었다는 것이다. 이것은 와이어컷 방전가공을 하면서 공구인 구리선이 용융되면서 원소재 표면에 불규칙적으로 용착된 결과로서 나타난 것이다.
이 결과는 A 타입과 다르게 표면의 급열급냉된 조직을 고온 템퍼링을 함으로 해서 소르바이트(Sorbite) 조직(하으로 안정화된 것으로 판단된다. 가공 변질 층이 A 타입에 비하여 B 타입이 부드러운 형태를 보이며 미세크랙이 관찰되는 횟수도 크게 감소하여 표면거칠기가 향상되었음을 확인할 수 있었다. EDS 검사 결과 Fe는 84.
81% 정도 검출되었다. 와이어 컷 방전가공후 고온 템퍼링을 실시함으로서 丫-Fe(잔류 오스테나이트)의 강도가 작아지고 a-Fe(마텐자이트)의 강도가 증가하는 동시에 탄화물의 석출도 관찰되었다.]6, 7】
전자 주사 현미경 사진의 고찰로부터 A타입보다는 B타입의 표면부에서 Cu 성분이 줄어들고 상대적으로 Cr성분이 증가하였음을 확인할 수 있었다. A타입 표면은 와이어컷 방전가공으로 급열급냉된 조직이지만 B타입 표면은 고온 템퍼링을 3회 실시함으로서 표면조직이 소르바이트 조직으로 안정화 되었고, 丫-Fe의 강도가 작아지고 a-Fe의 강도가 증가하는 동시에 탄화물의 석출도 관찰되어 금형에서 펀치와 다이 플레이트 제작시 와이어 컷 방전가공후에는 고온 템퍼링 3회 실시는 금형 수명 연장효과를 기대할 수 있다.

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