10. 콘넥터 금형 방전가공의 실무(35년 경력의 방전기술)
10.5 전극가공
(1) 전극재료
사출금형에서는 전극재료 선택을 그라파이트(GR)로 많이 사용합니다. 그라파이트는 황삭가공에서는 무소모가 가능합니다. 하지만 사상작업에서는 빨리 소모되고 면조도가 나빠지는 특성이 있습니다.
동(CU)은 황삭보다는 사상작업에서 소모가 적고 면조도가 뛰어납니다. 고운 면을 얻고자 할 때 경면가공 프로그램을 사용하기도 합니다.초경가공에는 동텅스텐(CU-W)를 사용합니다. 요즘은 재료비를 절약하기 위하여 동을 사용하기도 합니다. 다만 전극 소모율이 높아서 전극수량을 늘려야 합니다.
동(CU)는 가공시간이 많이 걸리고 취급과 관리가 어렵습니다. 전극은 홀더에 고정하여 척이나 고정 플레이트에 장착하여 고속가공기에서 황삭,정삭 전극을 가공합니다. 가공툴에 따라 바리가 생기며 면조도도 차이가 발생합니다.
고속가공기 작업후에는 반드시 바리제거와 치수측정을 하여야 합니다.
사출금형 제작시 빠른 시간에 전극제작을 하여 방전작업까지 하기 위하여 흑연 전극재료를 선택하여 사용하게 되었습니다. 정밀 고속가공기가 있다면 그라파이트 보다는 동으로 전극작업을 하는데 좋습니다. 다만 바리 제거를 잘하고 찍히지 않도록 취급 주의를 하여야 합니다. 또한 홀더에서 전극을 풀면 재사용이 불가하여 장기보관도 불편한점이 있습니다.
필자가 근무하였던 회사에서는 연삭, 밀링 프로파일, 와이어로 전극가공을 하였기에 동으로 전극가공을 하는 경우는 많지 않았습니다. 전극은 가공 중 파손이 적고 방전작업시 마모가 적은 재료를 사용하여야 합니다. 흑연가공은 주로 성형연삭으로 피치가공하여 완성하였습니다.
필자가 사출금형의 방전가공팀을 맡으며 많이 사용하였던 전극재료를 아래에 소개합니다.
Poco Graphite
극미세 흑연 전극의 적용
(POCO EDM 2-3-4, EDM AF5 and EDMC3)
적합한 흑연 전극을 선정하려면 아래 사항들이 해당 되는지 확인 하여야 합니다.
1) 미세한 표면조도가 요구 되는 가?
(예) VDI 21 – Ra 1,12 μm 이상
2) 흑연 전극의 형상이 매우 복잡, 정밀하거나 또는 얇고 깊은 리브인 가?
3) 미세하고 복잡한 형상을 방전하기 위해서 방전 간극이 매우 작아야 하는가?
(범위 0,15 – 0,03 mm/ side)
4) 금형의 모서리 또는 상세 부분이 매우 정확하게 가공되어야만 하는 가?
5) 흑연 전극이 와이어 커팅에 의하여 절삭되어야만 하는 가?
6) 피삭물의 재질이 동 합금 (Ampcoloy/ Moldmax) 또는 특수 합금(aerospace)인가?
만약, 위 조건 중에서 한가지라도 해당이 된다면 극 미세 등급의 흑연 전극을 사용하여야 합니다.
각각의 조건들에 대하여 알아 보도록 하겠습니다:
1) 흑연은 미세한 흑연 입자들이 뭉치어 만들어진 집합체 입니다.
만약 흑연 전극의 표면이 피삭물의 방전에 사용 된다면 그 피삭물의 표면 조도는 흑연 전극의 입자의 크기와 정 비례합니다.
흑연 전극의 입자의 크기가 작으면 작을수록 피삭물의 방전 후 표면 조도는 더 좋게 됩니다.
방전시 표면의 조도는 전극의 수평 움직임 가공인 오르비팅 (orbiting)에 의해 어느 정도 향상 될 수 있습니다.
하지만, VDI 18 – 12 ( Ra0,80 – 0,40 μm) 범위의 표면 조도를 얻으려면 입자의 크기가 1~5 μm 인 극 미세흑연 전극을 사용 해야만 합니다.
2) 만약 흑연전극의 형상이 미세하며 매우 복잡하거나 얇고 깊은 리브인 경우 (두께 약 0.2mm) 가공시 요구되는 탄성강도를 갖고 있는 극미세
흑연 전극을 사용 하여야 합니다. 탄성 강도가 낮은 재질의 흑연을 얇고 깊은 형상의 전극으로 가공 하면 가공시 발생하는 진동에 의하여 흑연이
깨지거나 모서리가 부서 지게 됩니다.
3) 방전 가공 부위의 형상이 미세한 경우 전극의 방전 간극 (or undersize)이 매우 작아야만 합니다. 방전 간극이 작은 경우 황삭 뿐만이 아니라 정삭 가공시에도 ontime과 방전 전극을 매우 낮게 유지 해주어야 합니다. 이 경우 전극의 마모도는 증가됩니다. 하지만, 극미세 흑연은 입자의 크기가 큰 일반 흑연 전극과 비교해 내마모도가 좋습니다.
4) 방전 가공 부위가 미세한 경우 끝단 및 모서리 부위의 마모도가 낮은 극미세 흑연 전극을 사용하여야만 합니다.
5) 흑연 전극을 와이어 커터 가공 하려면 흑연 전극의 기공 (흑연 입자들 간의 틈)이 작은 것이 좋습니다.
미세한 흑연은 입자의 크기가 작고, 기공 또한 작습니다.
그러므로, 와이어 커팅에 의한 전극의 깨짐 (또는 부서짐) 이 상대적으로 적습니다.
6) 플라스틱 사출 금형의 경우 사출 주기를 단축 시키기 위해서 동 합금 재질이 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 특수 합금의 방전을 위해서 POCO 는 동 함침 흑연 전극인 EDMC3 을 개발 했습니다. 동 함침 흑연 전극은 기존의 일반 전극에 비하여 방전 속도가 월등히 빠르며 전극의 마모는 훨씬 적은 POCO 의 선진 기술의 결정체 입니다.
EDM2: 입자 5 μm - 탄성강도 700 kg/cm²
EDM3: 입자 5 μm - 탄성강도 950 kg/cm²
EDM4: 입자 4 μm - 탄성강도 1100 kg/cm²
EDMC3: 입자 5μm - 탄성강도 1150 kg/cm²
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