KR100633502B1 - 방전 가공용 전극과 롤의 방전 가공기 및 가공 방법 - Google Patents

Abstract

방전 집중이 방지되고, 스파이럴 형상의 가공 흔적이 없는 방전 가공을 덜 마무리용 압연 롤에 실시할 수 있는 방전 가공용 전극, 방전 가공기 및 방전 가공 방법이 제공된다. 선단부로부터 가공액을 유출할 수 있는 내강을 갖고, 상기 전극 선단 단부면이, 이 단부면을 전극 길이 방향과 직교하는 면에 투영한 전극 투영면의 상기 내강에 대응하는 구멍부를 제외한 면적이 70 ㎟ 이하이고, 또한 상기 투영면에 있어서의 최대 길이(L)와 그에 직교하는 방향의 길이(T)와의 비(L/T)로 나타내는 편평율이 1.5 이상이 되는 편평 형상을 갖고, 또한 상기 투영면의 최대 길이(L)가 상기 롤의 축 방향으로 거의 평행하게 되도록 전극이 배치되어 있는 방전 가공기를 이용하여, 상기 내강으로부터 가공액을 유출시키면서, 롤과 전극을 롤의 주위 방향 및 축 방향으로 상대 이동시킴으로써 스파이럴 형상으로 롤을 방전 가공한다.

Description

방전 가공용 전극과 롤의 방전 가공기 및 가공 방법{ELECTRODE FOR ELECTRIC DISCHARGE MACHINING AND ELECTRIC DISCHARGE MACHINE FOR ROLL AND MACHINING METHOD}

본 발명은, 전극 내부로부터 가공액을 유출시키기 위한 내강을 구비한 방전 가공용의 전극과, 이 전극을 구비하는 롤용 방전 가공기에 관한 것이다. 이 방전 가공기는 덜 마무리(dull finish)용 압연 롤 등의 롤의 방전 가공에 적합하다. 본 발명은 또한 압연 롤 등의 롤의 방전 가공 방법에 관한 것이기도 하다.

강대(鋼帶)의 덜 마무리에 이용되는 압연 롤은 압연 롤 자체의 표면이 덜 가공되어 있다. 압연 롤의 덜 가공은, 종래의 금속립을 투사하는 방법 외, 최근 방전 가공에 의해서도 행해지도록 되어 왔다.

방전 가공은 절연성의 가공액 속에서 피가공물과 전극 사이에 주기적으로 펄스 파형 전압을 인가하여 아크 방전을 발생시키고, 그 열로 피가공물의 표면을 용융ㆍ제거하는 가공 방법이다. 롤 표면의 방전이 발생한 부위에 크레이터 형상의 오목함이 생성되어 롤 표면이 조면화된다. 가공액은 방전에 필요한 절연성 환경을 부여하는 동시에, 방전 가공에서 생기는 제거 찌꺼기인 가공분을 전극 주변으로부터 몰아내거나, 가공열을 흡수하여 가공부를 냉각하는 역할도 한다.

압연 롤의 방전 가공은, 전형적으로는 피가공물인 롤에 대향하여 배치된 전극을 구비한 방전 가공기를 이용하여, 롤을 회전시키는 동시에 전극을 롤축 방향으로 이동(통상은 왕복 이동)시키면서 행해진다. 따라서, 롤 표면은 연속적으로 스파이럴 형상으로 방전 가공을 받고, 스파이럴 형상의 가공선이 롤 표면에 발생한다. 전극의 롤축 방향에의 이동을 반복하면, 결국은 롤 표면의 전체를 방전 가공에 의해 조면화할 수 있다. 방전을 일으키기 위해서는 전극과 롤 사이의 간극을 좁게 해야 할 필요가 있으므로, 전극에 장착한 서버 모터에 의해 전극을 전진 또는 후퇴시키고, 상기 간극을 방전에 적합한 크기로 제어한다.

덜 가공된 압연 롤은, 강대의 덜 마무리에 사용되면 표면 요철이 급속하게 마모되기 때문에, 통상은 롤 표면의 사용 수명은 수시간 내지 수일 정도이다. 표면 요철이 마모된 압연 롤은 연마하여 표면을 평활하게 한 후, 다시 방전 가공에 의해 덜 가공이 실시된다. 즉, 압연 롤은 연마 → 방전 가공 → 압연의 사이클이고, 롤 직경이 소정의 유효 사용 직경이 되기까지 반복 사용된다. 그로 인해, 방전 가공은 가능한 한 단시간에 행하는 것이 요구된다.

방전 가공에 의한 압연 롤의 덜 가공을 신속하게 행하기 위해, 한번의 방전에 의한 가공 면적을 증대시킬 목적으로, 복수개의 전극을 롤축 방향 및 주위 방향에 일정 간격으로 모두 배열한 방전 가공기를 이용할 수 있다.

압연 롤의 방전 가공에 의한 덜 가공에는, 다음과 같은 문제점이 있다.

상기한 바와 같이 롤 표면을 스파이럴 형상으로 방전 가공하는 경우, 방전 가공의 강도가 지나치게 강하면 강한 가공선이 스파이럴 형상으로 발생하고, 이것이 가공 후의 롤 표면에도 잔존하고, 압연된 강대에 전사되어 압연 불량품이 발생한다.

또한, 방전 가공에는 방전의 집중이라는 현상이 있다. 이는, (1) 방전이 피가공물(롤)과 전극 사이의 간극이 가장 좁은 부위에 발생하기 쉬운 것 및 (2) 방전에 의해 발생한 가공분(롤이나 전극의 절삭 찌꺼기)이 도전성으로 방전을 전파하는 매체가 되기 때문에, 가공분이 체류된 부위에서 방전이 발생하기 쉬운 데 기인한다.

예를 들어, 롤의 방전 가공에 수반하여 전극 선단부가 소모된다. 그로 인해, 방전 가공의 종료 후 롤에 대향하고 있었던 전극 단부면은 롤 주위 방향의 외면 형상과 롤축 방향의 크라운 형상에 따른 곡면 형상으로 되어 있다. 이 전극을 이용하여, 다음에 롤 직경이 다르거나 또는 크라운 형상이 다른 롤을 방전 가공하면, 부분적으로 롤과 전극과의 간격이 좁게 되어 그 부분에 방전이 집중된다.

또한, 가공액의 부여량 또는 흐름이 불충분하면, 가공분이 전극 주변에 체류되기 쉽고, 일단 방전이 발생한 부위의 근방에 방전이 집중되기 쉽다.

방전의 집중 현상이 발생하면, 롤 표면에는 전극의 통로에 따라 강도가 높은 스파이럴 형상의 가공 흔적이 형성되고, 그것이 롤로 압연된 강대에 전사되는 결과, 역시 압연 불량품의 발생 원인이 된다.

일본 특허 공개 소53-72296호 공보에는, 방전의 집중을 방지하기 위해 전극을 소편으로 분할하는 것이 개시되어 있다.

미국 특허 제4,870,243호에는 방전의 안정화와 분산의 목적으로, 가공액에 흑연이나 금속 입자 등의 도전성 재료의 분말을 소량 함유시키는 것이 기재되어 있다.

전극의 배치에 관해서는, 일본 특허 공개 소55-150923호 공보에 전극과 롤의 접촉에 의한 단락을 방지하기 위해, 전극을 롤의 축심을 향하도록 배치하는 것이 아니라, 롤 회전 방향과 역방향으로 기울여 배치하는 것이 개시되어 있다.

도1은 롤용 방전 가공기의 개략 설명도이다.

도2는 시험에 이용한 대표적인 중공 전극 A 내지 D의 선단 투영면의 형상과 롤축을 수평 방향으로 하였을 때 배치 방향을 선단 투영 면적(단면적)과 함께 도시하는 도면이다.

도3은 도2의 전극 A 내지 D를 이용하여 방전 가공한 경우의 가공 표면의 모식도이다.

도4는 전극을 복수 열로 지그재그 형상으로 배치한 예를 도시하는 설명도이다.

도5는 실시예로 사용한 전극의 선단 투영면의 형상을 도시하는 설명도이다.

도6 내지 도11은 롤에 대한 전극의 배치를 도시하는 설명도이며, 모두 롤축 방향으로부터 본 측면도이다.

도6은 전극을 롤 축심을 향하는 방향으로부터 떨어져 배치한 상태를 도시하는 도면이다.

도7은 전극을 롤 축심을 향하는 방향으로 배치한 상태를 도시하는 도면이다.

도8은 도6의 전극을 이용하여 가공하는 롤이, 보다 소직경의 롤[도8의 (a)]로부터, 보다 대직경의 롤[도8의 (b)]로 변환된 경우의 상황을 도시하는 도면이다.

도9는 도7의 전극을 이용하여 가공하는 롤이, 보다 소직경의 롤[도9의 (a)]로부터, 보다 대직경의 롤[도9의 (b)]로 변환된 경우의 상황을 도시하는 도면이다.

도10은 모두 롤 축심 방향을 향한 복수의 전극을 롤 주위 방향으로 복수 열로 배치한 경우를 도시하는 도면이다.

도11은 전극이 롤 축심을 향하지 않는 경우의 전극과 대직경 및 소직경 롤과의 위치 관계를 도시하는 도면이다.

본 발명은, 강도가 높은 가공선의 발생이나 방전의 집중 현상을 방지할 수 있는 방전 가공기 및 방전 가공 방법과, 그에 이용하는 방전 가공용 전극을 제공하는 것이다.

방전 가공에서 강한 가공선을 발생시키지 않도록 하기 위해서는, (a) 단위 시간당의 방전 발생 횟수를 감하거나 혹은 (b) 피가공물인 롤과 전극과의 상대 이동 속도를 크게 하는 등의 방법이 고려된다. 그러나, (a)의 방법은 가공 효율을 저하시키기 때문에, 신속한 가공이 요구되는 압연 롤의 방전 가공에는 받아들일 수 없다. (b)의 방법은 전극의 이송 속도나 롤의 회전수를 증대시키는 것이 필요해지지만, 방전 가공기의 기계적 제약과, 방전을 위해 전극과 롤과의 간격을 수십 ㎛ 정도로 제어해야만 하는 것을 고려하면, 현실적이지 않다.

방전이 집중되는 현상을 회피하기 위해서는, 상기 (a)의 가공 효율을 내리는 방법 및 (b)의 전극과 롤과의 상대 속도를 증대시키는 방법 외에, (c) 방전이 발생하는 전극 단부면의 면적을 작게 하는 방법이 고려된다. 그러나, (c)의 방법에서는 단위 면적당의 가공 밀도가 높아져 강도가 높은 가공선이 생성되기 쉬워진다.

전술한 바와 같이, 가공하는 롤을 교환하였을 때, 교환한 롤의 롤 직경이나 크라운 형상이 먼저 가공된 롤의 것과 다르면, 전극과 롤과의 간격(전극/롤 간극)이 부분적으로 좁게 되고, 그 부분에 방전이 집중되어 스파이럴 형상의 가공 흔적이 발생한다. 이 현상에 관해서는, 전극 단부면의 면적이 크면, 전극의 소모가 작아지기 때문에, 전극에는 먼저 가공한 롤의 롤 직경이나 크라운 형상이 길게 남아, 오히려 방전의 집중에 의한 가공을 발생시킨다.

본 발명자들은, 가공하는 롤 직경 변화에 수반하는 전극/롤 간극의 변화가 전극을 롤축 방향으로 길게 하여 편평하게 하면 영향이 작아지고, 롤 직경의 변화에 대응하기 쉬워지는 데 착안하였다. 롤 직경의 곡률 쪽이 크라운의 곡률보다 매우 크므로(곡률 반경이 매우 작으므로), 롤 직경의 변화에 수반하는 영향을 최소한으로 하는 것이 방전 집중의 방지에 유효하다.

또한, 롤축 방향으로 길게 한 편평한 전극을 사용하면, 롤 회전에 따라 형성되는 조면화된 가공부가 가로로 넓어지기 때문에, 가공 밀도가 저하되고 강한 가공선이 발생하는 것이 방지되어 가공 흔적이 생기기 어렵게 된다.

가공분이 전극 부근에 체류됨으로써 방전의 집중을 피하기 위해서는, 전극을 중공으로 하여 전극의 내강으로부터 가공액을 유출시켜 전극으로부터 외향으로의 가공액의 흐름을 만들어내는 것이 유효하다.

이러한 중공 전극을 사용하는 경우, 전극/롤 간극이 넓은 부분으로부터 가공액이 많이 유출되므로, 간극이 좁은 부분은 간극이 넓은 부분보다 가공분이 체류되기 쉽다. 따라서, 간극이 좁은 부분은 간극의 협소함과 가공분 체류의 양쪽 원인으로 방전 집중이 매우 일어나기 쉽다. 방전 집중을 최소한으로 하기 위해서는, 간극을 가능한 한 균일하게 하기 위해, 전극을 롤 축심을 향하는 방향으로 배치하는 것이 바람직하다.

일측면에 있어서, 본 발명은 피가공물에 대향하는 선단부로부터 가공액을 유출할 수 있는 내강을 갖는 방전 가공용의 전극이며, 전극 선단 단부면이, 이 단부면을 전극 길이 방향과 직교하는 면에 투영한 전극 투영면(이하, 선단 투영면이라 함)의 상기 내강에 대응하는 구멍부를 제외한 면적(이하, 선단 투영 면적이라 함)이 7O ㎟ 이하이고, 또한 상기 투영면에 있어서의 최대 길이(L)와 그에 직교하는 방향의 길이(T)와의 비(L/T)로 나타내는 편평율이 1.5 이상으로 이루어지는 편평 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극이다.

다른 측면에 있어서, 본 발명은 롤에 대향하여 배치된 1 또는 2 이상의 전극을 구비한 롤용 방전 가공기이며, 상기 전극은 롤에 대향하는 선단부로부터 가공액을 유출할 수 있는 내강을 갖고, 상기 전극 선단 단부면이, 이 단부면을 전극 길이 방향과 직교하는 면에 투영한 전극 투영면(선단 투영면)의 상기 내강에 대응하는 구멍부를 제외한 면적(선단 투영 면적)이 70 ㎟ 이하이고, 또한 상기 투영면의 최대 길이(L)와 그에 직교하는 방향의 길이(T)와의 비(L/T)로 나타내는 편평율이 1.5 이상으로 이루어지는 편평 형상을 갖고, 또한 상기 투영면의 최대 길이(L)로 이루어지는 편평부 형상을 갖고, 또한 상기 투영면의 최대 길이(L)가 상기 롤의 축 방향으로 거의 평행하게 되도록 전극이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 롤용 방전 가공기이다.

여기서,「거의 평행」이라 함은, 투영면의 최대 길이(L)의 방향과 롤축 방향과의 각도가 10°이내인 것을 의미한다. 이 각도는 바람직하게는 5°이내이며, 0°인 것이 가장 바람직하다.

적합 형태에 있어서, 상기 1 또는 2 이상의 전극은 전극의 길이 방향이 롤 축심을 향하도록 배치되어 있다. 방전 가공기가 복수의 전극을 구비하는 경우, 전극은 롤 주위 방향으로 복수의 열을 이루어 지그재그 형상으로 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 또, 상기 방전 가공기를 이용한 롤의 방전 가공 방법이며, 상기 내강으로부터 가공액을 유출시키면서, 롤과 전극을 롤의 주위 방향 및 축 방향으로 상대 이동시킴으로써 스파이럴 형상으로 롤을 방전 가공하는 것을 특징으로 하는 롤의 방전 가공 방법이 제공된다.

상기의 지그재그 형상으로 배치된 전극을 구비하는 방전 가공에 있어서는, 상기 롤 주위 방향 또는 축 방향의 상대 이동 속도를 조절함으로써, 방전 가공되지 않는 영역이 남지 않도록 롤을 방전 가공하는 것이 바람직하다.

도1에 압연 롤의 방전 가공에 사용되는 방전 가공기의 일예를 모식적으로 도시한다. 이 방전 가공기에는 피가공물인 압연 롤(8)이 회전 가능하게 적재되어 있다. 즉, 압연 롤(8)은 그 양측의 롤 지지부가 베어링대(11)에 장착되고, 단부면 고정 장치(5, 6)에서 위치 결정된 후, 롤 구동 장치(9)에 의해 회전 구동된다. 이 방전 가공기의 전극 홀더(7)에는, 대개는 복수의 전극이 적절한 배치로 부착되어 있다. 전극 홀더(7)는 그 헤드부를 관통한 볼(bowl) 스크류 기구(12)를 구동 장치(10)에 의해 회전시킴으로써, 롤 폭에 걸쳐 롤축 방향으로 왕복 이동한다.

도시하고 있지 않지만, 전극 선단부와 롤과의 간극을 방전에 가장 적절한 크기로 제어 가능하게 하므로, 전극 홀더로의 전극의 부착은 적당한 서버 모터와 스크류 기구를 통해 행해진다. 전극과 압연 롤과의 간극은 가공액으로 만족된다.

도시의 방전 가공기를 사용한 압연 롤의 방전 가공은, 압연 롤을 회전시키는 동시에 전극 홀더, 따라서 전극을 롤축 방향으로 이동시키면서 행해진다. 즉, 피가공물인 롤과 전극은 방전 가중 공에 롤의 주위 방향과 축 방향의 양방향에 상대적으로 이동하기 때문에, 방전 가공에 의해 형성된 가공선은 롤 표면에 스파이럴 형상으로 발생한다.

도시예에서는, 롤을 회전 구동시켜 전극을 축 방향으로 이동시키는 방전 가공기를 도시하였지만, 롤 주위 방향의 상대 이동에 관해서는 롤의 회전 구동 대신에 전극을 롤 주위 방향으로 이동시켜도 좋고, 그 양자를 병용할 수도 있다. 마찬가지로, 롤축 방향의 상대 이동에 관해서도, 전극이 아니라 롤 또는 롤과 전극의 양쪽을 축 방향으로 이동시킬 수도 있다.

본 발명에 따른 방전 가공용 전극은 가공액 유출용의 내강을 갖고, 전극의 선단부로부터 피가공물(예를 들어, 압연 롤)을 향해 가공액을 유출시킬 수 있다. 전형적으로는, 이 전극은 내부에 관통 구멍을 갖는 관형의 중공 전극이다. 단, 내강은 그 출구가 전극 선단부에 위치하고 있으면 좋고, 전극의 전체 길이가 그 길이 방향으로 관통되어 있을 필요는 없다. 예를 들어, 가공액의 입구가 전극 길이의 중도에 위치하는 것도 가능하다. 전극의 내강으로의 가공액의 부여에는 주지의 적절한 수단을 이용할 수 있다.

전극의 길이 방향이라 함은, 일반적으로 가늘고 긴 방전 가공용 전극의 길이 방향을 의미하고, 전극 선단 단부면과 교차한다. 단, 단부면은 방전시 전극의 소모에 의해 만곡되거나 경사져 있는 경우가 있으므로, 전극의 길이 방향과 그 선단 단부면은 직교하는 것은 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 가공액이 전극 내에 설치한 내강을 통해 그 선단부로부터 유출한다. 따라서, 길이 방향과 가공액의 유출 방향은 거의 일치한다.

전극 선단부로부터 가공액을 유출시킴으로써 전극과 피가공물 사이가 좁은 간극으로부터 주위로의 외향 가공액의 흐름이 만들어진다. 그로 인해, 방전 가공으로 발생한 가공분을 전극 근방으로부터 확실하게 몰아낼 수 있어 전극 근방에 가공분이 체류됨으로써 방전 집중이 방지된다.

본 발명의 방전 가공용 전극은, 피가공물에 대향하는 전극 선단 단부면이, 이 단부면을 전극 길이 방향과 직교하는 면에 투영한 전극 투영면(이하, 선단 투영면이라 함)의 상기 내강에 대응하는 구멍부를 제외한 면적(이하, 선단 투영 면적이라 함)이 7O ㎟ 이하이고, 또한 상기 투영면에 있어서의 최대 길이(L)와 그에 직교하는 방향의 길이(T)와의 비(L/T)로 나타내는 편평율이 1.5 이상이 되는 편평 형상을 갖는다.

내강에 대응하는 구멍부를 제외한 전극의 선단 투영 면적이라 함은, 방전면이 되는 전극 단부면의 면적을 의미한다. 전극의 선단 투영 면적이 7O ㎟를 넘으면, 전극 선단의 소모가 느리기 때문에 피가공물인 롤을 다른 형상인 것으로 교환한 경우에, 전극 선단부 형상이 교환된 롤의 형상에 따른 형상으로 되기까지의 시간이 걸려 방전 집중에 의한 가공 흔적의 발생을 충분하게 방지할 수 없다.

전극의 선단 투영 면적이 지나치게 작으면 전극의 소모가 빨라 전극의 교환 빈도가 증가되므로, 하한은 1O ㎟ 정도가 바람직하다. 선단 투영 면적은, 보다 바람직하게는 15 내지 5O ㎟이다.

롤을 방전 가공하는 경우, 본 발명의 외형이 편평한 전극은 선단 투영면의 최대 길이(L)가 롤의 축 방향에 거의 평행하게 되도록 방전 가공기의 전극 홀더에 부착된다. 그에 의해, 전극을 분할하는 일 없이 방전을 분산시켜 방전 집중을 억제할 수 있다.

도2에 각종의 중공 전극의 선단 투영면의 형상과 배치를, 그 선단 투영 면적(도면 속에서는 단면적 표시)과 함께 도시한다. 도면 중, 롤축 방향은 수평 방향이다. 도3은, 도2에 도시한 전극 A, B, C, D를 사용하여 방전 가공을 행할 때 롤 표면의 가공 상태를 전극 단면 형상과 함께 도시한다.

전극 A, B는 원형 단면을 갖는 비교용의 원통형 중공 전극이며, 선단 투영 면적이 서로 다르다. 전극 C, D는 완전히 동일한 형상의 본 발명에 따른 단면이 편평 형상인 중공 전극이지만, 전극 홀더에 부착할 때의 방향이 서로 다르다. 즉, 전극 C에서는 선단 투영면의 최대 길이(L)(이하, 장축이라 함)가 롤 주위 방향을 향하고 있는 데 반해, 전극 D에서는 이 장축이 롤 축 방향을 향하고 있다.

선단 투영 면적이 큰 원형 단면의 전극 A를 이용하여 롤을 방전 가공하면, 도3에 도시한 바와 같이 방전 밀도가 낮기 때문에, 롤 표면에 방전에 의해 생긴 반점(斑点) 형상 요철은 전극의 외경에는 도달하지 않는 크기(거의 전극의 두께에 상당하는 크기)의 집단이 되고, 남은 부분에서는 요철은 성기게 된다. 이러한 요철 집단으로 이루어지는 스파이럴 형상 모양이 롤에 부여되어 패스를 포개는 것마다 요철 집단이 넓어져 가공이 진행되게 된다. 롤 전방면에 요철 집단이 부여되었을 때에는, 롤 표면에는 최초로 보인 스파이럴 모양은 보이지 않게 되지만, 실제로는 스파이럴 형상의 요철 집단의 부위에서는 다른 부위로부터 많은 방전이 일어나 있으므로, 마이크로적으로 오목한 상태로 되어 있다. 이 오목함은 롤을 이용하여 강대 압연할 때에 강대에 전사된다.

선단 투영 면적이 매우 작은 원형 단면의 전극 B를 사용한 경우에는, 방전은 거의 전극 폭으로 분산된 상태가 되고, 반점형 요철이 성긴 부위는 생기지 않는다. 그러나, 방전이 발생하는 폭(가공선의 폭)이 좁기 때문에, 가공 밀도가 높고, 가공 초기의 단계로부터 이미 강도가 높은 스파이럴 형상의 가공 흔적이 발생한다.

편평한 전극을 그 장축이 롤의 주위 방향(회전 방향)을 향하게 한 전극 C에 대해서도, 전극 B와 마찬가지라고 할 수 있다. 이는, 일반적으로 롤의 회전에 의한 주위 방향으로의 롤/전극의 상대 이동 속도(주속도) 쪽이, 롤 축 방향으로의 상대 이동 속도보다 훨씬 크기 때문이다. 예를 들어, 롤/전극의 상대 이동 속도는 롤 주위 방향이 100 내지 800 ㎜/sec, 롤축 방향이 1 내지 20 ㎜/sec이며, 스파이럴과 롤 주위 방향과의 교차각은 10°이하이다. 따라서, 상대 이동은 주위 방향이 주가 된다. 전극 C에서는, 주위 방향에 있어서의 전극의 폭(주위 방향과 직교하는 축 방향의 전극 치수)이 전극의 선단 투영면의 단축에 상당하는 작은 크기가 되므로, 방전 가공의 폭이 작아 소직경의 전극 B와 마찬가지의 결과가 된다.

한편, 본 발명에 따라, 편평한 전극을 그 선단 투영면의 장축을 롤축 방향을 향하게 한 전극 D를 사용하여 롤을 방전 가공하면, 전극의 두께 정도의 작은 요철 집단이 전극의 장축에 도달하는 폭으로 분산한 가공 모양이 형성된다. 이 배치에서는, 롤 주위 방향에 있어서의 전극의 폭이 전극 선단 투영면의 장축의 크기가 되어 방전 가공의 폭이 넓어진다. 따라서, D가 방전의 분산성이 가장 양호하다. 이러한 폭이 작은 요철 집단의 모양은 스파이럴 형상으로 부여되지만, 최초로 형성된 개개의 집단의 강도가 작기 때문에, 패스를 포개면 스파이럴 형상 모양이 불선명하게 되고, 전체적으로 균질하게 요철을 부여할 수 있다.

즉, 편평한 전극을 장축이 롤 축 방향과 평행하게 되도록 배치하면, 가공선이 넓어져 분산하기 때문에, 선단 투영 면적이 작아도 가공이 강해지지 않고, 강 가공에 의한 가공 흔적의 발생을 방지할 수 있다.

상기의 전극 A 내지 D를 이용하여 방전 가공함으로써 조면화한 압연 롤을 강대의 덜 가공 압연에 사용한 경우, 전극 A, B 또는 C에서 방전 가공한 압연 롤에서는, 압연 후 강대 표면에 특별히 이상이 보이지 않는 경우라도, 지석에 의한 연마 검사를 실시하면 품질 불량이 발견된다. 즉, 최초로 가공된 스파이럴 형상 모양의 부위는 롤 표면이 강하게 오목해져 있으므로, 강대에는 볼록부가 되어 나타나, 연마하면 스파이럴 형상의 볼록 모양이 부상되어 품질 불량으로 된다.

이에 대해, 전극 D를 사용하여 방전 가공한 압연 롤은, 최초로 가공된 스파이럴 형상 모양 부분의 요철 집단의 오목함이 매우 미세하다. 그 결과, 이 롤을 압연에 적용해도, 강대의 품질 불량은 생기지 않는다.

본 발명의 방전 가공용 전극에 있어서, 전극의 선단 투영면에 있어서의 최대 길이(L)와 그에 직교하는 방향의 길이(T)와의 비(L/T)로 나타내는 편평율은 1.5 이상으로 한다. 편평율이 1.5보다 작으면, 방전의 분산성이 불충분해지고, 전극 B에 가까운 결과가 된다.

한편, 전극의 편평율을 지나치게 크게 하면, 전극 홀더를 크게 할 필요가 있고, 롤 에지부에서 전극의 일부가 롤 배럴로부터 떨어지는 등의 문제가 발생한다. 일반적으로, 편평율은 10 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 편평율은 3 내지 8이다. 장치 사양이나 롤 에지의 어디까지 가공이 필요한 것인가에 따라, 적당한 편평율을 선택할 수 있다.

본 발명의 방전 가공용 전극은 구리, 그라파이트, 그 양자의 복합 재료 등, 종래 사용되어 온 재료로부터 제작할 수 있다.

방전 가공은 전극 1개라도 실시할 수 있지만, 한번에 가공되는 가공 면적을 확대하기 위해, 복수의 전극을 모두 전극 홀더에 배치하는 것이 바람직하다. 복수의 전극을 사용하는 경우, 도4에 도시한 바와 같이 롤 주위 방향으로 복수의 열이 생기도록, 전극을 지그재그 형상으로 배치하는 것이 바람직하다.

도4에 도시한 예에서는, 12개의 전극이 모두 그 선단 투영면의 장축 방향이 롤축 방향(도면의 수평 방향)으로 평행하게 되는 방향이고, 4개씩 3열로 분리되어 배치되어 있다. 따라서, 3열은 롤 주위 방향으로 이격한 열이다. 각 열에 있어서의 전극의 이격 거리는 동일하지만, 각 열을 서로 롤축 방향으로 조금씩 변이됨으로써, 지그재그 형상의 배치로 되어 있다.

롤 주위 방향에의 복수의 열을 지그재그 형상으로 배치하면, 1열째의 전극군에 방전 가공되는 영역이 2열째의 전극군에 방전 가공되는 영역과 일부 중복되고, 방전 가공되는 영역 사이에 방전 가공되지 않는 영역이 남는 일이 없다. 또한, 롤 회전 속도와 방전 가공용 전극의 롤축 방향에의 이송 속도(즉, 롤 주위 방향으로 롤 축 방향에의 롤과 전극의 상대 이동 속도)를 조절함으로써, 1열째와 2열째의 방전 가공되는 영역을 일부 중복시키고, 방전 가공되는 영역 사이에 방전 가공되지 않는 영역을 남기지 않도록 하는 것이 가능하다. 2열째와 3열째의 전극군에 대해서도, 마찬가지다.

방전 가공에 사용하는 가공액은, 통상은 절연유이다. 방전의 안정성을 향상시키기 위해, 가공액에 카본(예를 들어, 그라파이트), 금속, 실리콘 등의 도체 또는 반도체로부터 선발한 1 종류 또는 2 종류 이상의 분말을 함유시켜도 좋다. 가공액에 첨가하는 것이 특히 바람직한 분말은 카본이다.

본 발명에서는, 가공액은 전극의 내강을 지나 전극의 선단부로부터 롤 표면을 향해 유출시킨다. 필요에 따라서, 가공액의 일부는 전극을 지나지 않는 경로로 부여해도 좋다. 사용 완료의 가공액은, 예를 들어 자기 수단에 의해 가공분을 제거한 후, 방전 가공에 재이용할 수 있다.

실시예

<제1 실시예>

도1에 관해서 상술한 방전 가공기에, 도5에 도시하는 다양한 선단 투영 형상(a 내지 k)을 갖는 중공 전극을 부착하여 방전 가공 시험을 실시하였다.

각 시험에 있어서, 동일 투영 형상의 12개의 전극을 도4에 도시한 바와 같이 지그재그 형상으로 방전 가공기에 배치하였다. 편평 형상의 전극인 경우, 선단 투영면의 최대 길이 방향이 롤축 방향으로 평행하게 되도록 각 전극을 배치하였다. 방전 가공 시험은 롤을 회전시키는 동시에, 전극을 롤축 방향으로 왕복 이동시키면서 실시하였다. 사용한 가공액은 절연유이며, 이 가공액을 방전 가중 공에 전극의 내강을 통해 선단부로부터 유출시켰다.

방전 가공은 롤 표면에 중심선 평균 거칠기 Ra = 1.0 ㎛ 또는 3.0 ㎛의 요철을 형성하는 조건으로 실시하였다. 이렇게 하여 방전 가공한 롤을 이용하여 압연한 강대의 검사 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1에 있어서, 전극 선단 투영 면적 및 편평율에 나타내는 부호「*」는 본 발명의 범위 외인 것을 나타낸다. 검사 결과의 부호「×」는 스파이럴 형상 가공선이 현저하게 보이고, 롤 교환을 할 필요가 생기는 것을 나타낸다. 「△」는 가공선은 보다 눈에 띄지 않지만, 눈으로 확인함으로써 가공선이 있는 것을 확인할 수 있었음을 나타낸다. 「○」는 가공선이 전혀 보이지 않은 것을 나타낸다.

[표 1]

전극 형상	투영 형상(도5의 기호)	전극 선단부 투영 면적(㎟)	편평율(L/T)	검사 결과		비고
				1.0 ㎛	3.0 ㎛
원통	a	113*	1*	×	×	비교예
	b	67	1*	×	△	비교예
	c	30	1*	×	△	비교예
편평	d	80*	2	△	○	비교예
	e	67	2	○	○	발명예
	f	53	2	○	○	발명예
	g	67	1.5	○	○	발명예
	h	53	1.5	○	○	발명예
	i	70	8	○	○	발명예
	j	30	7	○	○	발명예
	k	30	1.5	○	○	발명예

표 1에 나타낸 바와 같이, 전극의 선단 투영 면적이 70 ㎟ 이하이고, 편평율이 1.5 이상인 형상의 전극을 사용하여 압연 롤을 방전 가공하면, 그 롤로 압연한 강대의 검사에 있어서 양호한 결과가 얻어졌다.

본 발명에 따른 전극을 이용하여, 일반적으로 사용되는 중심선 평균 거칠기 Ra = 0.6 내지 4.0 ㎛ 정도의 방전 가공을 압연 롤에 실시하면, 그 롤을 이용하여 압연한 강대의 검사 공정에서 품질의 문제점이 없고, 또한 전극 교환 빈도도 조업을 만족할 수 있는 정도로 멈추게 할 수 있게 된다.

<제2 실시예>

본 실시예에서는, 본 발명에 따른 가공액 유출용의 내강을 구비한 방전 가공용 전극을, 그 길이 방향이 롤 축심(회전축)을 향하도록 배치하는 것의 효과를 설명 및 예시한다.

도6은, 방전 가공용 전극(1)을 그 길이 방향이 롤(2)의 축심(3)을 향하지 않는 각도로 배치한 상태를 도시한다. 한편, 도7은 본 발명의 적합 형태에 따라서, 전극(1)을 그 길이 방향이 롤(2)의 축심(3)을 향하는 각도로 배치한 상태를 도시한다. 이들은 측면도이기 때문에, 도면에는 보이지 않지만 전극(1)의 내부에는 가공액 유출용의 내강이 길이 방향으로 관통하고 있다.

도8의 (a)는, 도6에 도시한 전극 배치이고, 가공액을 전극 선단부로부터 유출시키면서 소직경 롤을 방전 가공하고 있는 상태를 도시한다. 롤(2)에 대향하는 전극(1)의 단부면은 방전 가공에 의한 소모에 따라, 소직경 롤의 곡률에 따른 곡면으로 되어 있다. 도면 중의 화살표는 가공액의 흐름을 모식적으로 도시한다. 도8의 (a)에서는, 롤(2)과 전극(1)과의 간극이 균일하기 때문에, 전극을 통해 공급되는 가공액은 간극의 어디에서나 거의 균일한 유속으로 흐른다.

이와 같이 단부면이 소직경 롤의 곡률에 따른 곡면으로 되어 있는 전극(1)을 사용하여 대직경 롤을 방전 가공하고 있는 상태를, 도8의 (b)에 도시한다. 이 경우, 방전은 롤(2)과 전극(1)의 간극이 가장 좁은 A부로부터 발생하기 쉽다. 한편, 가공액은 굵은 선의 화살표로 나타낸 바와 같이, 간극이 넓은 B부로부터 유출하기 쉽고, A부에서는 가는 선의 화살표로 나타낸 바와 같이 유출량이 적어진다. 그로 인해, 방전이 발생하기 쉽고, 가공분의 발생량도 많은 A부에서는 가공분의 체류에 의한 방전 발생도 더해져 방전이 집중되고, 가공 흔적의 발생이 일어나기 쉬워진다.

한편, 도7에 도시한 바람직한 전극 배치[전극(1)의 길이 방향이 롤(2)의 축심(3)을 향함]인 경우에 대해, 소직경 롤의 가공으로부터 대직경 롤의 가공으로 이행하였을 때의 상태를, 도9의 (a), 도9의 (b)에 도시한다. 도9의 (a)에 도시한 바와 같이, 소직경 롤(2)을 방전 가공함으로써, 전극(1)의 단부면은 소직경 롤의 곡률에 따른 곡면 형상으로 된다.

이 전극(1)을 대직경 롤의 방전 가공에 사용하면, 도9의 (b)에 도시한 바와 같이 방전은 가장 간극이 좁아지는 전극 주변부에서 발생하기 쉽다. 그러나, 도8의 (b)와 달리 전극 주변부에서는 전체적으로 간극이 균일하게 되므로, A부와 B부 모든 측에서도 마찬가지로 방전이 발생한다. 가공액의 흐름도 A부와 B부에서 거의 균일해진다. 그로 인해, 방전에 의해 발생한 가공분이 국부적으로 체류되지 않고, 방전의 집중이 발생되기 어렵다.

전극이 원통형이면, 전극의 롤 축 방향의 양측으로부터의 가공액의 유출이 커지고, 가공액의 흐름이 불균일이 되는 경우가 있다. 그러나, 본 발명에서는 단면이 편평한 전극을, 단면의 장축이 롤축 방향으로 평행하게 되도록 배치한다. 그로 인해, 롤축 방향의 양측으로부터의 가공액의 유출 증대를 최소한으로 억제할 수 있으므로, 방전 집중을 효과적으로 방지할 수 있다.

도10에, 도9의 (a)에 도시한 바와 같이 배치한 복수의 전극을 이용하여 방전 가공하는 경우를 도시한다. 롤 주위 방향으로 3단에 배치된 전극(1, 1', 1")은, 모두 롤 축심을 향하도록 배치되어 있다. 도면에는 보이지 않지만, 각 단은, 예를 들어 도4에 도시한 바와 같이 복수개(예를 들어, 3 내지 6개)의 전극의 열로 구성하고, 다른 단의 전극과 겹치지 않도록, 각 단의 전극의 위치를 서로 변이하여 지그재그 형상으로 전극을 배치하는 것이 바람직하다. 각 전극은 롤과의 간극을 제어하기 때문에, 서버 모터 및 스크류 기구(4, 4', 4")에 의해 전극의 길이 방향으로의 전진 및 후퇴가 가능하다.

도11에는, 전극을 도8의 (a), 도8의 (b)에 도시한 바와 같이 배치하여 소직경 롤(2)과 대직경 롤(2')을 방전 가공하는 경우를 도시한다. D는 대직경 롤의 직경, d는 소직경 롤의 직경이며, α는 소직경 롤 가공에 있어서의 전극 축(길이 방향)과 롤 주위면과의 교점과 롤 축심을 연결한 선과, 전극축과의 교차각이다. 대직경 롤(2')인 경우의 교차각은 α보다 작아지기 때문에, 교차각은 롤 직경에 의해 변화하는 것이 이해될 것이다. 한편, 도10에 도시한 바와 같이 전극을 배치한 경우에는, 물론 α는 롤 직경에 상관없이 항상 0°이다.

표 2 및 표 3에, 각각 도10 및 도11에 도시한 바와 같이 전극을 배치하여 대직경 롤과 소직경 롤을 방전 가공한 경우의 결과를 나타낸다. 전극은 각 열 4개의 전극 열을 롤 주위 방향에 3단 배치한 구성으로 하였다. 시험에 이용한 전극은, 표 1의 기호 f로 나타낸 편평 형상인 것이었다. 표 3에 나타낸 도11의 전극 배치에서는 소직경 롤과의 교차각(α)이 2 내지 5°의 범위가 되도록, 각 전극을 위치시켰다.

표 중 롤 직경 변화에 있어서, 예를 들어「600 → 500」은 직경 600 ㎜의 롤을 가공한 후에 직경 500 ㎜의 콜을 가공한 것을 나타낸다. 가공 거칠기는 방전 가공을 중심선 평균 거칠기(Ra)가 표시의 값이 되는 조건으로 가공한 것을 의미한다. 가공액은 제1 실시예와 같은 것을 사용하였다. 각 시험에 있어서의 평가는, 가공 개시로부터 일정 시간 후 롤 표면을 관찰하여 방전 집중에 의한 스파이럴 형상 가공선이 보이는지 여부에 의해 행하였다. ○가 가공선이 보이지 않는 경우, ×가 가공선이 보인 경우를 의미한다.

[표 2]

가공 거칠기(㎛)	롤 직경 변화(㎜)
	600 → 500	600 → 400	500 → 400	400 → 600
Ra = 3.0	○	○	○	○
Ra = 2.0	○	○	○	○
Ra = 1.0	○	○	○	○

[표 3]

가공 거칠기(㎛)	롤 직경 변화(㎜)
	600 → 500	600 → 400	500 → 400	400 → 600
Ra = 3.0	○	○	○	○
Ra = 2.0	○	×	○	×
Ra = 1.0	×	×	×	×

각 전극을, 도10에 도시한 바와 같이 롤 축심을 향하도록 배치한 경우에는, 표 2에 도시한 바와 같이 가공하는 롤 직경이 변화해도, 모든 시험에서 스파이럴 형상 가공 흔적은 확인되지 않고, 양호한 결과가 되었다.

한편, 각 전극을 도11에 도시한 바와 같이 롤 축심을 향하는 방향으로부터 경사시킨 경우에는, 표 3에 나타낸 바와 같이 가공 거칠기가 미세한 경우나, 롤 직경 변화가 큰 경우에 스파이럴 형상 가공 흔적이 확인되었다. 가공 거칠기가 미세한 경우에 불량한 결과가 된 것은, 거칠기가 미세한 가공일수록 전극과 롤과의 간극이 작고, 가공액 흐름의 불균일이 가공 표면에 현저하게 영향을 준 것으로 생각된다. 조도가 거친 가공에서는, 원래 전극과 롤과의 간극이 넓고, 가공액의 흐름이 불균일이라도, 충분히 간극으로부터 가공분을 배출할 수 있었던 것으로 추정된다.

이상으로 본 발명을 적합 형태에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이상으로 설명한 형태로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 전극의 선단 투영면의 편평 형상은 타원형이 바람직하지만, 직사각형이라도 좋다.

Claims (11)

1. 피가공물에 대향하는 선단부로부터 가공액을 유출할 수 있는 내강을 갖는 방전 가공용의 전극이며, 전극 선단 단부면이, 이 단부면을 전극 길이 방향으로 직교하는 면에 투영한 전극 투영면의 상기 내강에 대응하는 구멍부를 제외한 면적이 7O ㎟ 이하이고, 또한 상기 투영면에 있어서의 최대 길이(L)와 그에 직교하는 방향의 길이(T)와의 비(L/T)로 나타내는 편평율이 1.5 이상이 되는 편평 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극.
2. 롤에 대향하여 배치된 1 또는 2 이상의 전극을 구비한 롤용 방전 가공기이며, 상기 전극은 롤에 대향하는 선단부로부터 가공액을 유출할 수 있는 내강을 갖고, 상기 전극 선단 단부면이, 이 단부면을 전극 길이 방향과 직교하는 면에 투영한 전극 투영면의 상기 내강에 대응하는 구멍부를 제외한 면적이 7O ㎟ 이하이고, 또한 상기 투영면에 있어서의 최대 길이(L)와 그에 직교하는 방향의 길이(T)와의 비(L/T)로 나타내는 편평율이 1.5 이상이 되는 편평 형상을 갖고, 또한 상기 투영면의 최대 길이(L)가 상기 롤의 축 방향으로 거의 평행하게 되도록 전극이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 롤용 방전 가공기.
3. 제2항에 있어서, 상기 1 또는 2 이상의 전극이, 전극의 길이 방향이 롤 축심을 향하도록 배치되어 있는 방전 가공기.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 롤 주위 방향으로 복수의 열을 이루어 지그재그 형상으로 배치된 2 이상의 상기 전극을 구비하는 방전 가공기.
5. 제2항에 기재된 방전 가공기를 이용한 롤의 방전 가공 방법이며, 상기 내강으로부터 가공액을 유출시키면서, 롤과 전극을 롤의 주위 방향 및 축 방향으로 상대 이동시킴으로써 스파이럴 형상으로 롤을 방전 가공하는 것을 특징으로 하는 롤의 방전 가공 방법.
6. 제3항에 기재된 방전 가공기를 이용한 롤의 방전 가공 방법이며, 상기 내강으로부터 가공액을 유출시키면서, 롤과 전극을 롤의 주위 방향 및 축 방향으로 상대 이동시킴으로써 스파이럴 형상으로 롤을 방전 가공하는 것을 특징으로 하는 롤 의 방전 가공 방법.
7. 제4항에 기재된 방전 가공기를 이용한 롤의 방전 가공 방법이며, 상기 내강으로부터 가공액을 유출시키면서, 롤과 전극을 롤의 주위 방향 및 축 방향으로 상대 이동시킴으로써 스파이럴 형상으로 롤을 방전 가공하는 것을 특징으로 하는 롤의 방전 가공 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 롤의 주위 방향 또는 축 방향의 상대 이동 속도를 조절함으로써, 방전 가공되지 않은 영역이 남지 않도록 롤을 방전 가공하는 방전 가공 방법.
9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 롤이 덜 마무리용 압연 롤인 방전 가공 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 롤이 덜 마무리용 압연 롤인 방전 가공 방법.
11. 제8항에 있어서, 상기 롤이 덜 마무리용 압연 롤인 방전 가공 방법.