KR20020022810A - 전기화학적 가공 방법 및 그에 사용되는 전기화학적 장치 - Google Patents

전기화학적 가공 방법 및 그에 사용되는 전기화학적 장치 Download PDF

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Abstract

상이한 레벨의 금속 제거를 동시에 발생시키는 전기화학적 가공 방법에 사용되기 위한 전기화학적 장치가 개시되어 있다. 전기화학적 장치는 적어도 두 개의 전극을 포함하며, 이들 전극은 각각 절연 코팅으로 부분적으로 피복된 외측 표면을 갖는 전도성 실린더를 구비한다. 절연 코팅은 가공물내의 예비천공된 구멍의 내측 표면상에 형성될 융기된 영역을 규정하는 패턴으로 있으며, 상기 전극 중 적어도 하나는 변화된 패턴의 절연 코팅을 갖는다.

Description

전기화학적 가공 방법 및 그에 사용되는 전기화학적 장치{METHOD AND TOOL FOR ELECTROCHEMICAL MACHINING}
성형관 전기화학적 가공(shaped-tube electrochemical machining: STEM)으로 알려진 특정한 전기화학적 가공의 채택은 전도성 재료에 작고 깊은 구멍을 뚫는데 사용된다. STEM은 300:1의 종횡비를 갖는 구멍을 생성할 수 있는 비접촉 전기화학적 천공 방법이다. 이것은 고효율 가스 터빈의 블레이드를 냉각하는데 사용되는 작고 깊은 구멍을 형성할 수 있는 유일한 공지 방법이다.
가스 터빈 엔진의 효율은 엔진의 연소기로부터 전달되어 터빈 블레이드를 지나 흐르는 터빈 가스의 온도에 정비례한다. 예를 들면, 비교적 대형 블레이드를 가스 터빈 엔진에 있어서, 터빈 가스 온도는 2,700℉에 도달하는 것이 통상적이다. 이러한 고온에 견디기 위해, 이들 대형 블레이드는 진보된 소재로 제조되며, 통상적으로 최신 유형의 냉각 형상부를 포함한다.
터빈 블레이드는 통상적으로 압축기 방출 공기와 같은 냉매를 사용하여 냉각된다. 블레이드는 통상적으로 공기가 통과하는 냉각 구멍을 포함한다. 추가적인 디자인 진보는 구멍을 통과하는 기류에 난류를 발생시켜 냉각 효율을 증가시키는 내부 릿지(ridge)를 냉각 구멍내에 부가하는 것이었다. 따라서, 난류 촉진 리브 또는 난류발생부와 같은 구멍내의 냉각 형상부는 터빈의 효율을 증가시킨다.
냉각 구멍은 일반적으로 300:1 정도의 종횡비 즉 깊이 대 직경의 비를 가지며, 직경은 수 밀리미터 정도로 작다. 난류 발생부는 구멍의 측벽으로부터 공기 통로내로 예를 들면 약 0.2mm 만큼 연장한다.
터빈 블레이드내에 냉각 구멍을 천공하는데 현재 사용되는 방법은 성형관 전기화학적 가공(STEM) 방법이다. 이 방법에 있어서, 전도성 가공물이 이동 매니폴드에 대해 고정된 위치에 위치된다. 매니폴드는 다수의 천공관(drilling tube)을 지지하는데, 이들 천공관은 각각 가공물 내에 개구를 형성하는데 사용된다. 천공관은 전기화학적 가공에서 음극(cathode)으로 기능하며, 가공물은 양극(anode)으로 작용한다. 천공관으로부터의 전해질 용액이 가공물위로 넘쳐흐를 때, 천공관의 선단 에지 부근에서 가공물의 재료가 제거되어 구멍을 형성한다.
직선 벽 구멍을 천공하는 표준 성형관 전기화학적 가공(STEM)의 변형에 의해 냉각 구멍내에 난류발생 릿지가 형성된다. 하나의 일반적 방법은 주기적 드웰링(cyclic dwelling)으로 지칭된다. 이 기술에 의하면, 천공관이 먼저 전방으로 이송되고, 전진은 주기적 방식으로 느리게 되거나 또는 정지된다. 이송 속도가감소되거나 또는 정지될 때 발생하는 공구의 드웰링은 구멍 직경의 국부적 확장부 또는 벌브를 생성한다. 주기적 전압 변경을 요구하는 주기적 드웰링은 축방향으로 이격된 벌브 사이에 릿지가 형성되도록 한다. 이들 릿지는 난류 발생부이다.
주기적 드웰링 방법은 직선 벽 구멍을 천공하는 성형관 전기화학적 가공(STEM)에 비해 공정 효율이 매우 낮은데, 이는 주기적 공구 드웰링에 의해 각각의 벌브를 개별적으로 천공하는데 요구되는 시간이 길기 때문이다. 하나의 벌브를 형성하는데 요구되는 드웰 시간은 전체 직선 벽 구멍을 천공하는데 요구되는 시간보다 클 수 있다.
미국 특허 제 5,306,401 호는 구멍내의 각 난류 발생부를 위해 복잡한 공구 리세팅(resetting) 사이클을 사용하는 터빈내 냉각 구멍 천공 방법을 개시한다. 이 방법도 역시 공정 효율이 낮으며, 주기적 드웰링 방법보다 난류 발생부 릿지를 천공하는데 요구되는 작업 시간이 길게 되는데, 이는 전극 공부를 리세팅하는데 요구되는 시간 때문이다.
또한, 주기적 드웰링 방법 및 미국 특허 제 5,306,401 호에 개시된 방법은 모두, 가공 램(ram) 정확도, 전해질 유동 및 전원의 일관성에 대한 제어를 위해 표준 STEM 장치와 함께 사용될 부가적 장비를 요구하는데, 이들은 구멍의 품질에 엄격하기 때문이다. 난류 발생 구멍의 치수 제어 실패는 종종 불량품을 초래하여, 가공 공정에 대한 제조 비용을 상당히 증가시킨다.
따라서, 당해 기술분야에 있어서, 비교적 짧은 가공 사이클 시간을 갖는 신규하고 개선된 난류 발생부 제조 방법이 요구된다. 또한, 나선형 또는 헬리컬 릿지와 같은 보다 복잡한 형상부를 제조하는 개선된 방법이 요구된다. 또한, 비교적 간단하고 용이하게 구현되는 제조 기술을 사용하는 방법이 요구된다. 특히, 전극의 복잡한 측방향 또는 수직방향 변위를 요구하지 않는 방법이 요구된다.
발명의 요약
상이한 레벨의 금속 제거를 동시에 발생시키는 전기화학적 가공 방법에 사용하기 위한 전기화학적 장치가 개시되어 있다. 전기화학적 장치는 적어도 두 개의 전극을 포함하는데, 이들 전극은 각각 절연 코팅으로 부분적으로 피복된 외측 표면을 갖는 전기전도성 실린더를 구비한다. 절연 코팅은 가공물의 예비천공된 구멍의 내부 표면상에 형성될 융기 영역을 규정하는 패턴으로 있는데, 전극의 적어도 하나는 변화된 패턴의 절연 코팅을 갖는다.
본 발명은 전기화학적 가공(electrochemical machining)에 사용되는 공구 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 전기화학적 가공을 통하여 예비천공된 구멍의 형상을 형성하는 공구 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 성형관 전기화학적 가공(STEM) 전극의 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예의 원리에 따라, 예비천공된 직선 벽 구멍내에 가공될 융기된 영역 또는 릿지를 규정하는 패턴으로 절연성 유전체 재료로 피복된 전극의 개략도,
도 3은 본 발명의 전극에 의해 융기 영역이 형성된 후의 도 2에 도시된 구멍의 개략도,
도 4는 중실형이며 구멍내에 위치되며 구멍내에 전극을 위치시키는 위치 설정부(locator)를 포함하는 본 발명의 전극의 개략도,
도 5는 위치 탐사기의 단면도,
도 6은 중공형이며, 차단된 구멍내에 위치되는 본 발명의 전극의 개략도,
도 7은 본 발명에 따른 전극의 다른 실시예의 개략도.
도면을 참조하면 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있다. 도 1은 종래의 전기화학적 가공(STEM) 전극(10) 및 전도성 가공물(20)에 내부 벽(9)을 갖는 구멍을 전기화학적으로 가공하는 전극(10)의 작동을 나타내는 개략도이다. 종래의 전극(10)은 전도성 가공물(20)에 근접한 단부를 제외하고는 외측 표면이 절연성 유전체 재료(12)로 피복된 중공형 금속관(11)으로, 노출된 금속의 밴드(14)가 배치되어 있다. 천공 작업 중에, 전극(10)과 가공물(20) 사이에 전위가 인가되는 동안 전극(10)의 몸체와 구멍(8)을 통해 전해질 용액이 연속적으로 순환된다. 용액은 전극의 노출된 금속의 밴드(14)로 이루어진 단부의 반대측 단부에 있는 입구(16)로 펌핑되어, 전극(10)의 몸체 및 노출된 금속의 밴드(14)에 의해 둘러싸인 단부 구멍(18)을 지나고, 구멍(8)을 통과하여 구멍(8)의 상단부로 빠져나와 웅덩이(sump)(도시 안됨)내로 수집된다. 전해질 용액의 순환 방향은 화살표(13, 15)로 표시되어 있다.
노출된 금속 전극(10)의 밴드(14)와 노출된 금속의 밴드(14)에 바로 인접한 구멍의 벽(9)의 일부분 사이로 전류가 흘러, 벽(9)의 영역으로부터 금속이 제거된다. 유전체 재료(12)에 의한 전기 절연은 전극(10)의 외측 표면상의 코팅된 영역(17)내에 전류가 흐르는 것을 차단하여 코팅된 영역에 대향하는 벽(9)의 영역에 금속 제거가 발생하지 않는다. 전해질 용액이 제거된 금속을 용해하여 용융된 금속을 구멍(8) 밖으로 운반하기 때문에, 전류는 주로 벽(9)을 향하는 측방향으로 설정된다. 재료 용해에 기인하여 벽(9)과 전극(10)의 노출된 금속의 밴드(14) 사이의 거리가 증가함에 따라 전류 밀도가 감소하여, 천공될 깊이를 제한한다. 또한, 총 가공 시간, 펄스 진폭, 펄스 온-시간 및 펄스 오프-시간과 같은 작동 조건은 가공된 영역을 지나는 총 전하를 결정하는데, 이러한 작동 조건은 그 뒤 금속 제거량을 결정한다. 공지된 바와 같이, 이들 파라미터는 전해질의 성질 및 농도와 작동 전압과 함께 구멍(8)의 직경을 결정한다.
구멍(8)내에 리브 또는 릿지와 같은 융기된 영역을 형성하는 종래의 방법은 융기된 영역의 소망 위치에 인접한 구멍(8)의 영역으로부터 금속을 제거하여 변형된 성형관 전기화학적 가공(STEM) 공정에 의해 벌브(32)를 형성하는 것이다. 종래의 주기적 드웰링 방법은 주기적으로 변하는 이송 속도를 사용하여 구멍의 직선부(30)보다 큰 직경을 갖는 벌브(32)를 형성한다. 도 1은 주기적 드웰링 방법을 개략적으로 도시한다. 이송 속도는 구멍의 직선부(30)를 천공할 때 비교적 빠르며, 벌브(32)를 천공할 때 비교적 느리다. 마찬가지로, 전압의 주기적 변동은 벌브의 형성을 야기하거나 또는 벌브 형성 공정을 향상시킬 수 있다. 그러나, 전압의 주기적 변동은 정교한 파워 출력을 요구한다.
본 발명의 전극 및 방법에 의하면 편리하고 비용면에서 효율적으로 큰 종횡비를 갖는 구멍내에 형상부를 가공할 수 있다. 생성될 수 있는 형상부의 예로는 터빈 에어포일의 냉각 구멍내의 난류 발생부, 총열내의 선조(旋條: rifling) 및 에어 베어링 샤프트내의 그루브를 들 수 있다.
본 발명의 개선된 전극 및 가공 방법에 의하면, 공정 시간을 상당히 감소시키면서 어떤 형상이든 소망하는 만큼 많은 벌브를 가공할 수 있다. 또한, 이송 속도 또는 전압과 같은 공정 파라미터의 변동이 요구되지 않으므로, 고비용의 장비에 대한 정교한 제어가 요구되지 않는다.
도 2는 직선 벽(102)을 가지며 전도성 가공물(110)의 예비 천공된 구멍(101)내의 본 발명의 일 실시예에 따른 전극(100)을 도시한다. 도 3은 벌브(120)와 그 사이의 융기된 영역 즉 릿지(122)가 생성된 후의 동일한 구멍(101)내의 전극(100)을 도시한다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 전극(100)은 외측 표면상에 노출된 금속 또는 전도성 재료의 중간 영역(104)을 갖는 패턴으로 전기 절연성 코팅(103)으로 피복된 중공의 원통형 전기 전도성 실린더(105)를 포함한다. 절연 코팅(103)이 패턴은 예비천공된 구멍(101)내에 가공될 융기된 영역 또는 릿지를 규정한다. 이 실시예에 있어서, 패턴은 일련의 링(106)이다. (+) 및 (-) 표시는 전극(100)의 몸체 및 가공물(110)에 인가되는 펄스형 전압을 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전극(100)의 표면상의 노출된 전도성 재료(104)의 영역은 구멍(101)의 벽으로부터 금속을 제거함으로써 벌브(120)가 형성되는 영역을 규정한다. 융기된 영역 또는 릿지(122)는 전극(100)의 표면의 절연된 부분(106)의 부근의 제거가 발생하지 않는 구멍(101)의 벽(102)내에 생성된다.
도 2 및 도 3은 전극(100)이 전도성 재료로 이루어진 몸체를 갖는 실린더(105)로 구성된 본 발명의 실시예를 도시한다. 실린더(105)의 직경은 예비천공된 구멍에 끼워맞춤되기에 필요한 만큼 작거나 또는 클 수 있다. 그러나, 피복된 표면에 걸쳐 측정된 실린더(105)의 외경은 통상적으로 약 1mm 내지 약 8mm 범위이다. 코팅(103)의 두께는 통상적으로 약 0.15 내지 약 0.2mm 두께 범위이다.
실린더(105)는 구멍(101)의 외측으로 연장하는 전극(100)의 단부에 있는 입구(112)를 통해 구멍(101)내로 또한 전극(100)의 타단부에 있는 단부 구멍(114) 밖으로 전해질 용액을 펌핑하도록 한다. 전극(100)은 또한 전극(100)의 노출된 표면을 따라 전해질 출구(116)를 가질 수도 있다. 단부 구멍(114)에 부가한 출구(116)는 비교적 큰 영역이 가공되는 경우 바람직할 수 있다. 출구(116)의 크기는 가공 영역에 공급되는 전해질의 첨가 양을 결정하며, 그 뒤 금속 제거 균일성 및 벌브의 표면 품질을 결정한다.
본 발명의 전극을 갖는 성형관 전기화학적 가공(STEM) 장치의 작동은 종래의 전극을 갖는 장치의 것과 유사하다. 전극(100)을 STEM 전원(도시안됨)의 음극 단자에 연결하고 가공물(110)을 양극 단자에 연결함으로써 전류가 제공된다. 전극(100)는 사전 천공 단계에서 얻어진 매끄러운 벽의 구멍(101)내에 위치된다. 앞선 천공 단계에서 사용된 것과 동일한 전해질일 수 있는 전해질 용액이 가압에 의해 구멍(101)의 단부내로 펌핑된다. 전극(100)이 중공형이고 전해질용 출구(116)를 갖는 경우, 용액은 전극(100)의 입구(112)내로 펌핑된다. 이 실시예에 있어서, 전해질은 입구(112)내로 흘러 들어가 전극(100)의 측면 표면을 따른 출구(116) 및 단구 구멍(114)을 통해 외측으로 흘러 나온다. 전극(100)의 코팅의 패턴에 의해 규정된 바와 같은 모든 융기된 영역 또는 릿지는 동시에 구멍(101)내에 형성될 수 있다.
본 발명의 전극(100)의 몸체는 전도성 재료, 바람직하게는 티타늄으로 이루어지는데, 이는 전해질 작용에 대한 티타늄의 저항 때문이다. 전극 몸체의 외측 표면은 표면의 일부 영역을 몸체의 전도성 재료가 노출되는 상태로 남기는 패턴으로 전기 절연성 코팅(103)에 의해 피복된다. 코팅(103)은 유전체 재료로 제조되며, 이 유전체 재료는 매끄러워우며, 두께가 균일하며, 몸체의 표면에 긴밀하게 고착되며 핀홀 또는 이물질이 없는 것이 바람직하다. 본 발명의 전극(100)에 적합한 예시적인 유전체 재료로는 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로-에틸렌, 세라믹 및 고무를 들 수 있다.
본 발명의 전극 몸체상의 코팅(103)의 패턴은 예비천공된 구멍(101)내에 형성될 융기된 영역 또는 릿지(122)를 규정한다. 바람직한 패턴은 전극(100)의 외측 표면상에 원주방향으로 배치된 적어도 하나의 링(106) 또는 밴드이다. 보다 바람직한 패턴은 전극(100)의 외측 표면상에 원주방향으로 배치된 일련의 링 또는 밴드(106)이다. 그러나, 본 발명은 바람직한 임의의 패턴 형상을 적용하는 것도 고려한다. 적용될 수 있는 다른 형상의 예로는, 전극(100)의 외측 표면을 따라 종방향으로 배치된 라인, 링 또는 밴드를 들 수 있다. 적용될 수 있는 다른 형상은 단차 또는 계단, 및 하나 이상의 와선 또는 나선이다. 패턴의 기하학적 성분은 전극(100)의 종방향 축(107)에 대해 직교하거나 또는 비스듬히 배치될 수도 있다.
도 4는 중실형이고 일 단부에 위치 설정부(144)를 포함할 수 있는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 위치 설정부(144)의 기능은 전극(140)이 구멍(101)의 벽과 동축을 이루도록 전극(140)을 구멍(140)내에 적절히 위치시키는 것이다. 위치 설정부(144)는 전극(140)의 외측 표면상의 다른 영역내의 절연 코팅(141)과 동일한 재료로 이루어지며 코팅(141)의 두께만을 변화시킨다. 위치 설정부(144)에서 측정된 전극의 외경은 구멍(101)의 내경보다 작다. 이 외경은 전극(140)이 용이하게 구멍(101)내에 삽입될 수 있도록 충분히 작아야 하지만, 전극(140)이 구멍(101)내에 꼭 맞게 결합될 수 있도록 충분히 커야 한다. 위치 설정부(144)는 전극(140)의 다른 부분상의 코팅(141)에 비해 큰 두께의 코팅을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 코팅(141)의 두께는 통상적으로 약 50 내지 75 미크론 범위이며, 위치 설정부(144)는 통상적으로 약 100 내지 약 150 미크론 범위의 두께를 포함한다.
도 5는 비원형 구멍(151)내의 위치 설정부(150)의 단면을 도시한다. 위치 설정부(150)는 표면상의 적어도 3점이 구멍(151)의 벽(154)과 접촉해야 하며, 전해질이 구멍(151)을 통해 자유롭게 유동하도록 해야 한다. 예시적인 위치 설정부(150)는 구멍(151)의 벽과 접촉하는 4개의 아암(152)을 갖는다. 전해질은 아암(152) 사이의 공간을 통해 유동한다. 아암(152) 사이에 금속이 노출되지 않는다.
위치 설정부는 구멍(101)내에 삽입된 전극(100)의 단부 부근에 배치되는 것이 바람직하다. 구멍(101)의 단면이 비원형인 경우, 구멍(101)내에서 전극(100)의 중심맞춤을 돕기 위해 부가적 위치 설정부(145)를 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 부가적 위치 설정부(145)에 대한 양호한 위치는 도 6에 도시된 바와 같은 전극(100)의 중간 부분이다.
본 발명의 전극 및 방법은 블라인드(즉, 비관통) 구멍 또는 관통 구멍을 갖는 가공물과 함께 사용될 수 있다. 전술된 바와 같이, 금속 제거 균일성 및 표면을 보장하는데 균일한 전해질 유동이 중요하다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 블라인드 구멍을 통한 전해질의 유동이 제공된다. 이것은 도 3에 도시되어 있다. 전해질 용액은 중공형 전극(100)의 내부를 지나 구멍(101)내로 또한 구멍(101)의 상단부에 있는 개구 밖으로 유동하여 적합한 웅덩이(도시안됨)내로 수집되는 것이 바람직하다.
관통 구멍 즉 하나 이상의 개구를 갖는 구멍에 대해서, 구멍(101)내의 균일한 전해질 유동을 보장하게 위해 일부 측정이 시행되는 것이 바람직하다. 관통 구멍은 일반적으로 가스 터빈 블레이드에 사용된다. 예를 들면, 성형관 전기화학적 가공(STEM)을 사용하여 이러한 블레이드내에 종종 형성되는 냉각 구멍은 냉매의 유동을 위한 입구 및 출구를 갖는다.
관통 구멍내의 균일한 전해질 유동을 보장하는 하나의 방법은 구멍의 일단부를 차단하는 것이다. 도 6은 이러한 방법을 도시하는데, 관통 구멍이 적합한 재료 예를 들면 고무로 제조된 플러그(162)로 차단되어 있다. 이 방법을 사용하면, 전해질 용액은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 중공형 전극(100)을 통해 유동할 수 있다. 용액용 출구는 측면을 따라 위치되거나 또는 전극(100)의 하단부에 위치될 수 있다. 전극이 중실형이고 예비천공된 구멍이 관통 구멍인 경우, 전해질 용액은구멍의 일단부내로 또한 다른 단부 밖으로 펌핑될 수 있다.
도 4는 전극이 중실형인 경우 관통 구멍내에 균일한 전해질 유동을 보장하는 제 2 방법을 도시한다. 전극(140)은 몸체의 전도성 재료가 노출되는 영역을 남겨 두는 소정 패턴으로 적합한 유전체 재료(141)에 의해 피복된 중실형 몸체와 위치 설정부(144)로 구성된다. 이 방법을 사용하면, 전해질이 예를 들면 구멍(101)의 하단부로부터 전극 주위로 또한 구멍(101)의 상단부 밖으로 펌핑된다.
예
서로 클램핑된 두 조각의 스테인레스로 구성된 가공물내에 직선 벽 구멍이 천공되었다. 구멍은 표준 STEM 장치와 도 1에 도시된 것과 유사한 종래의 전극을 사용하여 두 조각이 접합된 계면에 천공되었다. 직선 벽이 완성된 후, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같은 본 발명에 따른 전극이 STEM 장치에 연결되었으며 예비천공된 구멍내에 설치되었다. 일 세트의 벌브가 구멍내에 전기화학적으로 동시에 가공되어, 벌브 사이에 융기된 영역 또는 릿지를 남겨두었다. 전극상의 소정 패턴의 절연 재료의 링의 간격은 구멍내의 릿지의 간격과 상호 관련되고 링의 폭은 릿지의 폭과 상호 관련된다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명의 방법은 전기화학적 가공 공정에 의해 동일한 터빈 블레이드내에 상이한 냉각 구멍의 내측 벽내에 상이한 유형의 난류 발생부를 동시에 발생시키는데 사용될 수 있다. 본 발명의 이 실시예는 각각의 천공 패스(pass)에 대해 단일 유형의 난류 발생부를 생성하는데 사용되는 종래 기술의 특징과 같은 시간 소모적이며 복잡한 공구 운동을 제거하도록 특별하게 설계된 공구를 사용한다. 이 방법은 가공 사이클 시간을 크게 단축하며, 난류 발생부의 기하학적 일관성을 향상시키며, 내부 시설 비용을 절감한다.
전술된 바와 같이, 릿지를 생성하기 위해 전극을 따라 절연된 링 코팅을 갖는 특정한 공구 전극이 설명되어 있다. 이 전극은, 사용시, STEM 전원의 음극 단자에 연결되며 이전의 천공 단계에서 얻어진 매끄러운 벽의 구멍 내측에 설치된다. 전해질이 전극과 구멍의 벽 사이로 흘려진다. DC 전압이 전극과 가공물 사이에 인가될 때, 전극의 코팅되지 않은 부분은 코팅되지 않은 부분에 바로 면하는 가공물 위치에서 전기화학적 용해를 야기하며 전극의 코팅된 부분은 그 부근의 위치에서 최소의 가공물 용해를 야기한다. 따라서, "벌브"가 전극의 코팅되지 않은 부분에 바로 면하는 가공물 위치내에 생성되며, 전극의 코팅된 부분에 바로 면하는 가공물 위치내에 릿지가 형성된다. 이 방법은 단순히 상이한 전극이나 동일한 전극의 상이한 섹션에 상이한 절연 코팅 패턴(예컨대, 절연 코팅 링 간격 및 링 폭)을 부가함으로써 동일한 구멍의 상이한 섹션내이건 또는 상이한 구멍내이건 관계없이 상이한 위치에 상이한 난류 발생부 패턴을 형성할 수 있도록 한다.
난류 발생부 형성 구멍 및 난류 발생부 없는 구멍을 동시에 형성하기 위해, 단순히 난류 발생이 필요 없는 구멍을 차단하면서 난류 발생부가 형성될 필요가 있는 구멍내에 난류 발생 전극을 삽입한다. 난류 발생 전극을 가지며 전해질이 그것을 통해 흘려지는 구멍내에서만 난류 발생부가 발생한다. 차단된 매끄러운 구멍은 난류 발생부 없이 남아있게 될 것이다. 구멍을 차단하는 것이 중요한데, 이는 이들 구멍을 통한 전해질의 누출이 난류 발생부 형성 영역내에서의 전해질 부족을 초래할 수 있기 때문이다.
동일한 블레이드의 상이한 구멍내에 상이한 난류 발생부 패턴(상이한 피치 및 리브 크기)을 형성하기 위해, 예비천공된 구멍 크기에 따른 상이한 전극 직경뿐만 아니라 상이한 절연 피치 및 코팅 링 폭을 갖는 상이한 난류 발생 전극이 삽입된다. 각각의 구멍이 통상적으로 동일한 전압 및 가공 시간을 받기 때문에, 구멍의 벽내의 금속 제거 깊이 즉 난류 발생 리브의 높이는 상이한 난류 발생부 패턴에 대해 사전 결정될 필요가 있다. 요구되는 상이한 리브 높이를 얻기 위해, 상이한 리브 높이 요구조건에 대해 상이한 전극 직경을 선택할 필요가 있다. 일반적으로, 보다 큰 리브 높이가 요구되는 경우, 전극과 구멍의 벽 사이의 간극이 보다 좁아져서 보다 많은 금속이 제거되도록 보다 두꺼운 전극이 요구된다. 이러한 실시의 배경 이론은 전기분해의 패러데이 법칙 및 오옴의 법칙이다.
동일한 구멍내에 상이한 난류 발생부 패턴(상이한 피치 및 리브 크기)을 동시에 형성하기 위해, 그 길이를 따라 그 위에 제공된 절연 코팅의 상이한 패턴을 갖는 전극을 사용한다.
절연 링의 간격이 구멍내의 난류 발생 리지의 간격과 크게 관련되고 코팅 링 폭이 난류 발생 릿지 폭과 크게 관련되기 때문에 상기 난류 발생 방법이 수행된다. 총 가공 시간, 펄스 진폭, 펄스 온-시간, 및 펄스 오프-시간과 같은 파워 설정은 총체적으로 가공 영역을 지나는 총 전하를 결정할 것이며, 그 뒤 금속 제거량 및 난류 발생부 릿지의 높이를 결정할 것이다. 동일한 파워 설정하에서, 코팅되지 않은 전극의 외경과 구멍 벽 사이의 간극은 설정된 시간동안 벽으로부터 제거될 수있는 금속의 양을 결정한다. 간극이 보다 작을수록, 제거 속도는 빠르다. 이 원리는 상이한 난류 발생 구멍 중에서 요구되는 리브 높이 차를 얻기 위해 전극 직경을 선택하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 특정한 특징만이 도시되고 기술되었지만, 당업자에 의해 많은 변형 및 변경이 행해질 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상내에 있는 모든 변형 및 변경을 커버하도록 의도됨을 이해하여야 한다.

Claims (22)

  1. 적어도 두 개의 구멍내에 상이한 레벨 또는 패턴의 금속 제거를 동시에 발생시키는 전기화학적 가공 공정에 사용되는 전기화학적 장치에 있어서,
    가공물내의 각각의 예비천공된 구멍의 내측 표면상에 형성될 융기된 영역을 규정하는 패턴으로 절연 코팅에 의해 부분적으로 피복된 외측 표면을 갖는 전도성 실린더를 각각 구비하는 적어도 두 개의 전극을 포함하며, 상기 전극 중 적어도 하나는 변화된 패턴의 절연 코팅을 갖는
    전기화학적 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더는 중실형인
    전기화학적 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더는 중공형인
    전기화학적 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 실린더에 대한 전해질 용액용 입구와 상기 실린더로부터의 상기 용액용 적어도 하나의 출구를 더 포함하는
    전기화학적 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 입구는 상기 실린더의 일 단부에 위치되며 상기 출구는 상기 실린더의 다른 단부에 위치되는
    전기화학적 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 입구는 상기 실린더의 일 단부에 위치되며, 상기 출구는 상기 실린더의 측면 표면을 따라 위치되는
    전기화학적 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은 상기 실린더의 외측 표면상에 원주방향으로 배치된 적어도 하나의 링으로 이루어진
    전기화학적 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극을 상기 구멍내에 위치시키는 상기 실린더상의 적어도 하나의 위치 설정부를 더 포함하는
    전기화학적 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 위치 설정부는 상기 실린더의 전방 단부에 배치되며 상기 패턴내의 절연 재료보다 두꺼운 절연 재료의 코팅으로 이루어진
    전기화학적 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제 2 위치 설정부가 상기 실린더의 중간 부분에 배치되는
    전기화학적 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은 상기 실린더의 외측 표면상에 원주방향으로 배치된 다수의 이격된 링을 포함하는
    전기화학적 장치.
  12. 가공물내의 적어도 두 개의 예비천공된 구멍의 벽내에 융기된 영역을 형성하는 전기화학적 가공 방법에 있어서,
    각각의 구멍내에 상기 구멍의 벽내에 형성될 융기된 영역을 규정하는 패턴으로 절연 재료에 의해 피복된 전극을 위치시키는 단계로서, 상기 전극의 적어도 하나는 변화된 패턴의 절연 코팅을 갖는, 단계와,
    각각의 구멍내에 상이한 레벨의 금속 제거를 동시에 발생시키도록 상기 구멍을 통해 전해질 용액을 순환시키면서 상기 구멍내에 위치된 전극과 상기 가공물 사이에 전류를 흐르게 함으로써 각각의 구멍의 벽내에 적어도 하나의 벌브를 가공하는 단계를 포함하는
    전기화학적 가공 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극으로 상기 구멍의 표면내에 다수의 융기된 영역을 동시에 형성하는 단계를 더 포함하는
    전기화학적 가공 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 구멍내에 고정적으로 위치되며, 상기 다수의 융기된 영역은 상기 전극에 의해 동시에 형성되는
    전기화학적 가공 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 구멍은 비원형 단면을 가지며 상기 구멍의 중심에 상기 전극을 위치시키는 단계를 더 포함하는
    전기화학적 가공 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극에 결합된 위치 설정부(locator)에 의해 상기 구멍의 중심에 상기전극을 위치시키는 단계를 더 포함하는
    전기화학적 가공 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 전해질 용액은 상기 전극을 통해 상기 구멍 내로 유동하는
    전기화학적 가공 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 전해질 용액은 상기 전극 주위로 상기 구멍을 통해 유동하는
    전기화학적 가공 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 가공물은 터빈 블레이드를 포함하며, 상기 융기된 영역은 난류 발생부 릿지를 포함하는
    전기화학적 가공 방법.
  20. 제 19 항에 따라 제조된 터빈 블레이드.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은 나선형 패턴인
    전기화학적 장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은 구형 패턴인
    전기화학적 장치.
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