KR20080028754A

KR20080028754A - 방전 가공용 전극선 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20080028754A
Application number: KR1020070066691A
Authority: KR
Inventors: 윤의한; 권혁진; 곽범수; 최창암
Original assignee: 대창공업 주식회사; 주식회사 흥일금속
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2008-04-01
Also published as: KR20080028743A

Abstract

본 발명은 방전 가공용 전극선 및 이를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선은 아연(Zn)의 함량을 증가시켜서 경도를 높이는 한편, 붕소(B) 등 다른 원소를 첨가하여 신선가공성을 향상시킴으로써 가공속도 및 자동결선성이 향상되며, 전극선 소모량 및 동분 발생량이 줄어드는 등 방전 가공에 있어서 탁월한 효과를 제공한다. 또한, 본 발명은 이와 같은 효과를 가지는 방전 가공용 전극선의 제조방법을 제공한다.

방전가공, 전극선, 구리, 아연, 표면경도, 신선가공성

Description

방전 가공용 전극선 및 그 제조방법{Brass Wire for Electrical Discharge Machining and Manufacturing method thereof}

본 발명은 방전 가공용 전극선 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기 방전에 의해 피가공물의 소정 부위를 용융하여 가공하는 방전가공에 사용되는 전극선 및 이를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

방전가공은 강한 장력을 준 방전가공용 전극선과 피가공물 사이에 방전(妨電)을 일으켜 피가공물을 가공하는 방법이다. 방전가공은 스파크 가공(spark machining)이라고도 하는데, 전극선에 전류를 흐르게 하여 스파크를 일으키고, 스파크에 따라 발생되는 열을 이용하여 재료를 가공한다. 스파크로 일어난 열에너지는 가공하고자 하는 재료를 녹이거나 기화시켜 제거함으로써 피가공물을 원하는 모양으로 만들 수 있다. 이때, 방전은 아주 작게 또 아주 빠르게 일어나도록 제어되므로, 시편의 가공부분은 아주 작은 입자가 되어 녹거나 기화되어 제거되기 때문에 매우 정밀한 가공을 할 수 있게 된다.

상기와 같은 방전가공을 위한 전극선은 다음과 같은 특징을 가져야 한다. 즉, 방전가공용 전극선은 방전가공 중 약 3,000℃의 고온으로 가열되므로, 전극선 의 소재 자체에 큰 열이 가해질 뿐 아니라, 안정된 방전을 유지하여 가공정도(精度) 및 가공속도를 증가시키기 위해 장력도 가해지므로, 고온 방전가공 시에 높은 인장강도를 가져야 한다.

고온 방전가공 시의 인장강도가 충분하지 않은 경우, 방전가공 중에 전극선이 단선(斷線) 될 수가 있다. 상기 전극선 단선의 문제는 방전가공 개발 초기부터 계속 문제가 되어 왔다. 일반적으로, 전극선 단선은 방전가공 중 전극선에 집중방전, 높은 하중 또는 높은 온도에서 전극선의 강도가 감소하기 때문에 발생한다.

전극선의 단선은 가공속도를 감소시킬 뿐만 아니라, 단선 후 피가공물의 재정비가 필요하고, 전극선을 교체해야 하며, 때때로 피가공물의 표면에 영구적 손상을 남기게 되어, 방전가공 시에 치명적인 손해를 가져오게 된다. 따라서, 방전가공용 전극선은 높은 인장강도를 가지며, 방전가공 중 단선율이 낮아야 한다.

한편, 방전가공용 전극선은 높은 표면 경도를 가져야 한다. 방전가공용 전극선의 경도가 낮은 경우, 가공 속도를 빠르게 할 수 없을 뿐만 아니라, 가공되는 재료의 표면이 거칠어져 표면 조도가 떨어지는 문제점이 발생하기 때문이다.

현재까지 제안된 방전가공용 전극선으로는, 순동선, 황동(Cu 65%와 Zn 35%를 함유하는 합금)선, 아연도금 황동선, 텅스텐선, 몰리브덴선 등이 있다.

상기 제안된 방전가공용 전극선 중에서, 순동선은 연신율이 우수하여 세선(細線)가공이 용이하고 전기 전도성이 좋은 장점이 있으나, 인장강도가 낮아 방전가공 시에 큰 인장력을 가할 수 없기 때문에, 전극선의 진동을 억제할 수 없으며, 가공정도가 나쁘고 또 사용 중에 쉽게 단선되어 방전가공 작업의 효율이 저하되는 문제점이 있다.

한편, 텅스텐선과 몰리브덴선은 고온강도가 높지만 신선가공성(伸線加工性)이 좋지 않으며 소모품으로서 사용되는 전극선으로서는 너무 고가인 문제점이 있다.

그러나, 황동선은 순 동선에 비해서 약 2배 이상의 인장강도가 있고, 그 합금 성분인 아연(Zn)의 존재에 의해 방전안정성, 기화폭발력 등이 향상되어 순동선보다 가공속도를 빠르게 할 수 있다는 장점이 있기 때문에, 현재 방전가공용 전극선으로는 황동선이 널리 사용되고 있다.

한편, 황동선은 실온에서의 인장강도가 동선의 2 배에 달하지만, 3,000℃ 전후의 고온강도는 동선보다 약간 높은 정도로써 가공정도를 올리면 역시 단선되는 경향이 있다. 또한, 아연 도금 황동선도 표면 아연층의 존재에 의해 방전안정성은 증가되지만, 고온에서의 강도가 황동선의 강도와 거의 동일하므로 역시 가공속도를 올리면 단선되는 경향이 있으며, 아연도금에 따른 제조 가격 상승 및 생산시에 손실(loss)이 자주 발생하는 문제점이 있다.

종래의 방전가공용 황동 전극선에 있어서는, α상 조직의 황동을 사용함으로써, 강도가 그다지 높지 않고 방전가공속도가 낮았다. 그러나 최근에는 높은 강도, 가공정밀도, 가공속도, 자동결선성 등에 있어서 더욱 향상된 특성이 요구됨에 따라, α상 조직의 황동선으로는 그 요구조건을 충족시킬 수 없게 되었다.

따라서, 아연의 함량을 높임으로써 α+β상 및 β상 조직의 황동선이 제안되고 있으나, α+β상 및 β상 조직의 황동은 선재로 가공하는 신선가공성이 취약하 고, 방전가공 시 단선율이 높아 방전가공 후 피가공물의 표면조도가 거칠어지는 구조적인 문제점이 있다.

본 발명은 방전가공을 위한 전극선에 있어서, 보다 향상된 특성을 가지는 전극선 및 이를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 방전 가공용 전극선은 아연의 함량을 증가시키는 동시에 붕소를 첨가함으로써 전극선의 경도와 신신 가공성을 향상시키고자 한 것이다.

본 발명에 따른 방전 가공용 전극선은, 신선 가공성이 좋을 뿐 아니라, 표면경도가 높은 효과가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전극선을 사용하는 경우, 가공속도 및 자동결선성이 향상되며, 전극선 소모량 및 동분 발생량이 줄어드는 등 방전 가공에 있어서 탁월한 효과를 얻을 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 38~50 중량%의 아연(Zn)과, 0.01~0.8 중량%의 붕소(B)와, 0.01~1.5 중량% 의 규소(Si) 를 함유하며, 나머지 중량% 는 구리(Cu) 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 전극선을 제공한다.

또한, 본 발명은 38~50 중량%의 아연(Zn)과, 0.01~0.4 중량%의 크롬(Cr)과, 0.01~0.8 중량%의 붕소(B) 를 함유하며, 나머지 중량% 는 구리(Cu) 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 38~50 중량%의 아연(Zn)과, 0.02~1.0 중량%의 알루미늄(Al) 과, 0.01~0.8 중량%의 붕소(B)와, 0.01~1.5 중량%의 규소(Si) 를 함유하며, 나머지 중량% 는 구리(Cu) 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 38~50 중량%의 아연(Zn)과, 0.01~0.8 중량%의 붕소(B)와, 0.01~1.5 중량 %의 규소(Si)와, 은(Ag), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 규소(Si), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 마그네슘(Mg), 망간(Mn) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 구성 물질을 포함하되, 선택된 구성물질 중량 %의 합이 0.01~2.0 중량%에 해당하고, 나머지 중량% 는 구리(Cu) 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 방전 가공에 사용되는 전극선을 제조하는 방법에 있어서, 상기 조성을 가지는 합금을 조성하여 주조 빌렛을 제조하는 단계와, 상기 주조 빌렛을 700℃~800℃에서 열간 압출한 후 수냉 열처리하는 단계와, 상기 수냉 열처리된 합금으로부터 그 수냉 열처리된 합금보다 작은 직경의 선재를 인발가공하는 단계와, 상기 인발가공된 선재를 400℃~800℃에서 0.5~3 시간 정도 재결정 열처리하는 단계와, 상기 재결정 열처리된 선재를 여러 차례 인발가공한 후 400℃~800℃에서 0.5~3시간 소둔 열처리 하는 단계 및 상기 소둔 열처리 된 선재를 세선(細線)으로 신선한 후 200℃~400℃에서 순간 저온 소둔 열처리 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1 은 황동선을 이용하여 방전 가공을 수행하는 경우, 황동선을 구성하는 아연의 당량에 따른 가공율 변화를 나타낸 것이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 황동선에 포함되는 아연의 당량이 높아질수록 가공율이 높아지는 것을 알 수 있으며, 특히 아연의 함유량이 40 중량% 이상인 경우, 가공율의 향상이 매우 높아진다는 것을 알 수 있다.

도 2 는 본 발명에 따른 구리-아연 합금에 대한 2 원계 평형 상태도를 나타낸 것이다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 아연의 함유량이 35 중량% 이하인 경우에, 황동선은 주로 α상으로 존재하므로, 인장강도 및 표면경도가 낮다.

그러나, 아연의 함유량이 35 중량% 이상인 경우, 황동선은 온도에 따라, α상 또는 α+β 상으로 존재한다. 한편, 아연의 함유량이 40 중량% 이상이 되면, 황동선은 온도에 따라 α+β 상 또는 β 상으로 존재하게 된다. 따라서, 아연의 함유량이 40 중량% 이상인 경우, 높은 인장강도 및 표면 경도를 가지게 됨을 알 수 있다.

그러나, 아연의 함유량이 35 중량% 이상인 경우, 아연 당량에 따라 인장강도나 표면 경도는 증가하지만, 신율이 급격히 저하되어, 선재로 가공하는 신선 가공성이 매우 취약해지고, 방전가공 시에 단선율이 높아지게 된다.

따라서, 본 발명에서는, 높은 중량% 의 아연을 포함하여, 고온에서의 높은 인장 강도 및 표면 경도를 가질 뿐 아니라, 신선가공 및 방전가공 중 단선율에 있어서도 우수한 특성을 가지는 황동 전극선을 제공한다. 상기와 같은 우수한 특성을 가지는 황동 전극선을 개발하기 위해, 전극선에서 아연의 중량% 를 높이고, 다른 원소를 합금하는 실험을 반복하여, 다음과 같은 결과를 얻게 되었다.

즉, 황동선에 함유되는 아연의 중량% 를 높이고, Cr, Al, Ag, B, Ni, Sn, Mg, Mn, Zr, Si 에서 선택된 하나 이상의 원소를 첨가함으로써, 우수한 성질을 가지는 황동 전극선을 생산할 수 있게 되었다. 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방전가공용 황동 전극선은 38~50중량%의 아연(Zn)과 0.01~0.8 중량%의 붕소(B)를 포함하며, 나머지 중량% 는 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 방전가공용 황동 전극선은 38~50 중량%의 아연(Zn)과, 0.01~0.8 중량%의 붕소(B)와, 0.01~1.5 중량 %의 규소(Si) 를 함유하며, 나머지 중량% 는 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

아연(Zn)의 함유량을 38~50중량%로 하여 황동 전극선을 생산하는데, 그 이유는 다음과 같다. 먼저, 아연(Zn)의 기화열에 의한 속도 및 가공성의 측면에서 38중량% 미만인 경우에는 가공속도가 크게 향상되지 않았다. 한편, 50중량%를 초과하면 강한 β상 조직 혹은 γ상 조직이 되므로, 전연성이 낮아 신선가공성이 좋지 않았다. 따라서, 본 발명에서는 아연(Zn)의 함유량을 38~50 중량% 로 하여 전극선을 제조한다.

또한, 붕소(B)를 0.01~0.8 중량% 첨가하였는데, 그 이유는 상기 중량% 의 붕소가 첨가된 경우, 아연(Zn)함유량(38~50중량%)이 높을수록 조직을 세밀하게 함으로써, β상 조직구조에서도 주조성/신선가공성을 향상시키며, 방전가공시 고온강도 유지로 단선을 방지하고, 안정화된 방전가공 성능을 향상시키는 효과를 얻을 수 있었기 때문이다.

0.01~1.5 중량% 의 규소(Si)를 첨가하였는데, 그 이유는 가공성과 방전 가공시 강도 유지 측면에서 0.01 중량% 미만이면 신선 가공성의 향상 효과가 적고, 방전가공시 강도 유지와 구리(Cu) 부착 방지 효과가 낮으며, 1.5% 중량을 초과하면, 신선 가공성이 좋지 못하며, 방전 가공시에 단선 확률을 낮추기 어렵기 때문이다.

또한, 다른 실시예로서, 방전가공용 황동전극선은 38~50 중량%의 아연(Zn)과, 0.01~0.4 중량%의 크롬(Cr)과, 0.01~0.8 중량%의 붕소(B)가 함유하며, 나머지 중량% 는 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

0.01~0.4 중량% 의 크롬(Cr)을 첨가 하였는데, 그 이유는 구리(Cu)부착물의 방지효과, 방전가공 시 고온강도 유지, 신선가공 시 가공 성능 향상을 가져왔고, 가공 후 선재의 표면이 매끄럽게 가공되고, 동분발생 억제 효과가 있었기 때문이다.

다른 실시예로서, 방전가공용 황동전극선은 38~50중량%의 아연(Zn)과, 0.01~0.8 중량%의 붕소(B)와, 0.02~1.0 중량%의 알루미늄(Al)과, 0.01~1.5 중량%의 규소(Si) 를 함유하며, 나머지 중량% 는 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

0.02~1.0 중량% 의 알루미늄(Al)을 첨가 하였는데, 그 이유는 주조 및 신선 가공성과 방전가공시 강도유지 그리고 자동 결선 성능에 있어서 향상된 성능을 나타내었기 때문이다.

한편, 또 다른 실시예로서, 방전가공용 황동전극선은 38~50 중량%의 아연(Zn)과, 0.01~0.8 중량%의 붕소(B)가 함유되며, 은(Ag), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 규소(Si), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 마그네슘(Mg), 망간(Mn) 중 하나 이상의 합계가 0.01~2.0 중량% 함유되고, 나머지 중량%가 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

Si, Ag, Sn, Mg, Mn, Zr 중 한 가지 이상 첨가원소의 합계를 0.01~2.0중량%로 하였는데, 그 이유는 가공성과 방전 가공 시 강도유지 측면에서, 0.01의 중량% 미만이면 가공성 향상 및 강도유지에 큰 영향을 미치지 못하며, 2.0 중량%를 초과하면 경도 및 강도를 증가시켜 연성을 낮게 하므로, 신선 가공성에 나쁜 영향을 미치기 때문이다.

상기한 바와 같은 조성으로 방전 가공용 전극선을 제조하여, 시험해 본 결과, 다음과 같은 성능 향상을 나타내었다.

먼저, 고품질, 고정밀도의 방전 가공이 가능해진다. 종래의 전극선에 있어서는 방전 후 피가공물의 정밀도가 좋지 못하여 여러 번의 방전가공을 통해 정밀도를 향상시켜야 했으나, 본 발명에 따른 전극선을 사용하면, 1~2 회의 가공만으로 10μm 이내의 정밀한 가공을 수행할 수 있다.

한편, 전극선 선경 공차 및 표면 조도 특성이 향상되었다. 기존 전극선의 경우, 표면경도 및 인장강도가 높지 않으므로, 신선 가공 후의 전극 선재의 선경 공차 범위가 ±0.002㎜ 정도였으나, 본 발명에 따른 전극선의 경우, ±0.0002㎜ 정도의 선경 공차를 가지도록 가공할 수 있다. 즉, 종래 기술에 따른 전극선의 선경 공 차에 비해 1/10 정도의 값을 가지게 되어, 더욱 정밀한 방전 가공을 수행할 수 있다.

또한, 종래 기술에 따른 전극선은 표면경도가 낮아 신선가공 후 전극 선재의 표면에 흠집 및 긁힌 자국이 많았으나, 본 발명에 따른 전극선의 경우에는 높은 표면경도로 인하여 신선가공 후 전극 선재의 표면이 흠집 및 긁힌 자국이 거의 없어져 표면 조도 특성이 좋아진다.

한편, 본 발명에 따른 전극선을 사용하는 경우, 자동결선성이 향상되어 거의 완벽한 자동결선성을 나타낸다. 자동결선성이란 방전가공 중에 단선이 생겼을 경우, 또는 한 공정작업을 마치고 다른 공정작업으로 이동 후 전극선을 자동으로 연결하는 것을 말한다.

종래 기술에 따른 전극선의 경우, 60~80% 정도의 자동 결선 성능을 보이는데, 본 발명에 따른 전극선의 경우에는, 95~100% 의 자동 결선 성능을 보인다. 따라서, 자동 결선이 실패한 경우에 계속해서 인력으로 결선을 수행해 줄 필요가 없을 뿐 아니라, 야간에도 무인 자동화 작업을 할 수 있게 되어 효율이 획기적으로 향상된다.

또한, 본 발명에 따른 전극선을 사용하는 경우, 방전가공시에 가공속도가 향상되고 전극선 소모량이 줄어든다. 방전가공에 사용되는 전극선은 일종의 소모품 이므로, 방전 가공의 속도와 방전 가공으로 인해 소모되는 전극선의 양이 중요하다. 예를 들어, 구리(Cu) 65 중량% 와 아연(Zn) 35 중량% 로 이루어진 전극선과 비교하면, 본 발명에 따른 전극선을 사용하는 경우, 가공 속도에 있어서는 10% 이상 향상되고, 전극선 소모량은 20% ~ 30% 정도가 감소하며, 동분 발생이 억제된다.

한편, 본 발명에 따른 전극선은 두꺼운 금형의 경우에도 방전 가공을 수행할 수 있게 되었다. 예를 들어, 구리(Cu) 65 중량% 와 아연(Zn) 35 중량% 로 이루어진 전극선의 경우에는 금형의 두께가 100㎜이상일 경우 가공속도가 상당히 느려질 뿐 아니라, 금형재질에 따라서는 방전가공 자체가 불가능한 경우도 있었다. 그러나, 본 발명에 따른 전극선의 경우에는, 금형두께 100㎜ 이상에서도 작업이 가능하며 금형두께가 두꺼울수록 높은 방전가공(50~100%) 향상 성능을 보인다.

또한, 본 발명에 따른 전극선을 사용하는 경우, 방전 가공의 안정성이 높아진다. 아연(Zn) 함량을 높임으로써, β상 조직이 증대되어, 조직상태가 치밀하고 미세화 되고, 이로 인해 높은 인장강도와 표면경도를 유지할 수 있으며, 그 결과 정밀한 선경의 공차와 표면 조도를 이룸으로써 불꽃방전 안정화를 이룰 수 있게 되었다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방전 가공용 전극선은 아연의 함량이 상술한 실시예들과 달리, 37~50중량%의 Zn과 0.0001~0.01중량%(1~100ppm)의 B(붕소)를 포함하며, 0.02~0.5중량%의 Al, 0.01~1.0중량%의 Si 및 0.01~0.4중량%의 Cr 중에서 적어도 하나 이상의 첨가원소를 더 포함하며, 나머지 중량%가 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방전 가공용 전극선은 37~50중량%의 Zn과 0.0001~0.01중량%(1~100ppm)의 B(붕소)를 포함하며, 0.02~0.5중량%의 Al, 0.01~1.0중량%의 Si 및 0.01~0.4중량%의 Cr 중에서 적어도 하나 이상의 첨가원소를 더 포함하며, 나머지 중량%가 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방전 가공용 전극선은 37~50중량%의 Zn과 0.0001~0.01중량%(1~100ppm)의 B(붕소)를 포함하며, 0.02~0.5중량%의 Al, 0.01~1.0중량%의 Si, 0.01~0.4중량%의 Cr 및 0.02~0.5중량%의 Zr 중에서 적어도 하나 이상의 첨가원소를 더 포함하며, 나머지 중량%가 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방전 가공용 전극선은 37~50중량%의 Zn과 0.0001~0.005중량%(1~50ppm)의 B(붕소)를 포함하며, 0.02~0.5중량%의 Al 및 0.01~1.0중량%의 Si 중에서 적어도 하나 이상의 첨가원소를 더 포함하며, 나머지 중량%가 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다.

위에서 서술한 아연의 함량이 37~50 중량%인 방전 가공용 전극선에서 아연의 함량이 37중량% 미만인 경우에는 원하는 가공속도에 미치지 못하였고, 상기 아연의 함량이 50중량%를 초과하는 경우에는 강한 β상 조직 또는 γ상 조직이 생성되어 전연성이 나빠지고 경도가 증가하여 신선 가공성이 떨어지는 문제점이 있다.

한편, 아연의 함량이 37~50 중량%인 방전 가공용 전극선에서, 붕소는 주조 빌렛 상태에서부터 합금조직을 미세화함으로써 최종 모선의 결정립을 미세화하여, 아연 함량을 50중량%까지 높여도 신선 작업성 개선과 함께 최종 제품의 방전 가공성을 향상시키는데 기여한다. 또한 붕소는 합금의 강도를 높이기 위해 첨가한 다른 원소들의 효과를 극대화하는 작용을 한다. 그래서 열간 및 신선 작업 중 발생되는 불량 및 단선 문제를 해소하고, 특히 최종 제품의 방전 가공중 발생되는 단선의 방지와 생산성 향상시켜 가공속도를 향상시키는 작용을 한다. 상기 붕소는 합금의 아연 함량을 높게하여도 조직의 결정립을 미세화 함으로서 베타(β)상이 포함된 조직구조에서도 주조성 및 냉간 가공성을 향상 시키며, 특히 방전 가공시 소재의 고온 강도 유지에 따른 단선 발생을 방지하고 안정화된 방전가공을 가능하게 하여 성능향상 효과를 얻을 수 있다.

상기 붕소의 함량이 0.01 중량%를 초과하는 경우에는 붕소의 활발한 반응으로 용해, 주조 작업시 아연 및 다른 첨가원소등이 산화 반응을 일으켜 합금성분의 조정이 어려운 문제점이 있으며, 주조 작업성이 나빠지는 문제점이 있다. 또한, 붕소의 심한 반응성 때문에 주조 빌렛 내부에 기공이 생기고, 첨가 원소들이 산화물을 형성시켜 합금 조직에 결함을 발생시켜서 열간 또는 냉간 가공 중에 단선 및 표면 결함을 유발하게 되는 문제점이 있다. 또한, 상기 붕소의 함량이 0.005중량%를 초과하지 않는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 붕소를 첨가하지 않고, 합금의 강도를 높이기 위해 아연의 함량을 증가하는 경우에는 신선 작업성이 나빠지는 문제점이 있다. 즉, 붕소의 함량을 0.0001중량% 미만으로 첨가하는 경우에는 이와 같은 문제점이 있는 것이다. 이를 대체하기 위해 첨가 원소를 첨가함으로써 합금의 강도를 증가시키지만, 이들 첨가 원소도 최종 제품의 특성을 향상시키는데는 한계가 있다. 본 발명에서는 붕소를 첨가함과 동시에 아연의 함량을 증가시키고, 특정 원소의 함량을 최소한으로 선택적으로 첨가하여 가장 우수한 특성을 가지는 방전 가공용 전극선을 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선은 신선 작업의 우수성 에 따른 생산성 측면, 최종 사용자의 자동결선성 및 방전가공속도 증가 등의 개선에 따른 경제적인 측면 등의 효과를 실현할 수 있다.

다음에는 아연의 영향을 살펴보기로 한다. 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선은 아연의 함량을 37~50중량%로 한정하였다. 상기 아연의 함량이 37중량% 미만인 경우에는 원하는 가공속도를 얻을 수 없었다. 한편, 상기 아연의 함량이 50중량%를 초과하는 경우에는 강한 베타(β)상 조직 또는 감마(γ)상 조직이 발생하여 전연성이 낮고 단단해져 신선가공성이 나빠지는 문제점이 있다.

한편, 알루미늄(Al)의 첨가량을 0.02~0.5 중량%로 한정하였는데, 그 이유는 다음과 같다. 상기 알루미늄의 함량이 0.02중량% 미만인 경우에는 합금의 신선 가공성 향상의 효과가 없고, 방전 가공시 강도유지가 어려우며, 자동결선 및 치수정밀도 향상효과가 작다. 상기 알루미늄의 함량이 0.5중량%를 초과하는 경우에는 합금의 경도가 높아져 신선 가공성이 나빠지고, 자동결선 및 치수 정밀도 향상 효과가 미미하며, 방전 가공시 강도유지 효과가 향상되지 않는다.

한편, 실리콘(Si)의 첨가량을 0.01~1.0중량%로 한정한 이유는 다음과 같다. 즉, 상기 실리콘의 함량이 0.01중량% 미만인 경우에는 신선 가공성 향상효과가 낮고, 방전가공시 강도 유지와 구리(Cu)의 부착 방지 효과가 낮았다. 한편, 상기 실리콘(Si)의 함량이 1.0중량%를 초과하는 경우에는 합금의 신선 가공성이 나빠지고, 방전 가공시 단선 문제를 향상 시킬 수 없다.

한편, 크롬(Cr)의 첨가량을 0.01~0.4중량%로 한정한 이유는 다음과 같다. 즉, 상기 크롬의 함량이 0.01중량% 미만이거나, 상기 크롬의 함량이 0.4중량%를 초 과하는 경우에는 방전 가공시 강도유지 효과가 없으며, 부착물 제거 효과가 없어 조도에도 큰 영향이 없다.

한편, 지르콘(Zr)의 첨가량을 0.02~0.5중량%로 한정하였다. 상기 지르콘의 함량이 0.02중량% 미만인 경우에는 합금의 신선가공성 향상 효과가 작고, 방전 가공시 강도유지 향상 효과가 없다. 상기 지르콘의 함량이 0.5중량%를 초과하는 경우에는 합금의 신성 가공성 효과가 없고, 방전 가공시 강도 유지 향상이 어려워 가공속도가 느려지는 문제점이 있다.

이와 같은 조성을 가지는 방전 가공용 전극선의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 먼저, 37~50중량%의 Zn과 첨가원소로 0.02~0.5중량%의 Al, 0.01~1.0중량%의 Si, 0.01~0.4중량%의 Cr, 0.02~0.5중량%의 Zr 및 0.0001~0.01중량%(1~100ppm)의 B(붕소) 중 하나 또는 그 이상의 원소를 적정 중량%로 함유하고, 나머지 중량%가 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 구성되는 조성을 용융한 후 주조하여 주조 빌렛을 제조하게 된다. 그런 다음에, 주조 빌렛을 온도 700~800℃ 범위에서 열간 압출한 후 상온의 물에 수냉 열처리함으로써 급속히 냉각 시켜서 합금 조직내에 미세한 베타(β)상이 석출되게 한 후 상기 수냉 열처리된 합금으로부터 직경 6~9mm 정도의 선재를 작은 직경의 선재를 신선가공으로 형성하는 태선공정 및 그 태선공정에 의해 형성된 선재의 직경보다 더 작은 직경의 선재를 신선가공으로 형성하는 중선공정을 실시한다. 상기 중선공정을 거친 선재를 400~800℃에서 0.5~3.0시간 정도 재결정 열처리를 실시하여, 미세한 베타(β)상으로부터 더욱 미세한 조직이 생성하게 한다. 이때 상기 재결정 열처리 온도범위보다 낮으면 재결정이 되지 않으며, 그 이 상이면 조직이 조대하게 되어 원하는 기계적 특성을 가질 수 없을 뿐만 아니라 코일간 접촉 부위의 눌림 현상 등이 발생되어 신선 가공성을 저해하게 된다. 그리고 나서 상기 재결정 열처리된 선재를 여러 차례 신선 가공한 후 400~800℃에서 0.5~3.0시간 정도 소둔 열처리를 실시하여 방전 가공용 전극선선을 생산하기 위한 모선을 생산 한다. 상기 소둔 열처리된 선재를 신선유 속에서 연속신선가공기로 세선으로 신선한 후 제품의 기계적특성, 표면 색상 및 선재 직진도 향상시키기 위해 200~400℃에서 순간 저온 소둔 열처리를 실시하여 최종적으로 방전 가공용 전극선을 제조하는 것이다.

이하에서는, 이와 같은 방전 가공용 전극선의 효과를 실험결과를 근거로 상세 서술하기로 한다.

본 발명에 따른 방전 가공용 전극선의 효과를 서술하기 위하여 사용된 방전 가공용 전극선은 42.0중량%의 아연(Zn)과, 0.004중량%의 붕소(B)와, 0.15중량%의 알루미늄(Al)과, 0.30중량%의 실리콘(Si)과, 0.05중량%의 크롬(Cr)과, 0.1중량%의 지르콘(Zr)을 포함하며, 나머지 함량은 구리(Cu)와 불가피한 불순물로 이루어진 조성을 가진다. 이하의 실험에서 비교 실험용으로 사용된 방전 가공용 전극선은 φ0.25mm 인 전극선을 사용하였다. 또한, 피가공 소재는 금형 소재로 널리 쓰이는 SKD-11종과 인코넬718을 사용하였다. 상기 피가공 소재는 두께 30mm, 길이 110mm의 사각형 향상을 사용하였다. 이하에서 인용되는 그래프의 상대적인 수치는 비교 1을 100으로 한 상대적인 비교 지수임을 밝혀 둔다.

도 3은 종래의 방전 가공용 전극선과 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방전 가공용 전극선의 물리적 특성의 향상 효과를 도식적으로 보여주는 표이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선은 비교 1, 2의 방전 가공용 전극선에 비하여 신선작업의 용이성이 휠씬 양호한 효과가 있다. 또한, 아연 가루의 발생이 거의 없으며, 단선 발생빈도 면에서 비교 1,2에 비하여 현저하게 우수한 효과를 보여주었다. 또한 자동결선의 용이성 측면에서도 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선이 비교 1,2의 방전 가공용 전극선에 비하여 우수한 것으로 평가되었다. 이는 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선을 사용하여 무인 자동화 작업이 가능함으로써 생산 효율성을 현저하게 높일 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 4는 종래의 방전 가공용 전극선과 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방전 가공용 전극선의 방전가공속도와 이물질 부착량을 보여주는 그래프이다. 도 4를 참조하면 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선의 방전가공속도가 비교 1,2보다 최대 15% 개선되었으며, 가공후 피가공소재의 표면 이물질 부착량은 최대 18%까지 적게 흡착됨을 알 수 있다.

또한, 도 5는 피가공소재의 치수편차를 보여주는 그래프이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선이 비교 1,2 보다 피가공 소재의 치수 편차가 적음을 알 수 있다.

도 6 및 도 7은 종래의 방전 가공용 전극선과 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방전 가공용 전극선을 사용한 피가공 소재의 표면조도를 비교한 표이다. 상기 피가공 소재를 절단한 후 표면 조도를 측정하였다. 도 6은 피가공 소재로 SKD-11종을 사용한 결과이며, 도 7은 피가공 소재로 인코넬 718을 사용한 결과이 다. 조도 측정 장비로는 SJ-301을 이용하여 중심선 평균조도(Ra)와 최대높이조도(Ry)를 측정하였다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선이 바교 1,2에 비하여 평균조도와 최대높이조도 등 가공후의 피가공 소재의 표면 조도가 가장 우수함을 알 수 있다.

도 8 및 도 9는 피가공 소재의 절단면의 주사전자현미경 비교 사진이다. 도 8은 피가공 소재로 SKD-11종이 사용된 경우이며, 도 9는 피가공 소재로 인코넬718을 사용한 경우이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선을 사용하여 절단한 피가공 소재의 표면이 비교 1,2의 방전 가공용 전극선을 사용하여 절단한 피가공 소재의 표면 보다 매끄럽고 균일함을 알 수 있다.

도 10 및 11은 방전가공용 전극선 표면의 주사전자현미경 비교 사진이다. 도 10 및 도 11은 각각 피가공 소재를 절단한 후의 방전 가공용 전극선의 표면을 주사전자현미경으로 비율을 달리하여 관찰한 사진이다. 도 10 및 도 11에 도시된 방전 가공용 전극선은 피가공 소재로서 SKD-11종을 절단한 후, 방전 가공용 전극선의 표면 상태를 관찰한 사진이다. 도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선의 표면이 비교 1,2의 전극선의 표면보다 그 표면상태가 균일함을 알 수 있다.

도 12는 방전 가공용 전극선의 수율에 관한 평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다. 도 12에서 수율은 신선부터 최종 완제품 까지의 공정 중 발생되는 단선, 표면 및 직진 불량 등에 의한 결과를 종합 평가하여 산출하였다. 도 12를 참조하면 비교 1의 경우 평균 수율이 약 88%이며, 비교 2의 경우 평균 수율이 91%인 반면에 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선의 평균 수율은 98%로 비교 1,2에 비하여 월등하게 높게 평가 되었다. 이와 같은 수율의 향상은 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선이 제품 생산시의 신선작업의 우수성 뿐만 아니라 수율 증가에 따른 경제적인 면에서 우수한 제품이라는 것을 알 수 있다.

도 13은 방전 가공용 전극선의 전기 전도도에 대한 평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다. 도 13에 도시된 전기 전도도는 방전 가공용 전극선의 최종 제품을 Portable Double Bridge2796이라는 측정장비를 이용하여 측정한 결과이다. 상기 측정장비의 측정오차는 ±0.1%이다. 도 13을 참조하면 비교 1에 대한 전기 전도도를 100으로 했을 때, 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선이 비교 1,2에 비하여 7~31% 향상된 전기 전도도를 가지는 것을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 본 발명에 따른 방전 가공용 전극선이 우수한 제품임을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

본 발명에 따른 방전 가공용 전극선은, 전극선의 내구성이 현저히 향상되므로 방전 가공작업의 효율성을 크게 향상시킬 수 있으며, 무인 자동화 작업이 가능하다.

도 1 은 황동선을 이용하여 방전 가공을 수행하는 경우, 황동선을 구성하는 아연의 당량에 따른 가공율 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2 는 본 발명에 따른 구리-아연 합금에 대한 2 원계 평형 상태도이다.

도 3은 종래의 방전 가공용 전극선과 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방전 가공용 전극선의 물리적 특성의 향상 효과를 도식적으로 보여주는 그래프이다.

도 4는 종래의 방전 가공용 전극선과 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방전 가공용 전극선의 방전가공속도와 이물질 부착량을 보여주는 그래프이다.

도 5는 피가공소재의 치수편차를 보여주는 그래프이다.

도 6 및 도 7은 종래의 방전 가공용 전극선과 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방전 가공용 전극선을 사용한 피가공 소재의 표면조도를 비교한 표이다.

도 8 및 도 9는 피가공 소재의 절단면의 주사전자현미경 비교 사진이다.

도 10 및 11은 방전가공용 전극선 표면의 주사전자현미경 비교 사진이다.

도 12는 방전 가공용 전극선의 수율에 관한 평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.

도 13은 방전 가공용 전극선의 전기 전도도에 대한 평가 결과를 설명하기 위한 그래프이다.

Claims

방전 가공에 사용되는 전극선에 있어서,

38~50 중량%의 아연(Zn)과, 0.01~0.8 중량%의 붕소(B)와, 0.01~1.5 중량% 의 규소(Si) 를 함유하며, 나머지 중량% 는 구리(Cu) 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 방전 가공용 전극선.
방전 가공에 사용되는 전극선에 있어서,

38~50 중량%의 아연(Zn)과, 0.01~0.4 중량%의 크롬(Cr)과, 0.01~0.8 중량%의 붕소(B) 를 함유하며, 나머지 중량% 는 구리(Cu) 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 방전 가공용 전극선.
방전 가공에 사용되는 전극선에 있어서,

38~50 중량%의 아연(Zn)과, 0.02~1.0 중량%의 알루미늄(Al)과, 0.01~0.8 중량%의 붕소(B)와, 0.01~1.5 중량%의 규소(Si) 를 함유하며, 나머지 중량% 는 구리(Cu) 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 방전 가공용 전극선.
방전 가공에 사용되는 전극선에 있어서,

38~50 중량%의 아연(Zn)과, 0.01~0.8 중량%의 붕소(B)를 포함하며, 0.01~1.5 중량 % 의 규소(Si)와, 은(Ag), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 규소(Si), 크롬(Cr), 알 루미늄(Al), 주석(Sn), 마그네슘(Mg), 망간(Mn) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 구성 물질을 포함하되, 선택된 구성물질 중량%의 합이 0.01~2.0 중량%에 해당하고, 나머지 중량% 는 구리(Cu) 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 방전 가공용 전극선.
37~50중량%의 Zn과 0.0001~0.01중량%(1~100ppm)의 B(붕소)를 포함하며, 0.02~0.5중량%의 Al 및 0.01~1.0중량%의 Si 중에서 적어도 하나 이상의 첨가원소를 더 포함하며, 나머지 중량%가 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극선.
37~50중량%의 Zn과 0.0001~0.01중량%(1~100ppm)의 B(붕소)를 포함하며, 0.02~0.5중량%의 Al, 0.01~1.0중량%의 Si 및 0.01~0.4중량%의 Cr 중에서 적어도 하나 이상의 첨가원소를 더 포함하며, 나머지 중량%가 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극선.
37~50중량%의 Zn과 0.0001~0.01중량%(1~100ppm)의 B(붕소)를 포함하며, 0.02~0.5중량%의 Al, 0.01~1.0중량%의 Si, 0.01~0.4중량%의 Cr 및 0.02~0.5중량%의 Zr 중에서 적어도 하나 이상의 첨가원소를 더 포함하며, 나머지 중량%가 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극선.
37~50중량%의 Zn과 0.0001~0.005중량%(1~50ppm)의 B(붕소)를 포함하며, 0.02~0.5중량%의 Al 및 0.01~1.0중량%의 Si 중에서 적어도 하나 이상의 첨가원소를 더 포함하며, 나머지 중량%가 구리(Cu) 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극선.
방전 가공에 사용되는 전극선을 제조하는 방법에 있어서,

제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 조성을 가지는 합금을 조성하여 주조 빌렛을 제조하는 단계;

상기 주조 빌렛을 700℃~800℃에서 열간 압출한 후 수냉 열처리하는 단계;

상기 수냉 열처리된 합금으로부터 그 수냉 열처리된 합금보다 작은 직경의 선재를 인발가공하는 단계;

상기 인발가공된 선재를 400℃~800℃에서 0.5~3시간정도 재결정 열처리하는 단계;

상기 재결정 열처리된 선재를 여러 차례 인발가공한 후 400℃~800℃에서 0.5~3시간 소둔 열처리 하는 단계; 및

상기 소둔 열처리된 선재를 세선(細線)으로 신선한 후 200℃~400℃에서 순간 저온 소둔 열처리 하는 단계;를 포함하여 이루어지는 방전 가공용 전극선의 제조 방법.