KR20130016726A - 방전가공용 전극선 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

방전 가공시 미세가루가 적게 발생하고 개선된 면조도와 가공속도를 갖는 방전가공용 전극선과 그 제조방법을 제공한다.
방전가공용 전극선은, 동을 포함하는 제1금속으로 이루어진 심선과,
상기 심선의 외면에 도금되는 제2금속이 상기 심선과 상호 확산에 의해 상기 심선과 제2금속의 경계부에 형성되는 제1합금층과,
상기 제1금속이 상기 제2금속 방향으로 확산되어 이루어지는 제2합금층을 포함하고,
특히, 상기 심선, 제1합금층, 제2합금층을 포함하는 방전가공용 전극선의 표면에 상기 심선 재질이 용출된 형태로 제2합금층의 크랙을 따라 뚫고 올라와 다수의 그레인 조각을 형성한다.

Description

방전가공용 전극선 및 그 제조방법{WIRE ELECTRODE FOR ELECTRO DISCHARGE MACHINING AND THESAME METHODE}

본 발명은 방전가공용 전극선 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세히는 전극선의 방전 가공시 미세가루 발생이 적고, 가공속도와 피가공물의 면조도가 향상된 방전가공용 전극선 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 방전가공용 전극선을 이용한 방전가공방법은 도 1과 같이 피가공물(1)에 미리 뚫어놓은 스타트 홀(7)에 전극선(2)을 삽입하여 관통시키고, 상기 전극선(2)이 삽입되어 관통된 방향으로 주행시키면서, 전극선(2)과 스타트 홀(7)의 내벽면과의 사이에 고주파전압을 인가함으로써, 그 사이에 아크를 발생시켜, 피가공물(1)을 용융하고 가공액 및 전극선, 피가공물 등의 순간적인 기화폭발력에 의해 용융물을 제거함으로써 소정의 형상으로 피가공물을 가공하는 방법이다.

상기 방전가공의 원리에 따라 방전가공기에는 전원 공급장치, 전극선 이송장치, 피가공물의 이송장치 그리고 가공액 순환장치가 설치되어 있다.

피가공물 이송장치는, 화살표에 나타난 바와 같이 전극선(2)에 대해서 직교하는 방향으로 이동되고, 전극선(2)은 공급릴(3)로부터 연속적으로 송출되어, 피가공물의 양단의 가이드 롤러(5,5')를 걸쳐 권취릴(4)에 감겨진다.

이때, 피가공물(1)과 전극선(2) 사이에 전원공급장치(6)를 통하여 고주파 전압이 인가되어 절삭가공이 이루어지며, 절삭 가공시 발생하는 열을 제거하기 위해서 탈이온 순수가 가공 영역에 가공액으로 공급된다. 방전가공의 효율, 특히 가공속도는 가공액의 공급유속, 가공 전류밀도, 그리고 방전파형 및 주파수 등에 밀접한 관계가 있고, 이러한 기술 구성 요소들의 조절에 의해 개선이 가능한 것으로 알려져 있다.

방전가공용 전극선으로는 종래부터 순동이 사용되어 왔는데, 순동은 전도성이 좋을 뿐만 아니라 연신율이 높아 세선 가공이 용이하기 때문이다. 그러나 순동선은 방전 가공할 때 인장 강도가 낮으므로 쉽게 단선되는 단점이 있으며, 또한 인장력을 그다지 크게 걸 수 없기 때문에 전극선의 진동을 억제할 수 없어 가공 정밀도가 떨어지는 단점이 있다.

또한, 가공속도가 늦는 등의 여러 결점이 있다. 따라서, 특수 가공용으로는 몰리브덴선, 텅스텐선 등의 정밀 가공용 고강도 선이 사용되기도 하고, 또 일반 가공용으로는 65/35중량 비율의 황동선을 대표로 하는 황동 전극선이 널리 사용된다.

황동 전극선은 순동에 비해서 약 2배 이상의 인장 강도를 가지고, 또 그 합금성분인 아연의 역할에 의해 방전 안정성,기화폭발력 등이 향상된다. 따라서, 순동 전극선보다 가공속도를 빠르게 할 수 있고, 가공 정밀도가 향상될 수 있다는 장점을 가진다.

또한, 방전가공의 이용이 확대됨에 따라 한층 인장 강도 및 가공속도 향상의 요구가 커져서, 황동에 Al, Si 등의 미량 원소를 첨가하여 인장 강도와 가공속도를 향상시킨 개량된 황동 전극선 등이 개발되었다.

황동합금에서 아연의 함량이 높아질수록 가공속도는 증가할 것으로 기대되나 아연 함량이 40%를 넘으면 취약한 β상이 형성되므로 세선할 때 인발이 용이하지 않게 된다.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 본 발명의 발명자는 한국 특허등록 10-518727에서,

전극선이 동을 포함하는 제1금속으로 이루어진 심선과, 상기 심선의 가장자리에 제1금속과 제2금속의 상호확산반응에 의해 제2금속의 성분이 제1금속의 방향으로 확산되어 심선의 외각에서 심선 중심방향으로 형성된 합금층과,

상기 심선 위에 제1금속과 제2금속의 상호확산반응에 의해 제1금속의 성분이 제2금속의 방향으로 확산되어 형성된 합금도금층과,

상기 합금도금층 위에 형성되며 상기 심선인 제1금속보다 낮은 기화 온도를 갖는 제2금속으로 된 도금층을 포함하고; 상기 심선 위에 형성되는 합금도금층은 상기 제1금속과 제2금속의 상호 확산반응에 의해 형성되어 상기 층들 중 가장 높은 경도와 낮은 연신율을 가지며; 상기 합금도금층 및 도금층은 전극선의 길이 방향에 대해 대략 직각을 이루는 크랙을 포함하는 구조를 제안하였다.

또, 전극선이, 동을 포함하는 제1금속으로 이루어진 심선과,

상기 심선의 가장자리에 제1금속과 제2금속의 상호확산반응에 의해 제2금속의 성분이 제1금속의 방향으로 확산되어 심선의 외각에서 심선 중심방향으로 형성된 합금층과,

상기 심선위에 제1금속과 제2금속의 상호확산반응에 의해 제1금속의 성분이 제2금속의 방향으로 확산되어 형성된 합금도금층을 포함하고; 상기 심선 위에 형성되는 합금도금층은 제1금속과, 제1금속보다 낮은 기화 온도를 갖는 제2금속의 상호확산반응에 의해 형성되어 심선보다 높은 경도와 낮은 연신율을 가진 합금도금층을 이루며, 상기 합금도금층은 전극선의 길이방향에 대해 직각을 이루는 크랙을 포함하는 구조를 제안하고,

상기 제1금속은 동, 황동 또는 동 합금, 상기 제2금속은 아연, 알루미늄, 주석 또는 그 합금을 이용한다.

또, 본 발명의 발명자는 한국 특허등록 10-518731에서,

방전 가공기에 사용되는 전극선의 제조방법으로, 동을 포함하는 제1금속으로 되어 있으며 제1직경으로 된 선재를 심선으로 제공하는 단계와;

상기 제1금속의 심선을 제1금속보다 낮은 기화 온도를 갖는 제2금속이 용융되어 있는 용융 도금조를 통과시켜 심선의 외곽에 제1금속과 제2금속의 상호확산반응에 의해 상기 제1금속 및 제2금속보다 경도가 높고 연신율이 낮은 합금층을 형성하면서 그 위에 제2금속으로 된 도금층을 형성시키기 위한 용융 도금단계와;

상기 합금층과 도금층이 형성된 상기 선재를 제2직경으로 되도록 인발하여 상기 합금층의 높은 경도와 낮은 연신율에 의해 상기 합금층 및 도금층에 크랙을 형성시키는 단계와;

상기 크랙이 형성된 세선을 열처리 하여 기계적 성질을 안정화시키는 단계의 과정을 거치는 기술을 제안하였다.

상기 심선에 합금층과 도금층을 형성하기 위하여 심선을 400~500℃로하여 상기 용융 도금조를 1~10초로 통과시키고, 상기 제1금속은 동, 황동 또는 동 합금, 상기 제2금속은 아연, 알루미늄, 주석 또는 그 합금을 이용한다.

또, 본 발명의 발명자는 한국 특허등록 10-518733에서,

방전가공기에 사용되는 전극선의 제조방법으로,

동을 포함하는 제1금속으로 되어 있으며 제1직경으로 된 선재를 심선으로 제공하는 단계와;

상기 제1금속의 심선을 제1금속보다 낮은 기화 온도를 갖는 제2금속이 용융되어 있는 도금조를 통과시켜 심선의 외곽에 제1금속과 제2금속의 상호확산반응에 의해 상기 제1금속 및 제2금속보다 경도가 높고 연신율이 낮은 합금도금층을 충분히 형성시키기 위한 용융 도금단계와;

합금 도금층이 형성된 상기 선재를 제2직경이 되도록 인발하면서 합금도금층의 높은 경도와 낮은 연신율에 의해 합금도금층에 크랙을 형성시키는 단계와;

상기 크랙이 형성된 세선을 열처리하여 기계적 성질을 안정화시키는 단계의 과정을 거치는 기술을 제안하였다.

상기 제안된 종래 기술에서는 아연층의 용융 및 가해지는 열로 인하여 동을 포함하는 심선 금속과 상호확산반응에 의하여 동-아연 그레인 조각들로 구성된 합금층을 갖는 전극선을 형성함으로써 가공속도가 개선되는 장점은 있지만, 510N 이상의 황동의 심선이 연신 과정에서 강선화되면서 쉽게 깨져 방전 가공시 미세가루 부스러기가 많이 발생하는 문제점이 있다.

한국 특허등록 10-518727 한국 특허등록 10-518731 한국 특허등록 10-518733

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용융도금 과정에서 열처리 온도를 높여 연신율이 높고 인장 강도가 낮은 심선이 만들어질 수 있도록 온도를 적절히 조정한다.

상기와 같이 제조된 인장 강도가 낮은 심선 즉, 상대적으로 무른 황동 심선이 연신 과정에서 발생하는 압력에 의하여 합금층의 크랙을 통해 용암 용출형으로 아연- 동합금을 뚫고 표면 쪽으로 밀려 올라와 아연- 동합금의 그레인 조각들을 감싸거나 덮도록 하여 가공속도는 유지하면서도 미세 가루 발생이 현저히 개선되는 방전가공용 전극선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 연신 및 인발 과정의 전단계에서 아연 코팅된 상대적으로 무른 황동 심선을 상,하,좌,우 어느 일방 또는 복수의 방향에서 강제로 구부리거나 트위스트 시켜 방전가공용 전극선을 구성하는 선재의 표면에 그 선재의 길이방향에 대하여 직각방향으로 미리 크랙 균열을 만들어 줌으로써, 연신 및 인발 과정에서 그 크랙을 통하여 상대적으로 무른 심선 재질이 전극선의 표면 쪽으로 밀려 올라오는 것을 활성화시켜 폭보다 길이가 적어도 2배 이상 긴 그레인 조각들이 전극선의 표면에 만들어지도록 한다.

상기와 같이 전극선의 표면에 선재의 길이방향에 대하여 직각방향으로 폭보다 길이가 적어도 2배 이상 긴 그레인 조각들이 만들어지도록 함으로써, 방전가공시 피가공물의 면조도를 높이고 전극선의 미세가루 발생을 억제함과 동시에 빠른 가공속도를 유지할 수 있는 방전가공용 전극선을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 방전 가공의 정밀도를 개선하고 환경친화적인 전극선을 제공하는데 있다.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명의 방전가공용 전극선은, 동을 포함하는 제1금속으로 이루어진 심선과,

상기 심선의 외면에 도금되는 제2금속이 상기 심선과 상호 확산에 의해 상기 심선과 제2금속의 경계부에 형성되는 제1합금층과,

상기 제1금속이 상기 제2금속 방향으로 상호 확산되어 상기 제1합금층의 외곽에 형성되는 제2합금층을 포함하고,

적어도 상기 심선, 제1합금층, 제2합금층을 포함하는 방전가공용 전극선의 표면에 상기 제2합금층에 형성되는 크랙을 통하여 상기 심선재가 뚫고 올라와 다수의 그레인을 형성하되, 상기 방전가공용 전극선의 표면에 구성되는 그레인은 적어도 상기 심선, 상기 제2합금층을 이루는 재질로 이루어지는 그레인이 분포되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 방전가공용 전극선의 표면에 구성되는 그레인은 적어도 상기 심선을 이루는 재질이 뚫고 올라올 때 상기 제1합금층을 이루는 재질이 함께 올라와, 상기 심선, 상기 제1합금층, 상기 제2합금층을 이루는 재질로 이루어지는 그레인이 분포되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 제1금속은 동, 황동 또는 동 합금 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 제2금속은 아연, 알루미늄, 주석 또는 그 합금 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 적어도 상기 제2합금층을 이루는 재질의 그레인은 상기 심선을 이루는 재질에 의하여 감싸지는 형태를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 심선을 이루는 재질의 그레인은 방전가공용 전극선의 길이 방향에 대하여 대략 직각 방향으로 배열되고, 그 심선 재질의 그레인의 길이는 폭보다 2~10배 크게 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적 달성을 위한 방전가공용 전극선의 제조방법은,

동을 포함하는 제1금속으로 되어 있으며 제1직경으로 된 선재를 심선으로 제공하는 단계와;

상기 심선에 제2금속을 이용하여 도금하는 단계와,

상기 도금된 심선을 인장 강도 500N/mm²이하와 연신율 5이상으로 만듬과 동시에 상기 심선과 상기 제2금속의 상호 확산에 의해 적어도 상기 심선과 제2금속의 경계부에 형성되는 제1합금층과, 상기 제1금속이 상기 제2금속 방향으로 확산되어 상기 제1합금층 외곽에 제2합금층이 형성되도록 열처리하는 단계와,

상기 제1합금층, 제2합금층, 심선을 포함하여 이루어진 방전가공용 전극선을 제2직경으로 만들기 위한 세선 과정에서 상기 방전가공용 전극선의 표면에 상기 심선을 이루는 재질이 제2합금층에 형성되는 크랙을 뚫고 올라와 상기 심선, 상기 제2합금층을 이루는 재질로 이루어진 그레인을 형성시키는 단계를 포함한다.

또, 상기 방전가공용 전극선의 표면에 그레인을 형성시키는 단계에서, 상기 심선을 이루는 재질이 뚫고 올라올 때 상기 제1합금층을 이루는 재질이 함께 올라와, 상기 심선, 상기 제1합금층, 상기 제2합금층을 이루는 재질로 이루어진 그레인을 형성시키는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 도금은 전기도금, 용융도금, 화학도금 중 어느 하나의 도금 방법을 이용한다.

또, 상기 도금은 용융도금이고, 상기 열처리 단계는 도금조의 입구 온도를 550~700℃, 출구 온도는 420~500℃로 하여, 1~10초의 침지 시간 범위 내에서 상기 도금된 심선을 침지 통과시켜 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 그레인을 형성시키는 단계의 방전가공용 전극선을 제2직경으로 세선 인발하기 전에 그 방전가공용 전극선을 상,하,좌,우 어느 일방 또는 복수의 방향에서 강제로 구부리거나 트위스트 시키는 과정을 추가하는 것을 특징으로 한다.

이때, 제1금속은 순수한 동, 또는 63~67중량%의 동과 33~37중량%의 아연으로 된 황동이 사용될 수 있다. 또, 제2금속으로는 아연, 알루미늄, 주석 또는 그 합금이 사용될 수 있다.

특히, 본 발명에서 용융도금을 이용하는 경우, 제1금속으로 된 제1직경의 심선에 제2금속이 일정 두께로 도금되고, 그 도금된 심선의 인장 강도를 500N/mm²이하, 연신율 5%이상으로 만들기 위해서는 동일한 크기의 용융 도금조에서 온도를 높여 도금 공정을 수행하거나 용융 도금조의 통과 침지 시간을 길게 할 필요성이 있으므로 용융 도금조를 통과하는 선재의 권취 속도를 컨트롤하는 방법으로 실행한다.

따라서, 한 예로, 선재의 권취 속도가 빠르면 용융 도금조의 길이가 길거나 온도가 높아야 한다.

이러한 권취 속도와 도금조의 길이, 온도 조건은, 아연이 도금된 심선 즉, 제1직경의 심선 선재에 1~3㎛정도의 제1합금층과, 3~10㎛정도의 제2합금층을 형성하면서 심선 선재의 인장강도가 500N/mm²이하, 연신율 5이상이 되도록 하면 된다.

이때. 심선 선재의 가장자리에 제1금속과 제2금속의 상호확산반응에 의해 제2금속의 성분이 제1금속의 방향으로 확산되어 심선의 외각에서 심선 중심방향으로 제1합금층이 형성되고, 또 제1합금층 외곽에 제1금속과 제2금속의 상호확산반응에 의해 제1금속의 성분이 제2금속의 방향으로 확산되어 심선인 제1금속보다 기화온도가 낮고, 제2금속의 기화 온도보다 높은 제2합금층이 형성된다.

상기 전극선의 제조방법은 전극선의 기계적 성질을 안정화시키기 위해 제2선경으로 세선 제조된 방전가공용 전극선을 추가로 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 방전가공용 전극선은 심선을 구성하는 재질이 용암 용출형으로 방전가공용 전극선의 합금층에 형성되는 크랙을 따라 표면까지 뚫고 올라와 표면에 다수의 그레인을 형성하도록 구성하고, 상기 방전가공용 전극선의 표면에 구성되는 심선 재질의 그레인이 적어도 제2합금층의 그레인을 감싸도록 구성함으로써, 깨진 그레인의 이탈을 방지하여 방전 가공시 미세 가루 발생을 억제할 수 있고, 방전의 효율이 개선되어 가공속도가 빨라지는 효과를 얻을 수 있다.

방전 가공시 미세 가루 발생이 억제되면 방전가공시 미세 가루로 인한 재방전을 방지하고 전극선이 통과하는 다이아몬드 가이드 다이스 홀이 미세 가루에 의하여 메워지는 것을 방지할 수 있다.

특히, 본 발명은 그레인의 길이가 폭보다 약 2~10배 큰 형태로 방전가공용 전극선의 길이 방향에 대하여 대략 직각 방향을 따라 배열되므로, 피가공물의 면조도와 가공속도를 극대화하는 효과를 얻을 수 있다.

이러한 가공속도의 개선은 전극선 표면에 상대적으로 무른 심선이 크랙을 따라 올라와 노출되어 제2합금층을 감싸는 형태로 그레인을 형성하기 때문에 전극선에서 미세 가루가 적게 발생하고, 제1금속보다 기화 온도가 낮은 제2합금층이 방전시 열에너지의 폭발력을 증가시키기 때문인 것으로 판단된다.

한편, 방전가공용 전극선 표면은 전체적으로 균일한 원주 표면을 유지하면서 표면 형태가 돌출부를 포함하지 않으므로 가공의 정밀도에 불리한 영향을 미치지 않고 그레인 주위의 크랙으로 인하여 방전 가공시 냉각 효과를 향상시키고 비교적 낮은 기화 온도 때문에 방전 가공시 발생하는 부스러기들이 쉽게 제거될 수 있으므로 세정력이 우수하고 가공 면조도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예2, 실시예4와 같이 연신 과정의 전단계에서 중간선재에 스트레스를 가하여 그레인의 길이가 폭보다 약 2~10배 큰 형태로 방전가공용 전극선의 길이 방향에 대하여 대략 직각 방향을 따라 배열되도록 제조함으로써 가공 속도 및 면조도가 동시에 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

실시예2, 실시예4의 제조방법에 의한 그레인 형성으로 인하여 와이어 공급 속도는 상부에서 하부 쪽으로 최대 15,000mm/min로 공급되고, 피가공물의 가공 속도는 한 예로 40mm 두께의 피가공물을 가공할 때 약3~4mm/min 속도로 가공할 수 있다.

이와 같은 효과가 얻어지는 이유는 직각 방향으로 배열되는 다수의 그레인 패턴이 마치 다중 날로 이루어진 칼날들이 피가공물의 표면을 다듬질하면서 내려오는 형태로 방전 가공되기 때문인 것으로 판단된다.

도 1은 일반적인 방전가공기의 기술 구성 및 그 원리를 설명하기 위한 개략도이고,
도 2는 본 발명의 방전가공용 전극선의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명의 실시예1의 방전가공용 전극선의 제품을 나타내는 사진이고,
도 4는 본 발명의 실시예2의 방전가공용 전극선의 제품을 나타내는 사진이고,
도 5는 본 발명의 실시예3의 방전가공용 전극선의 제품을 나타내는 사진이고,
도 6은 본 발명의 실시예4의 방전가공용 전극선의 제품을 나타내는 사진이고,
도 7은 실시예2의 연신 과정 전단계에서 중간선재에 스트레스를 주어 크랙이 형성된 상태를 나타내는 사진이고,
도 8은 실시예4의 연신 과정 전단계에서 중간선재에 스트레스를 주어 크랙이 형성된 상태를 나타내는 사진이고,
도 9는 본 발명의 실시예1, 실시예3의 제품의 단면을 모식적으로 나타내는 도면이고,
도 10은 본 발명의 실시예2, 실시예4 제품의 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다.

이하, 도 2 내지 도 10을 참고하여 본 발명의 방전가공용 전극선의 구조 및 제조방법에 대한 기술 구성, 작용 효과를 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 2를 참조하면, 0.9~1.2mm 직경의 동 65중량%, 아연 35중량%로 된 황동 심선(12)이 제공된다.

상기 심선(12)을 황동보다 낮은 기화 온도를 갖는 아연이 용융되어 있는 도금조(10)를 일정시간 침지 통과시켜 심선(12)의 외곽에 아연으로 된 도금층을 용융 도금한다.

특히, 상기 도금조(10)의 입구 온도는 550~700℃, 출구 온도는 420~500℃로 조정하고, 1~10초의 침지 시간 범위 내에서 침지 통과시켜 아연도금된 심선(12)의 인장 강도를 500N/mm²이하, 연신율 5이상으로 만든다.

이때, 심선(12)은 그 계면에서 도금조(10)에 용융되어 있는 아연과 황동의 확산반응에 의해 황동의 심선보다 경도가 높고 연신율이 낮은 합금층이 형성된다.

상기 조건에서 도금조를 통과하여 합금층이 형성된 심선(12)은 인발장치(14)를 거쳐 적절한 직경, 예를 들면 0.07 내지 0.35㎜로 인발된다.

상기 도금조를 통과 시키는 방법 외에 전기도금 또는 회학도금 방법 등을 이용하여 3~10㎛정도의 두께로 아연이 코팅된 황동의 심선을 10~60V의 전압과 100~600m/min 속도로 열처리하는 방법을 이용하여 아연도금된 심선(12)의 인장 강도를 500N/mm²이하, 연신율 5이상으로 만들 수 있다.

상기 심선(12)과 아연 도금층 사이에 구성되는 제1합금층의 외곽에는

아연도금층에 심선의 구리성분이 확산되어 구성되는 제2합금층이 만들어지며, 제2합금층은 가장 높은 경도와 가장 낮은 인장 강도를 가지고 있어, 다른 층과 경도 및 연신율이 다름으로 그 제2합금층은 인발되면서 많은 크랙이 발생하고, 그 크랙을 따라 상대적으로 무른 황동의 심선 재질이 제2합금층의 표면 위까지 용암 용출 형태로 뚫고 올라와 분포한다.

상기 세선은 열처리단계를 걸쳐 기계적 성질을 더욱 안정화시킬 수 있다.

도 3, 도 5는 상기와 같이 하여 인발된 방전가공용 전극선의 표면을 나타내는 사진이고, 도 9는 도 3 및 도 5의 방전 가공용 전극선의 단면 구조를 설명하기 위한 모식 단면도이다.

도 9를 참조하면, 방전가공용 전극선의 표면에 황동으로 된 심선 재질과 합금재질이 많이 분포되어 있는 것을 알 수 있고, 그 심선 재질과 합금재질이 크랙을 따라 용암 용출 형상으로 밀려 올라와 함금층의 그레인 조각들과 함께 표면에 분포하거나 합금재질을 감싸는 형태를 이루는 구조임을 알 수 있다.

또, 합금층들이 형성된 심선을 세선하기 위해 인발하는 과정에서 롤러(16')와 인발장치(14) 사이에 그 선재의 상,하,좌,우의 어느 일측 방향 이상에서 구부려주거나 트위스트를 가할 수 있는 트위스트장치(33)를 추가함으로써 중간선재에 크랙이 더 발생되도록 하여 그 크랙을 따라 상대적으로 무른 황동의 심선이 아연 도금층의 표면 위까지 올라와 선재의 원주 방향으로 그레인이 형성되도록 할 수 있다.

상기와 같이 세선 과정의 전단계에서 전극선을 구성하는 중간선재에 스트레스를 가하면 그 선재의 표면에 원주 방향으로 길이가 긴 형태의 그레인이 배열되고, 그 그레인은 폭보다 길이가 약 2-10배 크게 구성되는 특징을 보인다.

도 4, 도 6은 세선 과정의 전단계에서 전극선을 구성하는 중간선재에 구부림 등의 스트레스를 가한 후 세선 인발하여 가공된 방전가공용 전극선의 표면을 나타내는 사진이고, 도 10은 도 4 및 도 6의 방전 가공용 전극선의 단면 구조를 설명하기 위한 모식 단면도이다.

도 10을 참조하면, 방전가공용 전극선의 표면에 황동으로 된 심선 재질이 많이 분포되어 있고, 전극선의 표면에 원주 방향으로 황동 그레인 조각이 일정한 패턴으로 배열되는 형태를 이루는 구조임을 알 수 있다.

상기와 같이 전극선 표면에 심선 재질의 그레인의 분포가 크고 높게 나타나는 원인은 도금 열처리 과정에서 인장 강도 500N/mm²이하, 연신율 5% 이상이 되도록 심선을 구성하는 재질의 열처리 조건을 적절히 컨트롤하여 주고, 세선(연신) 과정 전에 트위스트장치를 통하여 선재를 소정 방향으로 구부려 주거나 트위스트로 인한 스트레스를 줌으로써 나타나는 것으로 판단된다.

본 발명의 방전가공용 전극선은 황동의 심선(12)과, 아연과 심선이 상호 확산하여 심선의 경계부에 형성되는 제1합금층(22)과, 아연층에 심선 재질이 확산하여 제1합금층의 외곽에 형성된 제2합금층(23)을 포함한다.

여기에 사용되는 심선(12)의 재료는 동 또는 황동 등 동을 포함하는 금속이면 충분하고, 이 심선(12)을 통해서 전극선으로써 요구되는 전기 전도도 및 기계적 강도가 충족되며 제2합금층(23)은 아연과 같이 심선(12)에 사용되는 재료보다 용융점 및 기화 온도가 낮은 재료를 사용하여 방전가공시 심선을 보호하고 가공속도를 향상시킨다.

또, 상기 제2합금층(23)은 많은 크랙 및 그레인을 가지므로 종래의 전극선보다 월등한 냉각속도를 얻을 수 있다. 도금에 사용되는 재료에 요구되는 성질은 용융점 및 기화 온도가 심선보다 낮고, 동 또는 황동의 심선 금속에 용융 도금될 수 있으며, 용융 도금시 동과 확산반응을 통해서 비교적 경도가 높은 합금층을 형성할 수 있는 금속이어야 한다. 이러한 금속으로는 아연, 알루미늄, 주석 등이 포함된다.

따라서, 이와 같은 아연 합금 선재를 방전 가공용의 전극선으로 세선하여 인발 가공될 때 심선과 합금층 사이의 연신율 차이로 인하여 합금층에 크랙을 쉽게 형성할 수 있다.

도 3내지 도6과 같이 비교적 무른 심선 재질이 상대적으로 강도가 강한 합금층을 크랙을 경계로 소프트하게 감싸는 상태를 이루므로 방전가공시 전극선에서 심선 및 합금층의 부스러기 등이 발생할 가능성이 적고, 피가공물에서 발생한 부스러기 등 부산물이 그레인 경계부의 크랙을 통해서 흡수 제거될 수 있으므로 세정력이 종래의 방전가공용 전극선과 비교하여 증가한다

[실시예 1]

동 65중량%와 아연 35중량%의 성분비를 갖는 황동선을 직경 0.9㎜의 심선(제1금속)을 중간선재로 준비한다.

상기 심선에 제2금속인 아연을 이용하여 용융아연도금을 실시한다.

용융아연도금 공정에 사용되는 심선은 알칼리 탈지 욕조를 통과하고 수세한 후 산성 세정하고 다시 수세하는 과정을 거친 다음 염화암모늄 플럭스 욕조를 통과시킨다.

상기 플럭스 처리된 제1금속의 심선은 제2금속의 용융아연 도금조를 침지, 통과시켜 용융아연도금 할 때, 심선이 투입되는 도금조 입구의 온도는 출구보다 높은 550~700℃, 출구의 온도는 입구보다 낮은 420~500℃의 온도를 유지하도록 하여 심선의 중간선재를 1~10초 동안 침지, 통과시켜 용융아연 도금한다.

상기와 같은 고온에서 심선의 중간선재를 용융아연 도금하여 인장 강도 500N/mm²이하와 연신율 5%이상이 되도록 만든다.

상기 연선 조건을 만들기 위하여 상기와 같이 고온에서 도금조에 침지, 통과시키면서 용융아연도금을 실시하면 심선이 용융아연에 침지되어 통과하는 동안에 그 심선의 경계면에서는 아연과 상호확산반응에 의해 동-아연의 합금층을 구성하는 제1합금층(22)이 만들어지며, 그 합금층의 외곽에는 아연-동의 합금층을 구성하는 제2합금층(23)이 형성되면서 동시에 연선의 심선이 만들어진다.

상기 아연-동으로 된 제2합금층은 가장 경도가 높은 부분이며 연선의 심선보다 연신율이 매우 낮다.

상기 용융아연도금 및 상호확산에 의해 심선의 표면 경계면에는 1~3㎛의 동-아연 합금층으로 된 제1합금층이 형성되며 최외곽에는 3~10㎛의 아연-동 합금층으로 된 제2합금층이 형성된다.

상기 제1합금층이 고체의 심선과 액체 상태의 용융아연의 상호확산반응에 의해 형성되고, 아연-동으로 된 제2합금층도 액체인 용융아연과 고체인 제1금속의 심선 금속 물질이 상호확산작용에 의해 결합되므로 심선과 결합력이 강화된다.

상기와 같이 제1합금층, 제2합금층, 연선의 심선으로 이루어진 중간선재는 세선(연신)공정을 거치면서 제2합금층에 많은 크랙이 발생하고 그 크랙의 틈새를 따라 상대적으로 무른 심선 금속이 최외곽의 제2합금층의 표면까지 용암 용출 형상으로 밀고 올라와 표면에 함께 분포되어 형성된다.

상기 합금층이 형성된 중간선재는 인발 과정을 거쳐 0.07~0.35㎜의 직경을 갖는 세선으로 만들어진다.

상기 인발된 세선의 제2합금층은 심선보다 경도가 높고 연신율이 낮으므로 인발을 통한 세선 공정 중에 제2합금층이 있는 최외곽층의 표면에 많은 크랙이 발생하며, 제2합금층은 제1합금층을 사이에 두고 심선의 제1금속과 계면을 이루게 된다.

상기의 제조방법으로 만들어지는 방전가공용 전극선 표면에는 도 3, 도 9와 같이 심선의 제1금속 성분과 동-아연 합금층으로 된 제1합금층의 금속성분 및 아연-동 합금층으로 된 제2합금층의 금속성분 등 3가지 성분비를 갖는 금속성분들의 그레인이 형성된다.

상기 세선 공정으로 가공된 방전가공용 전극선은 300~600℃의 온도 분위기에서 0.05 ~ 3초 이내의 열처리를 추가로 실시하여 심선의 기계적 성질을 안정화시킨다.

[실시예 2]

동 65중량%와 아연 35중량%의 성분비를 갖는 황동선을 직경 0.9㎜의 심선(제1금속)을 중간선재로 준비한다.

상기 심선에 제2금속인 아연을 이용하여 용융아연도금을 실시한다.

용융아연도금 공정에 사용되는 심선은 알칼리 탈지 욕조를 통과하고 수세한 후 산성 세정하고 다시 수세하는 과정을 거친 다음 염화암모늄 플럭스 욕조를 통과시킨다.

상기 플럭스 처리된 제1금속의 심선은 제2금속의 용융아연 도금조를 침지, 통과시켜 용융아연도금 할 때, 심선이 투입되는 도금조 입구의 온도는 출구보다 높은 550~700℃, 출구의 온도는 입구보다 낮은 420~500℃의 온도를 유지하도록 하여 심선의 중간선재를 1~10초 동안 침지, 통과시켜 용융아연 도금한다.

상기와 같은 고온에서 심선의 중간선재를 용융아연 도금하여 인장 강도 500N/mm²이하와 연신율 5%이상이 되도록 만든다.

상기 연선 조건을 만들기 위하여 상기와 같이 고온에서 도금조에 침지, 통과시키면서 용융아연도금을 실시하면 심선이 용융아연에 침지되어 통과하는 동안에 그 심선의 경계면에서는 아연과 상호확산반응에 의해 동-아연의 합금층을 구성하는 제1합금층(22)이 만들어지며, 그 합금층의 외곽에는 아연-동의 합금층을 구성하는 제2합금층(23)이 형성되면서 동시에 연선의 심선이 만들어진다.

상기 아연-동으로 된 제2합금층은 가장 경도가 높은 부분이며 연선의 심선보다 연신율이 매우 낮다.

상기 용융아연도금 및 상호확산에 의해 심선의 표면 경계면에는 1~3㎛의 동-아연 합금층으로 된 제1합금층이 형성되며 최외곽에는 3~10㎛의 아연-동 합금층으로 된 제2합금층이 형성된다.

상기 제1합금층이 고체의 심선과 액체 상태의 용융아연의 상호확산반응에 의해 형성되고, 아연-동으로 된 제2합금층도 액체인 용융아연과 고체인 제1금속의 심선 금속 물질이 상호확산작용에 의해 결합되므로 심선과 결합력이 강화된다.

상기와 같이 제1합금층, 제2합금층, 연선의 심선으로 이루어진 중간선재는 세선(연신) 공정을 거치기 전에 도 2의 롤러(16')와 인발장치(14) 사이에 그 중간선재를 지그재그로 구부려 주는 트위스트장치(33)를 통과시킨다.

세선 전에 상기와 같이 중간선재를 지그재그로 구부려 주는 트위스트장치(33)를 통과시킨 후, 상기 중간선재는 인발 과정을 거쳐 0.07~0.35㎜의 직경을 갖는 세선으로 만들어진다.

본 실시예는 특히, 중간선재를 세선 인발하기 전에 소정방향으로 구부려 주는 스트레스를 가함으로써, 도 7과 같이 중간선재의 길이 방향에 대하여 직각 방향으로 제2합금층에 크랙이 많이 발생하고 그 크랙을 따라 연질의 황동으로 된 심선 금속이 제2합금층의 표면 위까지 용암이 용출되는 형상으로 올라와 표면에 다수의 그레인 군이 형성된다.

상기 중간선재의 구부림 스트레스 공정에 의하여 방전가공용 전극선의 표면에 황동으로 된 심선 재질이 많이 분포되게 되고, 전극선의 표면에 원주 방향으로 황동 그레인이 일정한 패턴으로 배열되는 형태를 이루게 된다. 상기 황동 그레인의 길이는 폭보다 약 2~10배 크게 구성되는 현상을 보인다.

상기의 제조방법으로 만들어지는 방전가공용 전극선 표면에는 도 4, 도 10과 같이 심선의 제1금속 성분과 동-아연 합금층으로 된 제1합금층의 금속 성분 및 아연-동 합금층으로 된 제2합금층의 금속성분 등 3가지 성분비를 갖는 그레인 조각들로 구성된다.

상기 세선 공정으로 가공된 방전가공용 전극선은 300~600℃의 온도 분위기에서 0.05 ~ 3초 이내의 열처리를 추가로 실시하여 심선의 기계적 성질을 안정화시킨다.

[실시예 3]

동 65중량%와 아연 35중량%의 성분비를 갖는 황동선을 직경 0.9㎜의 심선(제1금속)을 중간선재로 준비한다.

상기 심선에 제2금속인 아연을 이용하여 전기아연도금을 실시한다.

전기아연도금 공정에 사용되는 심선은 알칼리 탈지 욕조를 통과하고 수세한 후 산성 세정하고 다시 수세하는 과정을 거친 다음 전기아연도금조를 통과시킨다.

상기 전기아연도금된 중간선재는 열처리 기계에 투입하여 50~60V 전압에 155m/min의 속도로 열처리하여 인장 강도가 500N/mm²이하와 연신율 5%이상이 되는 심선으로 만든다.

상기와 같은 조건을 만족하는 심선을 갖는 중간선재를 만들기 위하여 전기도금한 후 열처리를 실시하면 심선(제1금속)과 전기아연도금된 제2금속과의 경계면에서는 상호확산반응에 의해 동-아연의 제1합금층(22)이 형성되며, 그 합금층의 외곽에는 아연-동의 제2합금층(23)이 형성된다.

상기 아연-동의 제2합금층은 가장 경도가 높은 부분이며 연선의 심선보다 연신율이 매우 낮다.

상기 전기아연도금 및 상호확산에 의해 심선의 경계면에는 1~3㎛의 동-아연으로 된 제1합금층이 형성되며 제1합금층의 외곽에는 3~10㎛의 아연-동으로 된 제2 합금도금층이 형성된다.

상기 제1합금층은 심선을 구성하는 제1금속과 전기도금 물질인 아연, 즉, 제2금속의 상호확산반응에 의해 형성되며 제2합금층은 심선을 구성하는 제1금속 금속성분이 전기아연도금된 제2금속 방향으로 상호확산작용에 의해 형성되면서 동시에 심선은 인장 강도가 500N/mm²이하와 연신율 5%이상이 되는 연선 상태로 만들어진다.

상기와 같은 심선에 제1합금층과 제2합금층이 형성된 중간선재는 세선 공정을 거치면서 경도가 가장 높은 제2합금층에 많은 크랙이 발생하고 그 크랙의 틈새를 따라 상대적으로 무른 심선 금속이 최외곽의 제2합금층의 표면까지 용암 용출 형상으로 밀고 올라와 표면에 함께 분포되어 형성된다.

상기 합금층이 형성된 중간선재는 인발 과정을 거쳐 0.07~0.35㎜의 직경을 갖는 세선으로 만들어진다.

상기 인발된 세선의 제2합금층은 심선보다 경도가 높고 연신율이 낮으므로 인발을 통한 세선 공정 중에 제2합금층이 있는 최외곽층의 표면에 많은 크랙이 발생하며, 제2합금층은 제1합금층을 사이에 두고 심선의 제1금속과 계면을 이루게 된다.

상기의 제조방법으로 만들어지는 방전가공용 전극선 표면에는 도 5, 도 9와 같이 심선의 제1금속 성분과 동-아연 합금층으로 된 제1합금층의 금속 성분 및 아연-동 합금층으로 된 제2합금층의 금속 성분 등 3가지 성분비를 갖는 그레인 조각들로 구성된다.

상기 세선 공정으로 가공된 방전가공용 전극선은 300~600℃의 온도 분위기에서 0.05 ~ 3초 이내의 열처리를 추가로 실시하여 심선의 기계적 성질을 안정화시킨다.

[실시예 4]

동 65중량%와 아연 35중량%의 성분비를 갖는 황동선을 직경 0.9㎜의 심선(제1금속)을 중간선재로 준비한다.

상기 심선에 제2금속인 아연을 이용하여 전기아연도금을 실시한다.

전기아연도금 공정에 사용되는 심선은 알칼리 탈지 욕조를 통과하고 수세한 후 산성 세정하고 다시 수세하는 과정을 거친 다음 전기아연도금조를 통과시킨다.

상기 전기아연도금된 중간선재는 열처리 기계에 투입하여 50~60V 전압에 155m/min의 속도로 열처리하여 인장 강도가 500N/mm²이하와 연신율 5%이상이 되는 심선으로 만든다.

상기와 같은 조건을 만족하는 중간선재를 만들기 위하여 전기도금한 후 열처리를 실시하면 심선(제1금속)과 전기아연도금된 제2금속과의 경계면에서는 상호확산반응에 의해 동-아연의 제1합금층(22)이 형성되며, 그 합금층의 외곽에는 아연-동의 제2합금층(23)이 형성된다.

상기 제1합금층은 심선을 구성하는 제1금속과 전기도금 물질인 아연, 즉, 제2금속의 상호확산반응에 의해 형성되며 제2합금층은 심선을 구성하는 제1금속 금속성분이 전기아연도금된 제2금속 방향으로 상호확산작용에 의해 형성되면서 동시에 심선은 인장 강도가 500N/mm²이하와 연신율 5%이상이 되는 연선 상태로 만들어진다.

상기 아연-동의 제2합금은 가장 경도가 높은 부분이며 연선의 심선보다 연신율이 매우 낮다.

상기 전기도금 후 열처리에 의하여 심선의 표면 경계면에는 1~3㎛의 동-아연 합금층으로 된 제1합금층이 형성되며 최외각에는 3~10㎛의 아연-동 합금층으로 된 제2합금층이 형성된다.

상기와 같이 제1합금층, 제2합금층, 연선의 심선으로 이루어진 중간선재는 세선(연신) 공정을 거치기 전에 도 2의 롤러(16')와 인발장치(14) 사이에 그 중간선재를 지그재그로 구부려 주는 트위스트장치(33)를 통과시킨다

세선 전에 상기와 같이 중간선재를 지그재그로 구부려 주는 트위스트장치(33)를 통과시킨 후, 상기 중간선재는 인발 과정을 거쳐 0.07~0.35㎜의 직경을 갖는 세선으로 만들어진다.

본 실시예는 특히, 중간선재를 세선 인발하기 전에 소정 방향으로 구부려 스트레스를 가함으로써, 도 8과 같이 중간선재의 길이 방향에 대하여 직각 방향으로 제2합금층에 크랙이 추가로 발생하고 그 크랙을 따라 연질의 황동으로 된 심선 금속이 제2합금층의 표면 위까지 용암이 용출되는 형상으로 뚫고 올라와 표면에 다수의 그레인 조각으로 형성된다.

상기 중간선재의 구부림 스트레스 공정에 의하여 방전가공용 전극선의 표면에 황동으로 된 심선 재질이 많이 분포되게 되고, 전극선의 표면에 원주 방향으로 황동 그레인이 일정한 패턴으로 배열되는 형태를 이루게 된다. 상기 황동 그레인의 길이는 폭보다 약 2~10배 크게 형성된다.

상기의 제조방법으로 만들어지는 방전가공용 전극선 표면에는 도 6, 도 10과 같이 심선의 제1금속 성분과 동-아연 합금층으로 된 제1합금층의 금속 성분 및 아연-동 합금층으로 된 제2합금층의 금속 성분 등 3가지 성분비를 갖는 그레인들로 구성된다.

상기 세선 공정으로 가공된 방전가공용 전극선은 300~600℃의 온도 분위기에서 0.05 ~ 3초 이내의 열처리를 추가로 실시하여 심선의 기계적 성질을 안정화시킨다.

이상 설명한 실시예들은 전극선 표면에 상대적으로 무른 심선이 크랙을 따라 뚫고 올라와 노출되어 제2합금층을 감싸는 형태로 그레인을 형성하기 때문에 전극선에서 미세 가루가 적게 발생하고, 제1금속보다 기화 온도가 낮은 제2합금층이 방전시 열에너지의 폭발력을 증가시키기 때문에 가공속도가 빨라지고, 방전가공시 피가공물의 면조도와 가공속도를 극대화하도록 작용한다.

상기 설명된 실시예들에서는 전기도금과 용융도금을 예로 들어 설명하였으나 화학도금 방법을 실시한 후 열처리하여도 동일한 작용효과를 얻을 수 있다.

또, 제1금속으로는 황동 외에 동, 동합금을 이용할 수 있고, 제2금속으로는 은 아연, 알루미늄, 주석 또는 그 합금 등을 이용하여도 된다.

상기 실시예들은 본 발명의 기술 구성 및 제조방법을 한정하는 것이 아니고 본 발명의 기술 사상 및 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시할 수 있다.

1 - 피가공물
2 - 전극선
3 - 공급 릴
4 - 권취릴
5,5'16,16',18 - 롤러
6 - 전원 공급장치
7 - 스타트 홀
10 - 도금조
12 - 심선(중간선재)
14 - 인발장치
22 - 제1합금층
23 - 제2합금층
33 - 트위스트장치

Claims (4)

1. 제1금속으로 이루어진 심선과,
   상기 심선의 외면에 도금되는 제2금속이 상기 심선과 상호 확산에 의해 상기 심선과 제2금속의 경계부에 형성되는 제1합금층과,
   상기 제1금속이 상기 제2금속 방향으로 상호 확산되어 상기 제1합금층의 외곽에 형성되는 제2합금층을 포함하고,
   적어도 상기 심선, 제1합금층, 제2합금층을 포함하는 방전가공용 전극선의 표면에 상기 제2합금층에 형성되는 크랙을 통하여 상기 심선을 이루는 재질이 뚫고 올라와 다수의 그레인을 형성하되, 상기 방전가공용 전극선의 표면에 구성되는 그레인은 적어도 상기 심선, 상기 제2합금층을 이루는 재질로 이루어지는 그레인이 분포되어 구성되는 것을 특징으로 하는 방전가공용 전극선.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1금속은 동, 황동 또는 동 합금 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 제2금속은 아연, 알루미늄, 주석 또는 그 합금 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전가공용 전극선.
3. 제1금속으로 되어 있으며 제1직경으로 된 선재를 심선으로 제공하는 단계와;
   상기 심선에 제2금속을 이용하여 도금하는 단계와,
   상기 도금된 심선을 인장 강도 500N/mm²이하와 연신율 5이상으로 만듬과 동시에 상기 심선과 상기 제2금속의 상호 확산에 의해 적어도 상기 심선과 제2금속의 경계부에 형성되는 제1합금층과, 상기 제1금속이 상기 제2금속 방향으로 확산되어 상기 제1합금층 외곽에 제2합금층이 형성되도록 열처리하는 단계와,
   상기 제1합금층, 제2합금층, 심선을 포함하여 이루어진 방전가공용 전극선을 제2직경으로 만들기 위한 세선 과정에서 상기 방전가공용 전극선의 표면에 상기 심선을 이루는 재질이 제2합금층에 형성되는 크랙을 뚫고 올라와 적어도 상기 심선, 상기 제2합금층을 이루는 재질로 이루어진 그레인을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전가공용 전극선의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1금속은 동, 황동 또는 동 합금 중 어느 하나를 이용하고, 상기 제2금속은 아연, 알루미늄, 주석 또는 그 합금 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 방전가공용 전극선의 제조방법.
   

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