KR20140100796A - 방전가공용 전극선 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

방전 가공시 미세가루가 적게 발생하고 방전 가공시 피가공물의 면조도가 향상되는 방전가공용 전극선과 그 제조방법을 제공한다.
방전가공용 전극선은, 동을 포함하는 제1금속으로 이루어진 제1직경의 선재를 심선으로 제공하는 단계와;
상기 심선에 제2금속을 도금하는 단계와;
상기 제2금속이 도금된 심선을 제2직경으로 세선함과 동시에 그 제2직경의 세선 표면에 표면적을 넓히는 일정한 패턴의 주름을 형성하는 단계와;
상기 심선과 제2금속의 상호 확산에 의해 상기 제2금속이 소실됨과 동시에 그 심선의 외곽에 α+β′상, β상, β′상, γ상, ε상 중 선택되는 어느 하나 이상의 상으로 이루어진 합금층이 형성되도록 열처리하는 단계를 거쳐 제조된다.

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 방전 가공시 미세가루 발생이 적고, 가공속도와 피가공물의 면조도가 향상되는 방전가공용 전극선 및 그 제조방법을 제공하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 방전가공용 전극선을 이용한 방전가공방법은 도 1과 같이 피가공물(1)에 미리 뚫어놓은 스타트 홀(7)에 방전가공용 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 소정 형상으로 피가공물을 가공하는 방법이다.

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

피가공물 이송장치는, 화살표로 나타낸 것처럼 방전가공용 전극선(2)과 직교하는 방향으로 이동되고, 방전가공용 전극선(2)은 공급릴(3)로부터 연속적으로 송출되어, 피가공물의 양단의 가이드 롤러(5,5')를 거쳐 권취릴(4)에 감겨진다.

이때, 피가공물(1)과 방전가공용 전극선(2) 사이에 전원공급장치(6)를 통하여 고주파 전압이 인가되어 절삭가공이 이루어지며, 절삭 가공시 발생하는 열을 냉각하기 위해 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 떨어지는 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 갖고, 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 심선 외곽의 함금도금층이 쉽게 깨져 방전 가공시 미세가루 부스러기가 많이 발생되는 문제점이 있다.

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

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전기도금과 세선 인발을 거친 후에 열처리함으로써 방전가공용 전극선에 계면이 발생하지 않도록 하고, 전극선 주위에 파형의 주름이 형성되도록 한다. 즉, 방전가공용 전극선은 계면이 없이 매끄러운 표면을 갖고 그 표면에 곡면 파형의 주름이 전극선의 길이 방향을 따라 형성되도록 구성한다.

도금층을 60~490℃의 온도로 열처리하여 합금층으로 만들고, 전극선의 인장강도를 400~1100N/mm²로 유지하면서 그 합금층의 표면에 곡면 파형의 주름을 갖는 방전가공용 전극선을 제조함으로써 크랙에 의한 그레인 조각 발생을 근원적으로 차단하고, 주름 형성으로 인한 표면적 증가에 따른 가공속도 및 피가공물의 면조도를 향상시키면서도 미세 가루 발생이 현저히 개선되는 방전가공용 전극선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 계면이 발생하지 않은 방전가공용 전극선을 열처리하는 과정에서 60~490℃의 산화 분위기에서 열처리함으로써 방전가공용 전극선에 합금층과 산화층을 형성하여 가공속도 및 피가공물의 면조도의 향상을 극대화할 수 있는 방전가공용 전극선 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같이 합금층이 형성된 전극선의 표면에 계면(크랙) 형성을 근본적으로 차단하고, 합금층이 형성된 전극선의 표면에 열처리 과정에서 필요에 따라 산화층을 형성하여 줌으로써, 방전가공시 피가공물의 면조도를 높이고 전극선의 미세가루 발생을 억제함과 동시에 빠른 가공속도를 유지할 수 있도록 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 방전 가공의 정밀도를 개선하고 미세 가루 먼지가 적게 발생하는 친환경적인 전극선을 제공하는데 있다.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명의 방전가공용 전극선은, 동을 포함하는 금속으로 이루어진 제1금속의 심선과,

상기 심선의 외면에 도금되는 제2금속이 상기 심선과 상호 확산되어 상기 심선의 외곽에 형성되는 α+β′상, β상, β′상, γ상, ε상 중 선택되는 어느 하나 이상의 상으로 이루어진 합금도금층과,

상기 합금도금층의 표면적을 넓히는 주름을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 심선, 합금도금층은 크랙이 없는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 합금층에 구성되는 주름은 산화층에 의하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 전극선의 인장강도는 400~1100N/mm²인 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.

본 발명의 목적 달성을 위한 방전가공용 전극선의 제조방법은,

동을 포함하는 제1금속으로 이루어진 제1직경의 선재를 심선으로 제공하는 단계와;

상기 심선에 제2금속을 도금하는 단계와;

상기 제2금속이 도금된 심선을 제2직경으로 세선함과 동시에 그 제2직경의 세선 표면에 표면적을 넓히는 일정한 패턴의 주름을 형성하는 단계와;

상기 심선과 제2금속의 상호 확산에 의해 상기 제2금속이 소실됨과 동시에 그 심선의 외곽에 α+β′상, β상, β′상, γ상, ε상 중 선택되는 어느 하나 이상의 상으로 이루어진 합금층이 형성되도록 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적 달성을 위한 방전가공용 전극선의 또 다른 제조방법은,

동을 포함하는 제1금속으로 이루어진 제1직경의 선재를 심선으로 제공하는 단계와;

상기 심선에 제2금속을 도금하는 단계와,

상기 제2금속이 도금된 심선을 제2직경으로 세선하는 단계와,

상기 심선과 제2금속의 상호 확산에 의해 상기 제2금속이 소실됨과 동시에 그 심선의 외곽에 α+β′상, β상, β′상, γ상, ε상 중 선택되는 어느 하나 이상의 상으로 이루어진 합금층이 형성되도록 열처리하되, 상기 열처리는 산화 분위기에서 이루어져 상기 합금층 외곽에 표면적을 넓히는 일정한 패턴의 주름진 산화층을 동시에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 열처리 단계는 1~120시간 동안 60~490℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 도금은 전기 도금법으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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

상기 제1직경의 심선은 0.9~1.2mm, 제2직경의 심선은 전극선의 완제품 규격인 0.07~0.35mm로 형성한다.

상기 합금층은 5~25㎛정도로 형성한다.

상기 합금층은 세선 후 열처리 단계에서 심선 선재의 가장자리에 제1금속과 제2금속의 상호확산반응에 의해 제2금속의 성분이 제1금속의 방향으로 확산되어 심선의 외각에서 심선 중심방향으로 α+β′상,β상, β′중 선택되는 어느 하나 이상의 상으로 이루어진 1~3㎛ 두께의 제1합금층과, 제1합금층 외곽에 제1금속과 제2금속의 상호확산반응에 의해 제1금속의 성분이 제2금속의 방향으로 확산되어 심선인 제1금속보다 기화온도가 낮고, 제2금속의 기화 온도보다 높은 γ상 또는/및ε상의 4~24㎛ 두께의 제2합금층으로 이루어진다.

본 발명의 방전가공용 전극선은 세선 인발 후에 60~490℃의 온도로 열처리되기 때문에 방전가공용 전극선에 크랙이 발생하지 않아 방전 가공시 전극선으로 부터 떨어지는 미세 조각 발생을 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또, 방전 가공시 미세 조각 발생이 억제되면 방전가공시 미세 조각으로 인한 재방전을 방지하고 전극선이 통과하는 다이아몬드 가이드 다이스 홀이 미세 조각에 의하여 메워지는 것을 방지할 수 있다.

또, 방전가공용 전극선의 길이 방향으로 표면에 일정한 곡면 파형의 주름이 구성되기 때문에 표면적이 증가하여 가공속도 및 피가공물의 면조도를 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

특히, 본 발명의 방전 가공용 전극선은 크랙 즉, 계면이 없고 표면에 주름진 형태의 산화층이 형성되기 때문에 피가공물의 면조도를 극대화하고 가공속도를 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

이러한 면조도 및 가공속도의 개선은 한정된 선경에서 표면적이 커진 전극선으로부터 미세 조각이 적게 발생하고, 제1금속보다 기화 온도가 낮은 제2합금층이 산화층과 상호 작용하여 방전시 열에너지의 폭발력을 증가시키기 때문인 것으로 판단된다.

도 1은 일반적인 방전가공기의 기술 구성 및 그 원리를 설명하기 위한 개략도이고,
도 2는 본 발명의 실시예 1의 방전가공용 전극선의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 실시예 1의 방전가공용 전극선의 제품을 나타내는 사진이고,
도 4는 본 발명의 실시예 2의 방전가공용 전극선의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 도면이고,
도 5는 본 발명의 실시예2의 방전가공용 전극선의 제품을 나타내는 사진이다.

본 발명의 방전가공용 전극선은 도 2와 같이 약 0.25mm의 직경으로 세선된 동 65중량%, 아연 35중량%의 황동 심선(21)이 구성된다. 상기 세선 된 황동 심선(21)에는 1~3㎛ 두께의 제1합금층(22)과, 4~24㎛ 두께의 제2합금층(23)으로 이루어진 합금층(50)이 형성되고, 상기 합금층의 표면에는 곡면 파형의 주름(23a)이 형성된다. 상기 곡면 파형의 주름은 도금된 심선을 세선하는 과정에서 도시되지 않은 별도의 주름 형성 다이스 롤러를 이용하여 형성할 수 있다.

또, 본 발명의 방전가공용 전극선의 다른 예의 구조는 도 4와 같이 약 0.25mm의 직경으로 세선된 동 65중량%, 아연 35중량%의 황동 심선(21)이 구성된다. 상기 세선 된 황동 심선(21)에는 1~3㎛ 두께의 제1합금층(22)과, 4~24㎛ 두께의 제2합금층(23)으로 이루어진 합금층(50)이 형성되고, 상기 합금층의 표면에는 곡면 파형의 주름(24a)를 갖는 산화층(24)이 형성된다. 상기 산화층에 형성되는 주름(24a)은 산화층 형성 조건을 적절히 컨트롤하여 얻을 수 있다.

특히, 본 발명의 방전가공용 전극선은 아연이 도금된 심선을 세선한 후 60~490℃의 낮은 온도에서 일정 시간 열처리하여 심선과 아연 금속의 상호 확산 반응에 의하여 심선의 외층에 합금층이 형성되기 때문에 계면이나 크랙이 전혀 발생하지 않을 뿐만 아니라 전극선의 인장 강도를 400~1100N/mm²로 유지할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 방전가공용 전극선은 2차로 추가 열처리 단계를 거쳐 기계적 성질을 더욱 안정화시킬 수 있다.

도 3은 표면에 산화층이 형성되지 않은 본 발명의 방전가공용 전극선을 나타내는 사진이고, 도 5는 표면에 산화층이 형성된 본 발명의 방전가공용 전극선을 나타내는 사진이다.

도 3 및 도 5를 참조하면 표면에 크랙이나 크랙이 발생한 흔적(계면)이 보이지 않고 매끄러운 상태를 유지하면서 표면에 전극선의 길이 방향을 따라 일정한 패턴으로 길게 주름이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

상기 심선(21)의 재료는 동 또는 황동 등 동을 포함하는 금속이면 충분하고, 이 심선(21)을 통해서 전극선으로써 요구되는 전기 전도도 및 기계적 강도가 충족되며 제2합금층(23)은 아연과 같이 심선(21)에 사용되는 재료보다 용융점 및 기화 온도가 낮은 재료를 사용하여 방전가공시 심선을 보호하고 가공속도를 개선시킨다.

도금에 사용되는 재료에 요구되는 성질은 용융점 및 기화 온도가 심선보다 낮고, 동 또는 황동의 심선 금속에 전기 도금될 수 있으며, 전기 도금 후 열처리 과정에서 확산반응을 통해 비교적 기화 온도가 낮은 합금층을 형성할 수 있는 금속이어야 한다. 이러한 금속으로는 아연, 알루미늄, 주석 등이 포함된다.

도 2 내지 도 5와 같이 주름진 표면이 크랙 없이 균일하여 방전가공시 전극선에서 심선 및 합금층의 부스러기 등이 발생할 가능성이 적고, 피가공물의 면조도가 증가한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 방전가공용 전극선의 제조방법 및 작용 효과는 실시예 1, 2를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

동 65중량%와 아연 35중량%의 성분비를 갖는 제1금속의 황동선을 직경 0.9㎜의 심선(중간선재)으로 준비한다.

상기 심선은 알칼리 탈지 욕조를 통과하고 수세한 후 산성 세정하고 다시 수세하는 과정을 거친다.

상기 세정된 심선에 제2금속인 아연을 이용하여 선속 20m/min 속도로 770A의 전류를 가하여 소정 두께로 전기 아연도금을 실시한다.

이어서, 상기 전기 아연도금된 중간선재를 0.25mm 선경을 갖도록 인발 세선하여 중간선재를 제조한다.

상기 인발 세선 과정에서 도시되지 않은 주름 형성 다이스(또는 주름 형성용 지그)를 통과시켜 중간선재의 표면에 일정한 패턴의 파형 주름이 형성되도록 한다.

상기 중간선재의 표면에 형성되는 파형 주름은 완제품 선경을 유지하는 세선의 표면에 물결 모양으로 음각 되는 형태로 형성된다.

이어서, 상기와 같이 세선하여 강선화된 완제품 선경의 중간선재를 1~120시간 동안 60~490℃의 온도에서 열처리한다.

상기 열처리에 의하여 심선(제1금속)과 전기 아연도금된 제2금속과의 경계면에서는 상호확산반응에 의해 동-아연의 α+β′상,β상, β′중 선택되는 어느 하나 이상의 상으로 이루어진 제1합금층(22)과, 그 합금층의 외곽에는 아연-동의 γ상 또는/및ε상의 제2합금층(23)으로 이루어진 합금층(50)이 형성된다.

상기 합금층(50)은 제2금속이 소실되면서 제1금속과 상호 열확산에 의하여 형성되는 것으로서 열확산이 일어나기 전에 형성된 주름 패턴(23a)의 모양은 그대로 유지된다.

도 2의 모식도는 합금층(50)을 구성하는 제1합금층(22)과 제2합금층(23)의 경계부가 점선으로 구분되어 있으나 주름 패턴이나 합금층의 확산 두께에 따라 제1합금층(22)과 제2합금층(23)을 구분하는 경계부의 형상이나 위치가 달라질 수 있다.

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

상기 전기 아연도금 및 상호확산에 의해 심선의 경계면 즉, 심선의 외곽에는 α+β′상, β상, β′상, γ상, ε상 중 선택되는 어느 하나 이상의 상으로 이루어진 합금층(50)이 형성된다.

상기 합금층(50)을 구성하는 제1합금층은 심선을 구성하는 제1금속과 전기도금 물질인 아연, 즉, 제2금속의 상호확산반응에 의해 형성되며 제2합금층은 심선을 구성하는 제1금속 금속성분이 전기 아연도금된 제2금속 방향으로 상호확산 작용에 의해 형성된다.

상기와 같은 심선에 합금층이 형성되는 전극선은 세선 공정을 거친 후 열처리 되기 때문에 도 3과 같이 일정한 패턴으로 주름진 표면에 크랙이 발생하지 않고 인장 강도가 400~1100N/mm²로 유지되는 장점이 있다.

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

상기와 같이 제조된 방전가공용 전극선을 이용하여 방전가공한 피가공물 샘플 2개와 종래의 브라스 와이어(brass wire) 전극선을 이용하여 방전가공한 피가공물의 가공속도, 표면 거칠기 등을 비교한 측정 결과를 표1에 나타냈다.

피가공물은 두께 40mm의 금속(SKD-11) 판재의 중앙에 스타트 홀을 뚫고 방전가공하여 가로 20mm, 세로10mm, 두께 40mm의 육면체를 이루도록 가공하여 각각 피가공물의 가공속도와 표면 거칠기 등을 비교하였다.

표에 기재된 피가공물의 전면, 후면은 피가공물의 20mm 부분의 양면을 의미하고, 1차에서 3차 커팅은 피가공물을 초벌 커팅한 후 그 커팅된 부분을 따라 3회에 걸쳐 순차 다듬질하는 것을 의미한다.

구분		실시예1(샘플1)	실시예1(샘플2)	종래 Brass Wire
초벌 커팅시간		18분33초	18분28초	20분22초
1차다듬기 커팅시간		12분43초	12분51초	12분57초
2차다듬기 커팅시간		8분25초	8분25초	8분29초
3차다듬기 커팅시간		8분51초	8분14초	9분42초
전체 커팅시간		48분32초	47분58초	51분30초
커팅 시간 비율		106%	107%	100%
표면 거칠기(ra)	전면	0.288	0.287	0.395
	후면	0.272	0.293	0.374

상기 표에서 알 수 있는 것처럼 실시예 1의 방전가공용 전극선은 방전 가공시 피가공물의 가공속도가 다소 증가함에도 불구하고 면조도가 상당히 개선되는 것을 알 수 있다.

[실시예 2]

동 65중량%와 아연 35중량%의 성분비를 갖는 제1금속의 황동선을 직경 0.9㎜의 심선(중간선재)으로 준비한다.

상기 심선은 알칼리 탈지 욕조를 통과하고 수세한 후 산성 세정하고 다시 수세하는 과정을 거친다.

상기 세정된 심선에 제2금속인 아연을 이용하여 선속 20m/min 속도로 770A의 전류를 가하여 소정 두께로 전기 아연도금을 실시한다.

이어서, 상기 전기 아연도금된 중간선재를 0.25mm 선경을 갖도록 인발 세선하여 중간선재를 제조한다.

이어서, 상기와 같이 세선하여 강선화된 중간선재를 60~490℃의 산화 분위기에서 1~120시간 동안 열처리한다.

특히, 열처리 과정에서 도 4의 산화층(24)이 형성될 때 산화층 형성 조건을 적절히 컨트롤하여 산화층(24) 표면에 전극선의 길이 방향으로 일정한 패턴의 파형의 주름(24a)이 형성되도록 한다.

상기 파형의 주름은 전기 아연도금층 내로 소정 깊이까지 산소가 확산 침투하여 산화층이 형성되는 과정에서 산소 분위기의 온도, 시간, 산소의 투입량 등의 조건에 따라 합금층이 형성됨과 동시에 그 형태가 결정된다.

즉, 상기 패턴의 산화층 형성과 함께 열처리 과정에서 심선(제1금속)과 전기 아연도금된 제2금속과의 경계면에서는 상호확산반응에 의해 합금층(50)이 형성된다.

합금층(50)은 제1금속과 제2금속의 상호 확산에 의해 심선의 경계면에는 1~3㎛의 동-아연으로 된 α+β′상,β상, β′중 선택되는 어느 하나 이상의 상을 갖는 제1합금층(22)과, 제1합금층의 외곽에는 4~24㎛의 아연-동으로 된 γ상 또는/및ε상을 갖는 제2합금층(23)으로 이루어지고, 합금층의 외곽에 파형의 주름(24a)을 갖는 산화층(24)이 형성된다. 이때 본 발명의 산화 분위기의 열처리 조건 범위 내에서 열처리 시간이 길수록 또는 및 열처리 온도가 높을수록 주름의 깊이가 깊어지고, α상에 가까운 합금층이 형성되는 것을 알 수 있었다.

반대로 열처리 시간이 짧고 열처리 온도가 낮을수록 산화층의 주름 깊이가 낮아지고, ε상에 가까운 합금층이 형성되는 것을 알 수 있었다.

상기 합금층을 구성하는 외곽의 제2합금층은 가장 경도가 높은 부분이며 심선보다 연신율이 매우 낮다.

상기 합금층의 형성과 함께 제2합금층의 표면에는 주름(24a)이 형성된 산화층(24)이 형성된다. 상기 합금층(50)의 표면에 형성되는 산화층으로 이루어진 주름(24a)은 물결이나 파도 모양으로 음각 되는 형태로 형성된다.

상기와 같이 제조되는 방전가공용 전극선은 세선 공정을 거친 후 열처리 되기 때문에 도 5와 같이 표면에 크랙이나 계면이 발생하지 않고, 인장 강도가 400~1100N/mm²로 유지되는 장점이 있다.

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

상기와 같이 제조된 방전가공용 전극선을 이용하여 방전가공한 피가공물 샘플 2개와 종래의 브라스 와이어(brass wire) 전극선을 이용하여 방전가공한 피가공물의 가공속도, 표면 거칠기 등을 비교한 측정 결과를 표2에 나타냈다.

피가공물은 두께 40mm의 금속(SKD-11) 판재의 중앙에 스타트 홀을 뚫고 방전가공하여 가로 20mm, 세로10mm, 두께 40mm의 육면체를 이루도록 가공하여 각각 피가공물의 가공속도와 표면 거칠기 등을 비교하였다.

표에 기재된 피가공물의 전면, 후면은 피가공물의 20mm 부분의 양면을 의미하고, 1차에서 3차 커팅은 피가공물을 초벌 커팅한 후 그 커팅된 부분을 따라 3회에 걸쳐 순차 다듬질하는 것을 의미한다.

구분		실시예2(샘플1)	실시예2(샘플2)	종래 Brass Wire
초벌 커팅시간		19분22초	19분14초	20분22초
1차다듬기 커팅시간		12분35초	12분29초	12분57초
2차다듬기 커팅시간		8분42초	8분27초	8분29초
3차다듬기 커팅시간		9분33초	9분26초	9분42초
전체 커팅시간		50분12초	49분36초	51분30초
커팅 시간 비율		103%	104%	100%
표면 거칠기(ra)	전면	0.279	0.259	0.395
	후면	0.247	0.256	0.374

상기 표에서 알 수 있는 것처럼 실시예 2의 방전가공용 전극선은 방전 가공시 피가공물의 가공속도가 상당히 증가함에도 불구하고 면조도가 크게 개선되는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 실시예 1,2는 전극선 표면이 크랙 없이 매끄럽고, 표면에 형성된 주름에 의하여 전극선의 표면적이 커지므로 미세 조각이 적게 발생하고, 피가공물의 가공속도 및 면조도의 향상을 꾀할 수 있다.

또, 실시예 1,2의 제1금속으로는 황동 외에 동, 동합금을 이용할 수 있고, 제2금속으로는 은 아연, 알루미늄, 주석 또는 그 합금 등을 이용하여도 된다.

상기 실시예들은 본 발명의 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' - 롤러
6 - 전원 공급장치
7 - 스타트 홀
21 - 심선
22 - 제1합금층
23 - 제2합금층
23a,24a - 주름
24 - 산화층
50 - 합금층

Claims (11)

1. 동을 포함하는 금속으로 이루어진 제1금속의 심선과,
   상기 심선의 외면에 도금되는 제2금속이 상기 심선과 상호 확산되어 상기 심선의 외곽에 형성되는 α+β′상, β상, β′상, γ상, ε상 중 선택되는 어느 하나 이상의 상으로 이루어진 합금층과,
   상기 합금층의 표면적을 넓히는 주름을 구비하는 것을 특징으로 하는 방전가공용 전극선.
2. 제1항에 있어서,
   상기 심선, 합금층은 크랙이 없는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전가공용 전극선.
3. 제1항에 있어서,
   상기 합금층에 구성되는 주름은 산화층에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방전가공용 전극선.
4. 제3항에 있어서,
   상기 전극선의 인장강도는 400~1100N/mm²인 것을 특징으로 하는 방전가공용 전극선.
5. 제1항 내지 제4항에 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.
6. 동을 포함하는 제1금속으로 이루어진 제1직경의 선재를 심선으로 제공하는 단계와;
   상기 심선에 제2금속을 도금하는 단계와;
   상기 제2금속이 도금된 심선을 제2직경으로 세선함과 동시에 그 제2직경의 세선 표면에 표면적을 넓히는 일정한 패턴의 주름을 형성하는 단계와;
   상기 심선과 제2금속의 상호 확산에 의해 상기 제2금속이 소실됨과 동시에 그 심선의 외곽에 α+β′상, β상, β′상, γ상, ε상 중 선택되는 어느 하나 이상의 상으로 이루어진 합금층이 형성되도록 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 방전가공용 전극선의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2직경의 세선 표면에 형성되는 주름은 상기 세선을 주름 형성용 지그에 통과시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 방전가공용 전극선의 제조방법.
8. 동을 포함하는 제1금속으로 이루어진 제1직경의 선재를 심선으로 제공하는 단계와;
   상기 심선에 제2금속을 도금하는 단계와,
   상기 제2금속이 도금된 심선을 제2직경으로 세선하는 단계와,
   상기 심선과 제2금속의 상호 확산에 의해 상기 제2금속이 소실됨과 동시에 그 심선의 외곽에 α+β′상, β상, β′상, γ상, ε상 중 선택되는 어느 하나 이상의 상으로 이루어진 합금층이 형성되도록 열처리하되, 상기 열처리는 산화 분위기에서 이루어져 상기 합금층 외곽에 표면적을 넓히는 일정한 패턴의 주름진 산화층을 동시에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전가공용 전극선의 제조방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 열처리 단계는 1~120시간 동안 60~490℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전가공용 전극선의 제조방법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 도금은 전기 도금법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전가공용 전극선의 제조방법.
11. 제8항에 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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