KR20190023783A - 와이어 방전 가공용 전극선 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 와이어 방전 가공용 전극선 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 구리-지르코늄 합금 재질의 전극선 표면에 다층의 아연이 코팅된 와이어 방전 가공용 전극선 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 의한 와이어 방전 가공용 전극선의 일 양태는, 구리-지르코늄 합금의 재질의 심선이 제조되는 심선 제조 단계; 아연이, 심선의 외면에 코팅되어 제1코팅층이 형성되는 제1코팅층 형성 단계; 제1코팅층이 형성된 심선이, 심선과 제1코팅층 사이의 부착력을 증가시키기 위하여 열처리되는 1차 열처리 단계; 아연이, 열처리된 제1코팅층의 외면에 추가적으로 코팅되는 제2코팅층 형성 단계; 제1 및 제2코팅층이 형성된 심선이, 신선가공되는 1차 신선가공 단계; 제1 및 제2코팅층이 형성된 심선이, 1차 신선가공 후 열처리 되는 2차 열처리 단계; 및 제1 및 제2코팅층이 형성된 심선이, 2차 열처리 후 2차 신선가공되는 2차 신선가공 단계(S700); 를 포함한다.

Description

와이어 방전 가공용 전극선 및 그 제조 방법{ELECTRODE WIRE FOR USE IN ELECTRIC DISCHARGE MACHINING PROCESS FOR PREPARING SAME}
본 발명은 와이어 방전 가공용 전극선 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구리-지르코늄 합금 재질의 전극선 표면에 다층의 아연이 코팅된 와이어 방전 가공용 전극선 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
와이어 방전 가공은, 가늘고 연속적으로 움직이는 와이어를 전극선으로 활용한 가공으로써, 전극선으로 구리선 또는 구리-아연 합금선이 주로 사용된다. 최근에는, 방전 가공 시 난삭소재 사용으로 인하여, 빠르고 정밀한 가공성이 요구됨에 따라, 전극선의 극세화 및 높은 인장강도가 요구되고 있어 강 재질의 심선에 구리-아연 합금을 코팅한 스틸 코어 전극선이 전극선으로 적용되고 있다. 그러나, 스틸 코어 전극선은 강선의 전기전도도가 낮아, 방전 가공의 효율이 저하되는 단점이 있다.
따라서, 와이어 방전 가공 전극선으로 인장강도 및 전기전도도가 우수한 구리-지르코늄 합금을 적용하고 있으나, 구리-지르코늄 합금의 경우, 지르코늄 첨가로 인한 금속간 화합물의 형성으로, 신선가공성이 저하되는 단점이 있다. 따라서, 와이어 방전 가공 전극선으로 적용가능한 인장강도를 확보함과 동시에, 신선가공성이 향상시키는 와이어 방전 가공 전극선 제조 기술의 개발이 필요한 실정이다.
한편, 선행기술문헌 1(대한민국 등록특허공보 제10-0543847호, 명칭: 방전가공용 전극선 및 그 제조 방법)에는 금속 재질의 심선에 구리-아연 합금이 코팅된 방전가공용 전극선 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 또한 선행기술문헌 2(대한민국 등록특허공보 제10-0345958호, 명칭: 지르코늄이 함유된 와이어 방전 가공용 전극선과 그 제조방법)에는, 강선에 제1 코팅층으로는 구리, 제2 코팅층으로는 지르코늄-황동 합금이 코팅된 와이어 방전 가공용 전극선 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 그리고 선행기술문헌 3(일본 공개특허공보 특개2001-269820호, 명칭: 와이어 방전 가공용 전극선의 제조 방법)에는 구리-지르코늄 합금의 표면에 제1 코팅층으로는 아연, 제2 코팅층으로는 아연-구리 합금이 코팅된 와이어 방전 가공용 전극선의 제조방법이 개시되어 있고, 선행기술문헌 4(일본 공개특허공보 특개2007-136579호, 명칭: 와이어 방전 가공용 피복 전극선 및 그 제조 방법)에는 구리-지르코늄 합금의 표면에 농도구배를 갖는 아연으로 구성된 제 1코팅층, 아연-구리 합금으로 구성된 제2 코팅층이 코팅된 와이어 방전 가공용 전극선 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 선행기술문헌 1 내지 3에서는, 표면에 합금층을 코팅하는 과정에서 높은 온도의 열처리 공정이 수반되어야 하므로, 제조 비용이 증가하고 공정이 복잡해지는 우려가 있다. 또한, 선행기술문헌 4의 경우, 0.02at% 내지 0.25at%의 지르코늄 및 나머지 at%의 구리로 와이어 방전 가공용 전극선의 심선이 제조되는데, 이 때, 미량의 지르코늄 첨가로 인한 금속간 화합물 형성으로 심선의 인장강도가 급격히 증가하여 선재의 신선 가공성이 저하될 우려가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상대적으로 낮은 온도의 범위에서 코팅이 이루어지고, 와이어 방전 가공용 전극선에 요구되는 인장강도를 확보함과 동시에 신선 가공성이 향상된 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법을 제공하고자 한다.
대한민국 등록특허공보 제10-0543847호(명칭: 방전가공용 전극선 및 그 제조 방법) 대한민국 등록특허공보 제10-0345958호(명칭: 지르코늄이 함유된 와이어 방전가공용 전극선과 그 제조방법) 일본 공개특허공보 특개2001-269820호(명칭: 와이어 방전 가공용 전극선의 제조 방법) 일본 공개특허공보 특개2007-136579호(명칭: 와이어 방전 가공용 피복 전극선 및 그 제조 방법)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술에 의한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 인장강도가 향상된 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 전기전도도가 향상된 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 방전 가공 속도가 향상된 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법은, 구리-지르코늄 합금의 재질의 심선이 제조되는 (1) 단계; 아연이, 심선의 외면에 코팅되어 제1코팅층이 형성되는 (2) 단계; 제1코팅층이 형성된 심선이, 심선과 제1코팅층 사이의 부착력을 증가시키기 위하여 열처리되는 (3) 단계; 아연이, 열처리된 제1코팅층의 외면에 추가적으로 코팅되는 (4) 단계; 제1 및 제2코팅층이 형성된 심선이, 신선가공되는 (5) 단계; 를 포함한다.
그리고, 상기 (1) 단계에서, 상기 심선은, 0.25at% 내지 5at%의 지르코늄과 나머지 at%의 구리로 구성된 구리-지르코늄 합금으로 제조된다.
또한, 본 발명의 실시예는, 제1 및 제2코팅층이 형성된 심선이, 1차 신선가공 후 열처리 되는 (6) 단계; 및 제1 및 제2코팅층이 형성된 심선이, 2차 열처리 후 2차 신선가공되는 (7) 단계; 를 더 포함한다.
또한, 상기 (2) 및 (4) 단계에서, 상기 아연은, 동일한 두께로 상기 심선의 외면에 코팅된다.
그리고, 상기 (6) 단계에서, 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선은, 상기 (3) 단계에 비하여 상대적으로 낮은 온도 범위에서 열처리된다.
또한, 상기 (3) 단계에서, 제1코팅층이 형성된 상기 심선은, 150℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 열처리되고, 상기 (6) 단계에서, 상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선은, 100℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 열처리 된다.
그리고, 상기 (7) 단계에서, 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선은, 상기 (5) 단계에서, 상기 제1코팅층이 형성된 상기 심선이 신선가공되는 직경에 비하여 상대적으로 작은 직경으로 신선가공된다.
또한, 상기 (5) 단계에서, 제1코팅층이 형성된 상기 심선은, 0.5mm의 직경으로 신선가공되고, 상기 2차 (7) 단계에서, 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선은, 0.05mm 내지 0.25mm의 직경으로 신선가공된다.
본 발명의 실시예에 의한 와이어 방전 가공용 전극선 및 그 제조 방법에서는, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
먼저 본 발명의 실시예에서는, 인장강도가 우수한 구리-지르코늄 합금이 와이어 방전 가공용 전극선의 심선으로 사용된다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 인장강도가 향상된 와이어 방전 가공용 전극선을 제조할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 실시예에서는, 전기전도성이 우수한 구리-지르코늄 합금이 와이어 방전 가공용 전극선의 심선으로 사용된다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 전기전도도가 향상된 와이어 방전 가공용 전극선을 제조할 수 있게 된다.
그리고 본 발명의 실시예에서는, 방전 가공 속도가 향상의 효과가 있는 아연이 심선에 코팅되어 와이어 방전 가공용 전극선이 제조된다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 방전 가공 속도가 향상된 와이어 방전 가공용 전극선을 제조할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법을 보인 플로우 차트.
도 2는 본 발명의 제조예 및 비교예 1 내지 3에 의하여 제조된 와이어 방전 가공용 전극선의 가공 속도를 비교한 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 와이어 방전 가공용 전극선의 단면을 보인 사진.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 실시예에 의한 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법은, 심선 제조 단계(S100), 제1코팅층 형성 단계(S200), 1차 열처리 단계(S300), 제2코팅층 형성 단계(S400), 1차 신선가공 단계(S500), 2차 열처리 단계(S600) 및 2차 신선가공 단계(S700)를 포함한다.
보다 상세하게는, 본 실시예에서, 상기 심선 제조 단계(S100)에서는, 0.25 내지 5at%의 지르코늄과 나머지 at%의 구리가 혼합되어 제조된 구리-지르코늄 합금으로 와이어 방전 가공용 전극선 심선이 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 와이어 방전 가공용 전극선 심선의 직경은, 0.9mm 일 수 있다.
그리고 상기 제1코팅층 형성 단계(S200)에서는, 아연이, 유분 및 금속 이물질이 제거된 상기 심선의 외면에 코팅된다. 예를 들면, 아연은, 도금속도 15m/min, 180A의 인가전류, 3.4V 전압 하에서 상기 심선의 외면에 코팅될 수 있다. 이 때, 상기 제1코팅층은, 3μm 내지 30μm의 두께로 형성될 수 있다.
또한 상기 1차 열처리 단계(S300)에서는, 상기 제1코팅층이 형성된 심선이, 심선과 제1코팅층 사이의 부착력을 증가시키기 위하여 열처리된다. 예를 들면, 제1코팅층이 형성된 심선은, 150℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 4시간 내지 15시간 동안 확산 열처리 될 수 있다.
그리고, 상기 제2코팅층 형성 단계(S400)에서는, 아연이, 상기 열처리된 제1코팅층의 외면에 추가적으로 코팅된다. 예를 들면, 아연은, 도금속도 15m/min, 180A의 인가전류, 3.4V 전압 하에서 상기 열처리된 제1코팅층의 외면에 코팅될 수 있다. 이 때, 상기 제2코팅층은, 상기 제1코팅층에 비하여 상대적으로 얇은 두께, 예를 들면, 2μm 내지 29μm의 두께로 형성되어, 작은 직경의 와이어 방전 가공용 전극선을 제조될 수 있다.
또한, 상기 1차 신선가공 단계(S500)에서는, 상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선이, 신선가공된다. 이 때, 상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선은, 0.5mm의 직경으로 신선가공 될 수 있다.
그리고, 상기 2차 열처리 단계(S600)에서는, 상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선이, 1차 신선가공 후 저온 열처리 된다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선은, 상기 1차 열처리 단계(S300)에 비하여 상대적으로 낮은 온도, 예를 들면, 100℃ 내지 200℃ 온도 범위에서. 1시간 내지 10시간 이내의 시간 동안 열처리될 수 있다.
마지막으로, 상기 2차 신선가공 단계(S700)에서는, 상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선이, 2차 열처리 후 신선가공되어, 최종적으로 와이어 방전 가공용 전극선이 제조된다. 예를 들면, 상기 2차 열처리 단계(S600)에서 상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선은, 상기 1차 신선가공 단계(S500)에 비하여 상대적으로 작은 직경, 예를 들면, 0.05mm 내지 0.25mm의 직경으로 신선가공 될 수 있다.
이하에서는 본 발명을 제조예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 이들 제조예는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 제조예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예
<제조예>
제조예에서는, 상기 심선 제조 단계(S100)에서, 5at%의 지르코늄과 95at%의 구리가 혼합되어 제조된 구리-지르코늄 합금으로 직경이 0.9mm인 심선이 제조되었다.
다음으로, 상기 제1코팅층 형성 단계(S200)에서는, 아연이, 유분 및 금속 이물질이 제거된 상기 심선의 외면에, 도금속도 15m/min, 180A의 인가전류, 3.4V 전압 하에서 30μm 두께로 코팅되었다.
그리고, 상기 1차 열처리 단계(S300)에서는, 상기 제1코팅층이 형성된 상기 심선이, 아르곤-수소 분위기에서 350℃의 온도에서, 4시간 동안 열처리 되었다.
또한, 제2코팅층 형성 단계(S400)에서는, 아연이, 상기 열처리된 제1코팅층의 외면에, 도금속도 15m/min, 180A의 인가전류, 3.4V 전압 하에서 그 표면에 7μm 두께로 코팅되었다.
그리고, 1차 신선가공 단계(S500)에서는, 상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선이, 0.5mm의 직경으로 신선가공 되었다.
또한, 2차 열처리 단계(S600)에서는, 상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선이, 1차 신선가공 후 150℃의 온도에서, 5시간 동안 열처리 되었다.
마지막으로, 2차 신선가공 단계(S700)에서는, 상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선이, 2차 열처리 후 0.25mm의 직경으로 신선가공되어, 최종적으로 와이어 방전 가공용 전극선이 제조되었다.
<비교예 1>
비교예 1에서는, 제조예과 동일하게 와이어 방전 가공용 전극선을 제조하되, 제2코팅층 형성 단계(S400)가 진행되지 않음으로써, 1개의 코팅층이 형성된 와이어 방전 가공용 전극선이 제조되었다. 이 때, 아연은 제조예의 제1 및 제2 코팅층을 합한 두께로 코팅되었다.
<비교예 2>
비교예 2에서는, 제조예과 동일하게 와이어 방전 가공용 전극선을 제조하되, 상기 심선 제조 단계(S100)에서, 0.8at%의 탄소와 나머지 철이 혼합되어 제조된 스틸 코어 재질로 심선이 제조되었다. 또한, 제2코팅층 형성 단계(S400)가 진행되지 않음으로써, 1개의 코팅층이 형성된 와이어 방전 가공용 전극선이 제조되었다.
<비교예 3>
비교예 3에서는, 제조예과 동일하게 와이어 방전 가공용 전극선을 제조하되, 상기 심선 제조 단계(S100)에서, 0.8at%의 탄소와 나머지 철이 혼합되어 제조된 스틸 코어 재질의 심선이 제조되었다. 또한, 제1코팅층 형성 단계(S200)에서, 60at%의 구리와 40at%의 아연으로 구성된 구리-아연 합금이 전극선에 코팅되고, 제2코팅층 형성 단계(S400)가 진행되지 않음으로써, 1개의 코팅층이 형성된 와이어 방전 가공용 전극선이 제조되었다.
실험예
<실험예 1>
상기 제조예 및 비교예 1에 의하여 제조된 와이어 방전 가공용 전극선의 인장강도는 아래의 [표 1]과 같다.
인장강도(MPa)
제조예 1835
비교예 1 1822
비교예 2 1578
비교예 3 1422
[표 1]을 참조하면, 제조예의 경우, 비교예 1 내지 3에 비하여 인장강도가 향상된 것을 확인할 수 있다.
<실험예 2>
상기 제조예 및 비교예 1 내지 3에 의하여 제조된 와이어 방전 가공용 전극선의 전기전도도는 아래의 [표 2]와 같다.
전기전도도(% IACS)
제조예 29.1
비교예 1 28.7
비교예 2 19.2
비교예 3 15.6
[표 2]를 참조하면, 제조예의 경우, 비교예 1 내지 3에 비하여 전기전도도가 향상된 것을 확인할 수 있다.
<실험예 3>
상기 제조예 및 비교예 1 내지 3에 의하여 제조된 와이어 방전 가공용 전극선의 CuW 샘플 가공 후 표면조도는 아래의 [표 3]과 같다.
표면조도(μm)
제조예 0.25
비교예 1 0.28
비교예 2 0.26
비교예 3 0.27
[표 3]을 참조하면, 제조예의 경우 비교예 2 및 3에 비하여 표면조도가 저하되어, 플러싱 효율이 향상된 것을 확인할 수 있다.
<실험예 4>
상기 제조예 및 비교예 1 내지 3에 의하여 제조된 와이어 방전 가공용 전극선의 CuW 샘플 가공 시의 가공 속도를 분석을 수행하였고, 그래프를 도 2에 첨부하였다.
도 2를 참조하면, 제조예의 경우 비교예 1 내지 3에 비하여 가공 속도가 향상된 것을 확인할 수 있다.

Claims (11)

  1. (1) 구리-지르코늄 합금의 재질의 심선이 제조되는 심선 제조 단계(S100);
    (2) 아연이, 상기 심선의 외면에 코팅되어 제1코팅층이 형성되는 제1코팅층 형성 단계(S200);
    (3) 상기 제1코팅층이 형성된 상기 심선이, 상기 심선과 제1코팅층 사이의 부착력을 증가시키기 위하여 열처리되는 1차 열처리 단계(S300);
    (4) 아연이, 열처리된 상기 제1코팅층의 외면에 추가적으로 코팅되어 제2코팅층이 형성되는 제2코팅층 형성 단계(S400); 및
    (5) 상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선이, 신선가공되는 1차 신선가공 단계(S500); 를 포함하는 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 심선 제조 단계(S100)에서,
    상기 심선은, 0.25at% 내지 5at%의 지르코늄과 나머지 at%의 구리로 구성된 구리-지르코늄 합금으로 제조되는 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    (6) 제1 및 제2코팅층이 형성된 심선이, 1차 신선가공 후 열처리 되는 2차 열처리 단계(S600); 및
    (7) 제1 및 제2코팅층이 형성된 심선이, 2차 열처리 후 2차 신선가공되는 2차 신선가공 단계(S700); 를 더 포함하는 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2코팅층 형성 단계(S200)(S400)에서,
    상기 아연은, 동일한 두께로 상기 심선의 외면에 코팅되는 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 2차 열처리 단계(S600)에서,
    상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선은, 상기 1차 열처리 단계(S300)에 비하여 상대적으로 낮은 온도 범위에서 열처리되는 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 1차 열처리 단계(S300)에서,
    상기 제1코팅층이 형성된 상기 심선은, 150℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 열처리되고,
    상기 2차 열처리 단계(S600)에서,
    상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선은, 100℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 열처리 되는 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 2차 신선가공 단계(S700)에서,
    상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선은, 상기 1차 신선가공 단계(S500)에서, 상기 제1코팅층이 형성된 상기 심선이 신선가공되는 직경에 비하여 상대적으로 작은 직경으로 신선가공되는 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 1차 신선가공 단계(S500)에서,
    상기 제1코팅층이 형성된 상기 심선은, 0.5mm의 직경으로 신선가공되고,
    상기 2차 신선가공 단계(S700)에서,
    상기 제1 및 제2코팅층이 형성된 상기 심선은, 0.05mm 내지 0.25mm의 직경으로 신선가공되는 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 와이어 방전 가공용 전극선 제조 방법에 의하여 제조된 와이어 방전 가공용 전극선.
  10. 제 9 항에 있어서,
    인장강도가 600MPa 내지 2,200MPa인 와이어 방전 가공용 전극선.
  11. 제 9 항에 있어서,
    전기전도도가 15%IACS 내지 98%IACS인 와이어 방전 가공용 전극선.
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