KR20200010074A - 방전 가공용 전극 와이어 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20200010074A
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Abstract

본 발명은 방전 가공용 전극 와이어를 개시하고 있고, 심재 및 표면 금속층을 포함하고, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층을 구비하고, 심재의 주성분은 황동 합금이고, 나머지는 아연 및 불가피한 불순물 성분이며; 표면 금속층의 주성분은 산화 아연이고, 나머지는 구리 및 불가피한 불순물 성분이며, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층이 구비되고, 전이층의 주성분은 구리-아연 합금이며, 산화 아연층에는 불규칙한 크랙이 분포되어 있다. 본 발명은 상기 전극 와이어의 제조 방법을 제공하며, 주로 합금 와이어 블랭크, 냉간 압연, 연화 어닐링, 소성 신장 가공, 표면 침적, 신장 어닐링, 표면 처리, 권취, 품질 검사, 포장 및 출하 등의 단계를 구비한다. 본 발명의 제조 방법은 소형이며, 생산 효율이 높고, 표면 가공이 제어 가능하며, 제조된 전극 와이어는 절삭 효율을 향상시키고, 가공 수율 및 절삭 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

방전 가공용 전극 와이어 및 그 제조 방법 {AN ELECTRODE WIRE FOR DISCHAGE MACHINING AND METHOD FOR MANUFACTURING AN ELECTRODE WIRE FOR DISCHAGE MACHINING}
본 발명은 전극 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방전 가공용 전극 와이어 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 기계 가공 기술이 날이 갈수록 변화하고 있으며, 정밀 기계 가공 기술로서 와이어 절삭 방전 가공이 급속히 발전하고 있다. 와이어 절삭 기술 개발의 중요한 부분은 전극 와이어 기술의 개발에 달려있다. 뛰어난 성능의 전극 와이어에 높은 효율의 가공처리를 수행하여 고품질, 고정밀 제품을 생산할 수 있다.
20세기 1970년대와 1980년대에 아연 도금된 전극 와이어가 발명된 이래로, 시장에는 일반 황동 전극 와이어, 아연 도금된 전극 와이어, 몰리브덴 와이어, 텅스텐 와이어, 복합 와이어(내부 층이 철강 와이어, 외부 표면이 구리) 등 각종 전극 와이어가 등장했다. 현재 일반적으로 사용되는 전극 와이어는 몰리브덴 와이어(Φ0.08~Τ0.2mm), 텅스텐 와이어(Τ0.03~Τ0.1mm), 황동 와이어(Τ0.1~Τ0.3mm) 및 코팅된 전극 와이어(Τ0.1~Τ0.3mm) 등이 있다. 저속 와이어 절단은 국제 와이어 절단 가공의 주류 방향이고, 황동 와이어, 아연 코팅 와이어 등과 같은 전극 와이어는 조만간 와이어 절삭 전극 와이어 재료의 주요 위치를 차지할 것이다.
재료 가공 기술 및 기계 가공 기술의 지속적인 발전으로, 전극 와이어는 일반 황동 와이어에서 도금 와이어로 변환되었다. 저속 와이어 절삭용 아연 도금된 전극 와이어는, 일반적으로, 중심 재료는 일반 황동이고, 외면은 아연층으로 도금되어 있으며, 절삭 과정에서 아연이 증발하기 때문에, 이러한 전극 와이어의 방전은 비교적 안정적이고, 절삭 표면은 일반 황동 와이어 보다 부드러워 진다. 황동 전극 와이어의 합금 성분은, 경제 비용뿐만 아니라 가공 속도도 고려해야 하며; 아연이 35% 이상 함유된 황동선은, 비용이 감소하지만, 상대적으로 가공 속도가 낮다.
따라서, 본 업계의 당업자는 방전 가공용 전극 와이어의 개발 및 경제성 효율의 균형을 유지하면서 방전 가공용 전극 와이어 및 그 제조 방법의 개발에 전념하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는, 상기 종래 기술의 결점을 감안하여, 방전 가공용 전극 와이어의 개발 및 제조 원가 낮고 우수한 성능을 갖는 제품 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 방전 가공용 전극 와이어를 제공하며, 심재 및 표면 금속층을 포함하고, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층을 구비하고, 심재의 주성분은 황동 합금이고, 나머지는 아연 및 불가피한 불순물 성분이며; 표면 금속층의 주성분은 산화 아연이고, 나머지는 구리 및 불가피한 불순물 성분이며, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층이 구비되고, 전이층의 주성분은 구리-아연 합금이며, 산화 아연층에는 불규칙한 크랙이 분포되어 있고; 그리고 심재의 직경은 0.65~1.48mm 이고，표면 금속층의 두께는 0.45~10.23㎛이며，크랙의 최대 두께는 4.5㎛ 이하이고，크랙의 최대 간격은 17㎛ 이다.
또한, 심재 중의 황동합금 함량은48~72wt%이고, 불순물 함량은 0.38wt% 이하이고； 표면 금속층 중의 산화 아연 함량은65-87wt%이고, 나머지는 함량은0.15wt% 이하이다.
본 발명은 상기 방전 가공용 전극 와이어의 제조 방법을 제공하며, 구리 및 아연을 함유한 원재료의 화학적 분석 후, 성분을 혼합하여 전력 주파수 유도로에 넣고 상부 주조로 합금 와이어 블랭크를 생산하고, 주조 시의 온도를 예열온도 60℃로부터 최고온도 679℃까지 점차적으로 증가시키는 단계(1); 획득한 합금 와이어 블랭크의 표층을 벗겨낸 후, 냉간 압연 및 연화 어닐링 처리를 하여 크기가 7~9.8mm인 블랭크 로드를 만드는 단계(2); 획득한 블랭크 로드를 상이한 패스로 소성 신장 가공하여 0.88~1.65mm의 모심을 획득한 다음 탈유, 산 세척 및 물 세척하여 외층 불순물을 제거하는 단계(3); 화학 전기 도금법, 스프레이 코팅법 또는 열 침지 도금법 사용에 의한 모심의 전기 침적 가공에 의해, 표면에 산화 아연층이 침적된 복합 블랭크 재를 획득하는 단계(4); 복합 블랭크 재를 신장 어닐링 가공하여, 요구에 부합하는 크기의 사전 반가공 선재를 획득하고, 여기서 신장 속도는 800~2800m/min 이고, 어닐링 전압은 27~121V 이고，어닐링 전압은 13~43A인 단계(5); 획득한 사전 반가공 선재를 표면 처리하고, 230~520℃ 온도에서，내부 열기류를 이용하여 아연을 용해하고, 표면 처리에 의해 심재 표면에 불규칙한 형상을 형성하며, 서서히 온도를 상승시켜 구리 및 아연에 복합 도금층을 형성하여 최종적으로 전극 와이어 제품을 획득하는 단계(6); 권취, 전극 와이어의 품질 검사 후 포장 및 출하하는 단계(7);를 포함한다.
또한, 단계(2)의 연화 어닐링은 2단계 연화 어닐링 방법을 사용하는데, 제1단계는 어닐링 저온 단계로, 온도는 49~267℃이고，유지시간은 1.7~23h이며；제2단계는 어닐링 고온 단계로, 온도는 267.2~766℃이고，유지 시간은 2.3~33h이다.
또한, 제1단계 어닐링 거리는 0.98~3.78m이고，제2단계 어닐링 거리는 4.12~11m이며；양 단계의 어닐링 속도는 7~570m/min이다.
또한, 소성 신장 가공 전에 블랭크 로드에 열처리를 수행하고, 열처리 조건은 53~600℃에서，시간 1~8.8h이다.
또한, 단계(6)의 표면 처리 시에, 사전 반가공 선재를 가열로에 넣어 가열 처리하고, 가열로에는 폐 파이프 라인을 둘러싸는 코전성 코일이 설치되어, 가열 처리 시에서 도전성 코일에 교류 전압으로서의 전원을 공급한다.
바람직하게는, 열 처리 수행 시에, 심재 표면은 롤러의 롤링과 동기화 처리되고, 산화층이 결정화 되어 크랙을 발생시킨다.
바람직하게는, 열 처리 수행 시에 모래 분사를 동시에 수행하며, 모래 소재가 사전 반가공 선재에 부딪혀 표면을 부식시킴으로써 크랙을 발생시킨다.
또한, 건식 모래 분사는 가스 작동식 모래 분사 장치를 사용하여 압축 공기로 모래를 분사하거나, 승강기 및 고속 턴테이블을 사용하여 원심력으로 모래를 분사한다.
본 발명의 방전 가공용 전극 와이어는, 심재 외부에 산화 아연층을 피복함으로써, 보호 역할을 하고 부식을 방지할 수 있으며; 표면에 불규칙한 크랙을 형성하여, 한편으로는 와이어 드로잉(wire drawing) 가공 과정 중에 윤활유가 금형 및 전극 와이어의 가공 계면에 들어가도록 촉진할 수 있어 와이어 드로잉의 수율을 향상시킬 수 있고, 다른 한편으로는 절삭 과정 중에 상기 크랙을 통하여 절삭액과 배합되어, 전극 와이어가 절삭액을 운반하는 능력을 향상시키고, 따라서 절삭 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 전극 와이어 제조 과정은 2단계의 어닐링 및 시장 어닐링 공정을 채택하고, 원래의 산화 어닐링 대신에 온라인 DC 전압을 사용하여 어닐링함으로써, 산화 어닐링에서 구리 손실을 감소시키고, 자원 이용을 최대화 할 수 있고; 모래 분사 공정의 표면 처리는 비교적 간단하며, 크랙 생성을 제어할 수 있고, 완제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명에 의해 생성된 개면, 특정 구조 및 기술적 효과는 실시 예과 관련하여 더 설명되어 본 발명의 목적, 특징 및 효과를 완전히 이해할 것이다.
실시예1
방전 가공용 전극 와이어는 심재(core material) 및 표면 금속층을 포함하고, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층을 구비하고, 심재의 주성분은 황동 합금이고, 나머지는 아연 및 불가피한 불순물 성분이며; 표면 금속층의 주성분은 산화 아연이고, 나머지는 구리 및 불가피한 불순물 성분이며, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층이 구비되고, 전이층의 주성분은 구리-아연 합금이며, 산화 아연층에는 불규칙한 크랙이 분포되어 있다.
상기 전극 와이어의 제조 방법은, 구체적으로 이하의 단계를 포함한다;
단계(1), 구리, 아연, 인, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 희토류 등의 원재료는 합금 조성비에 따라 선택되며, 상기 실시 예에서 구체적인 중량은 Cu 45.430kg，Zn 30.250kg，P 0.605kg，Mg 0.076kg，Ca 0.040kg，Al 3.010kg，La 0.025kg，Zr 0.010kg이고，이상 원료의 화학 분석 후，성분을 혼합하여 전력 주파수 유도로(power frequency induction furnace)에 넣고, 용해 온도를 1180℃로 설정하고, 유지시간을 30min으로 설정한 다음, 상부 주조로 합금 와이어 블랭크를 생산하고, 주조 시의 온도를 예열온도 60℃로부터 최고온도 679℃까지 점차적으로 증가시킨다;
단계(2), 획득한 합금 와이어 블랭크의 표층을 벗겨낸 후, 냉간 압연 및 연화 어닐링 처리를 하여 크기가 7mm인 블랭크 로드를 만들고, 연화 어닐링은 2단계 연화 어닐링 방법을 사용하는데, 제1단계는 어닐링 저온 단계로, 온도는 49~267℃이고，267℃에 도달한 후 유지시간은 10h이며；제2단계는 어닐링 고온 단계로, 온도는 267.2~766℃이고，267℃에 도달한 후 유지 시간은 8h이고, 제1단계 어닐링 거리는 0.98m이고，제2단계 어닐링 거리는 4.12m이며；양 단계의 어닐링 속도는 310m/min이고;
단계(3), 획득한 블랭크 로드를 상이한 패스로 소성 신장 가공하여 0.88mm의 모심(mother core)을 획득하며, 소성 신장 가공 전에 블랭크 로드에 열처리를 수행하고, 열처리 조건은 53~600℃에서，시간 1.5h이며, 이어서 모심에 탈유, 산 세척 및 물 세척하여 외층 불순물을 제거하고;
단계(4), 화학 전기 도금법, 스프레이 코팅법 또는 열 침지 도금법 사용에 의한 모심의 전기 침적 가공에 의해, 표면에 산화 아연층이 침적된 복합 블랭크 재를 획득하고,
단계(5), 복합 블랭크 재를 신장 어닐링 가공하여, 요구에 부합하는 크기의 사전 반가공 선재(wire material)를 획득하고, 여기서 신장 어닐링은 신장 생산 라인상에서 복합 블랭크 재를 전류로 어닐링 하는 것으로, 신장 속도는 800~2800m/min 이고, 어닐링 전압은 27~121V 이고，어닐링 전압은 13~43A이고, 어닐링 전압과 어닐링 전류는 원하는 어닐링 공정에 따라 조정되고;
단계(6), 획득한 사전 반가공 선재를 표면 처리하고, 표면 처리 시에, 사전 반가공 선재를 가열로에 넣어 가열 처리하고, 가열로에는 폐 파이프 라인을 둘러싸는 코전성 코일이 설치되어, 가열 처리 시에서 도전성 코일에 교류 전압으로서의 전원을 공급하고; 230~520℃ 온도에서，내부 열기류를 이용하여 아연을 용해하고, 심재 표면이 롤러의 롤링과 동기화 처리되고, 산화층이 결정화 되어 크랙을 발생시키며, 서서히 온도를 상승시켜, 구리 및 아연에 복합 도금층을 형성하고, 이어서 180℃, 2s의 응력 제거 어닐링 후에, 최종적으로 전극 와이어 제품을 획득하며;
단계(7), 권취, 전극 와이어의 품질 검사 후 포장 및 출하한다.
상기 제조 방법에 의해 획득한 제품 전극 와이어는 다음의 파라미터를 갖는다;
심재의 직경은 0.65mm이고, 표면 금속층의 두께는 0.55㎛이고, 크랙의 최대 두께는 1.5㎛이고, 크랙의 최대 간격은 17㎛이고, 심재 중의 황동 합금의 함량은 48wt%이고, 불순물 함량은 0.38 wt%이고, 표면 금속층 중의 산화 아연 함유량은 77 wt%이고, 여분 함유량은 0.15 wt% 이하이다.
실시예2
방전 가공용 전극 와이어는 심재(core material) 및 표면 금속층을 포함하고, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층을 구비하고, 심재의 주성분은 황동 합금이고, 나머지는 아연 및 불가피한 불순물 성분이며; 표면 금속층의 주성분은 산화 아연이고, 나머지는 구리 및 불가피한 불순물 성분이며, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층이 구비되고, 전이층의 주성분은 구리-아연 합금이며, 산화 아연층에는 불규칙한 크랙이 분포되어 있다.
상기 전극 와이어의 제조 방법은, 구체적으로 이하의 단계를 포함한다;
단계(1), 구리, 아연, 인, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 희토류 등의 원재료는 합금 조성비에 따라 선택되며, 상기 실시 예에서 구체적인 중량은 Cu 46.530kg，Zn 31.780kg，P 0.503kg，Mg 0.095kg，Ca 0.060kg，Al 2.097kg，La 0.035kg，Zr 0.020kg이고，이상 원료의 화학 분석 후，성분을 혼합하여 전력 주파수 유도로에 넣고, 용해 온도를 1180℃로 설정하고, 유지시간을 30min으로 설정한 다음, 상부 주조로 합금 와이어 블랭크를 생산하고, 주조 시의 온도를 예열온도 60℃로부터 최고온도 679℃까지 점차적으로 증가시킨다;
단계(2), 획득한 합금 와이어 블랭크의 표층을 벗겨낸 후, 냉간 압연 및 연화 어닐링 처리를 하여 크기가 9.8mm인 블랭크 로드를 만들고, 연화 어닐링은 2단계 연화 어닐링 방법을 사용하는데, 제1단계는 어닐링 저온 단계로, 온도는 49~267℃이고，유지시간은 23h이며；제2단계는 어닐링 고온 단계로, 온도는 267.2~766℃이고，유지 시간은 33h이고, 제1단계 어닐링 거리는 3.78m이고，제2단계 어닐링 거리는 11m이며；양 단계의 어닐링 속도는 570m/min이고;
단계(3), 획득한 블랭크 로드를 상이한 패스로 소성 신장 가공하여 1.65mm의 모심을 획득하며, 소성 신장 가공 전에 블랭크 로드에 열처리를 수행하고, 열처리 조건은 53~600℃에서，시간 8.8h이며, 이어서 모심에 탈유, 산 세척 및 물 세척하여 외층 불순물을 제거하고;
단계(4), 화학 전기 도금법, 스프레이 코팅법 또는 열 침지 도금법 사용에 의한 모심의 전기 침적 가공에 의해, 표면에 산화 아연층이 침적된 복합 블랭크 재를 획득하고,
단계(5), 복합 블랭크 재를 신장 어닐링 가공하여, 요구에 부합하는 크기의 사전 반가공 선재를 획득하고, 여기서 신장 어닐링은 신장 생산 라인상에서 복합 블랭크 재를 전류로 어닐링 하는 것으로, 신장 속도는 800~2800m/min 이고, 어닐링 전압은 27~121V 이고，어닐링 전압은 13~43A이고, 어닐링 전압과 어닐링 전류는 원하는 어닐링 공정에 따라 조정되고;
단계(6), 획득한 사전 반가공 선재를 표면 처리하고, 표면 처리 시에, 사전 반가공 선재를 가열로에 넣어 가열 처리하고, 가열로에는 폐 파이프 라인을 둘러싸는 코전성 코일이 설치되어, 가열 처리 시에서 도전성 코일에 교류 전압으로서의 전원을 공급하고; 230~520℃ 온도에서，내부 열기류를 이용하여 아연을 용해하고, 가스 작동식 모래 분사 장치를 사용하여 압축 공기로 모래를 분사하거나, 승강기 및 고속 턴테이블을 사용하여 원심력으로 모래를 분사하고, 모래 소재가 사전 반가공 선재에 부딪혀 표면을 부식시킴으로써 크랙을 발생시키며, 서서히 온도를 상승시켜, 구리 및 아연에 복합 도금층을 형성하고, 이어서 180℃, 2s의 응력 제거 어닐링 후에, 최종적으로 전극 와이어 제품을 획득하며;
단계(7), 권취, 전극 와이어의 품질 검사 후 포장 및 출하한다.
상기 제조 방법에 의해 획득한 제품 전극 와이어는 다음의 파라미터를 갖는다;
심재의 직경은 1.48mm이고, 표면 금속층의 두께는 10.23㎛이고, 크랙의 최대 두께는 4.5㎛이고, 크랙의 최대 간격은 17㎛이고, 심재 중의 황동 합금의 함량은 72wt%이고, 불순물 함량은 0.38 wt%이고, 표면 금속층 중의 산화 아연 함유량은 87 wt%이고, 여분 함유량은 0.15 wt% 이하이다.
실시예3
방전 가공용 전극 와이어는 심재(core material) 및 표면 금속층을 포함하고, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층을 구비하고, 심재의 주성분은 황동 합금이고, 나머지는 아연 및 불가피한 불순물 성분이며; 표면 금속층의 주성분은 산화 아연이고, 나머지는 구리 및 불가피한 불순물 성분이며, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층이 구비되고, 전이층의 주성분은 구리-아연 합금이며, 산화 아연층에는 불규칙한 크랙이 분포되어 있다.
상기 전극 와이어의 제조 방법은, 구체적으로 이하의 단계를 포함한다;
단계(1), 구리, 아연, 인, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 희토류 등의 원재료는 합금 조성비에 따라 선택되며, 이상 원료의 화학 분석 후，성분을 혼합하여 전력 주파수 유도로에 넣고, 용해 온도를 1180℃로 설정하고, 유지시간을 30min으로 설정한 다음, 상부 주조로 합금 와이어 블랭크를 생산하고, 주조 시의 온도를 예열온도 60℃로부터 최고온도 679℃까지 점차적으로 증가시킨다;
단계(2), 획득한 합금 와이어 블랭크의 표층을 벗겨낸 후, 냉간 압연 및 연화 어닐링 처리를 하여 크기가 7.7mm인 블랭크 로드를 만들고, 연화 어닐링은 2단계 연화 어닐링 방법을 사용하는데, 제1단계는 어닐링 저온 단계로, 온도는 49~267℃이고，유지시간은 17h이며；제2단계는 어닐링 고온 단계로, 온도는 267.2~766℃이고，유지 시간은 20h이고, 제1단계 어닐링 거리는 1.96m이고，제2단계 어닐링 거리는 5.33m이며；양 단계의 어닐링 속도는 450m/min이고;
단계(3), 획득한 블랭크 로드를 상이한 패스로 소성 신장 가공하여 1.21mm의 모심을 획득하며, 소성 신장 가공 전에 블랭크 로드에 열처리를 수행하고, 열처리 조건은 53~600℃에서，시간 3.2h이며, 이어서 모심에 탈유, 산 세척 및 물 세척하여 외층 불순물을 제거하고;
단계(4), 화학 전기 도금법, 스프레이 코팅법 또는 열 침지 도금법 사용에 의한 모심의 전기 침적 가공에 의해, 표면에 산화 아연층이 침적된 복합 블랭크 재를 획득하고,
단계(5), 복합 블랭크 재를 신장 어닐링 가공하여, 요구에 부합하는 크기의 사전 반가공 선재를 획득하고, 여기서 신장 어닐링은 신장 생산 라인상에서 복합 블랭크 재를 전류로 어닐링 하는 것으로, 신장 속도는 800~2800m/min 이고, 어닐링 전압은 27~121V 이고，어닐링 전압은 13~43A이고, 어닐링 전압과 어닐링 전류는 원하는 어닐링 공정에 따라 조정되고;
단계(6), 획득한 사전 반가공 선재를 표면 처리하고, 표면 처리 시에, 사전 반가공 선재를 가열로에 넣어 가열 처리하고, 가열로에는 폐 파이프 라인을 둘러싸는 코전성 코일이 설치되어, 가열 처리 시에서 도전성 코일에 교류 전압으로서의 전원을 공급하고; 230~520℃ 온도에서，내부 열기류를 이용하여 아연을 용해하고, 심재 표면이 롤러의 롤링과 동기화 처리되고, 산화층이 결정화 되어 크랙을 발생시킨다. 서서히 온도를 상승시켜, 구리 및 아연에 복합 도금층을 형성하고, 이어서 180℃, 2s의 응력 제거 어닐링 후에, 최종적으로 전극 와이어 제품을 획득하며;
단계(7), 권취, 전극 와이어의 품질 검사 후 포장 및 출하한다.
상기 제조 방법에 의해 획득한 제품 전극 와이어는 다음의 파라미터를 갖는다;
심재의 직경은 0.86mm이고, 표면 금속층의 두께는 2.8㎛이고, 크랙의 최대 두께는 2.5㎛이고, 크랙의 최대 간격은 17㎛이고, 심재 중의 황동 합금의 함량은 55wt%이고, 불순물 함량은 0.38 wt%이고, 표면 금속층 중의 산화 아연 함유량은 67 wt%이고, 여분 함유량은 0.15 wt% 이하이다.
실시예4
방전 가공용 전극 와이어는 심재(core material) 및 표면 금속층을 포함하고, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층을 구비하고, 심재의 주성분은 황동 합금이고, 나머지는 아연 및 불가피한 불순물 성분이며; 표면 금속층의 주성분은 산화 아연이고, 나머지는 구리 및 불가피한 불순물 성분이며, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층이 구비되고, 전이층의 주성분은 구리-아연 합금이며, 산화 아연층에는 불규칙한 크랙이 분포되어 있다.
상기 전극 와이어의 제조 방법은, 구체적으로 이하의 단계를 포함한다;
단계(1), 구리, 아연, 인, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 희토류 등의 원재료는 합금 조성비에 따라 선택되며, 이상 원료의 화학 분석 후，성분을 혼합하여 전력 주파수 유도로에 넣고, 용해 온도를 1180℃로 설정하고, 유지시간을 30min으로 설정한 다음, 상부 주조로 합금 와이어 블랭크를 생산하고, 주조 시의 온도를 예열온도 60℃로부터 최고온도 679℃까지 점차적으로 증가시킨다;
단계(2), 획득한 합금 와이어 블랭크의 표층을 벗겨낸 후, 냉간 압연 및 연화 어닐링 처리를 하여 크기가 7.5mm인 블랭크 로드를 만들고, 연화 어닐링은 2단계 연화 어닐링 방법을 사용하는데, 제1단계는 어닐링 저온 단계로, 온도는 49~267℃이고，유지시간은 15.5h이며；제2단계는 어닐링 고온 단계로, 온도는 267.2~766℃이고，유지 시간은 20.3h이고, 제1단계 어닐링 거리는 2.35m이고，제2단계 어닐링 거리는 7.78m이며；양 단계의 어닐링 속도는 450m/min이고;
단계(3), 획득한 블랭크 로드를 상이한 패스로 소성 신장 가공하여 1.45mm의 모심을 획득하며, 소성 신장 가공 전에 블랭크 로드에 열처리를 수행하고, 열처리 조건은 53~600℃에서，시간 4.8h이며, 이어서 모심에 탈유, 산 세척 및 물 세척하여 외층 불순물을 제거하고;
단계(4), 화학 전기 도금법, 스프레이 코팅법 또는 열 침지 도금법 사용에 의한 모심의 전기 침적 가공에 의해, 표면에 산화 아연층이 침적된 복합 블랭크 재를 획득하고,
단계(5), 복합 블랭크 재를 신장 어닐링 가공하여, 요구에 부합하는 크기의 사전 반가공 선재를 획득하고, 여기서 신장 어닐링은 신장 생산 라인상에서 복합 블랭크 재를 전류로 어닐링 하는 것으로, 신장 속도는 800~2800m/min 이고, 어닐링 전압은 27~121V 이고，어닐링 전압은 13~43A이고, 어닐링 전압과 어닐링 전류는 원하는 어닐링 공정에 따라 조정되고;
단계(6), 획득한 사전 반가공 선재를 표면 처리하고, 표면 처리 시에, 사전 반가공 선재를 가열로에 넣어 가열 처리하고, 가열로에는 폐 파이프 라인을 둘러싸는 코전성 코일이 설치되어, 가열 처리 시에서 도전성 코일에 교류 전압으로서의 전원을 공급하고; 230~520℃ 온도에서，내부 열기류를 이용하여 아연을 용해하고, 심재 표면이 롤러의 롤링과 동기화 처리되고, 산화층이 결정화 되어 크랙을 발생시키며, 서서히 온도를 상승시켜, 구리 및 아연에 복합 도금층을 형성하고, 이어서 180℃, 2s의 응력 제거 어닐링 후에, 최종적으로 전극 와이어 제품을 획득하며;
단계(7), 권취, 전극 와이어의 품질 검사 후 포장 및 출하한다.
상기 제조 방법에 의해 획득한 제품 전극 와이어는 다음의 파라미터를 갖는다;
심재의 직경은 0.96mm이고, 표면 금속층의 두께는 4.3㎛이고, 크랙의 최대 두께는 4.1㎛이고, 크랙의 최대 간격은 17㎛이고, 심재 중의 황동 합금의 함량은 61wt%이고, 불순물 함량은 0.38 wt%이고, 표면 금속층 중의 산화 아연 함유량은 65 wt%이고, 여분 함유량은 0.15 wt% 이하이다.
실시예5
방전 가공용 전극 와이어는 심재(core material) 및 표면 금속층을 포함하고, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층을 구비하고, 심재의 주성분은 황동 합금이고, 나머지는 아연 및 불가피한 불순물 성분이며; 표면 금속층의 주성분은 산화 아연이고, 나머지는 구리 및 불가피한 불순물 성분이며, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층이 구비되고, 전이층의 주성분은 구리-아연 합금이며, 산화 아연층에는 불규칙한 크랙이 분포되어 있다.
상기 전극 와이어의 제조 방법은, 구체적으로 이하의 단계를 포함한다;
단계(1), 구리, 아연, 인, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 희토류 등의 원재료는 합금 조성비에 따라 선택되며, 이상 원료의 화학 분석 후，성분을 혼합하여 전력 주파수 유도로에 넣고, 용해 온도를 1180℃로 설정하고, 유지시간을 30min으로 설정한 다음, 상부 주조로 합금 와이어 블랭크를 생산하고, 주조 시의 온도를 예열온도 60℃로부터 최고온도 679℃까지 점차적으로 증가시킨다;
단계(2), 획득한 합금 와이어 블랭크의 표층을 벗겨낸 후, 냉간 압연 및 연화 어닐링 처리를 하여 크기가 8.0mm인 블랭크 로드를 만들고, 연화 어닐링은 2단계 연화 어닐링 방법을 사용하는데, 제1단계는 어닐링 저온 단계로, 온도는 49~267℃이고，유지시간은 14h이며；제2단계는 어닐링 고온 단계로, 온도는 267.2~766℃이고，유지 시간은 19h이고, 제1단계 어닐링 거리는 2.50m이고，제2단계 어닐링 거리는 7.50m이며；양 단계의 어닐링 속도는 500m/min이고;
단계(3), 획득한 블랭크 로드를 상이한 패스로 소성 신장 가공하여 1.35mm의 모심을 획득하며, 소성 신장 가공 전에 블랭크 로드에 열처리를 수행하고, 열처리 조건은 53~600℃에서，시간 1~8.8h이며, 이어서 모심에 탈유, 산 세척 및 물 세척하여 외층 불순물을 제거하고;
단계(4), 화학 전기 도금법, 스프레이 코팅법 또는 열 침지 도금법 사용에 의한 모심의 전기 침적 가공에 의해, 표면에 산화 아연층이 침적된 복합 블랭크 재를 획득하고,
단계(5), 복합 블랭크 재를 신장 어닐링 가공하여, 요구에 부합하는 크기의 사전 반가공 선재를 획득하고, 여기서 신장 어닐링은 신장 생산 라인상에서 복합 블랭크 재를 전류로 어닐링 하는 것으로, 신장 속도는 800~2800m/min 이고, 어닐링 전압은 27~121V 이고，어닐링 전압은 13~43A이고, 어닐링 전압과 어닐링 전류는 원하는 어닐링 공정에 따라 조정되고;
단계(6), 획득한 사전 반가공 선재를 표면 처리하고, 표면 처리 시에, 사전 반가공 선재를 가열로에 넣어 가열 처리하고, 가열로에는 폐 파이프 라인을 둘러싸는 코전성 코일이 설치되어, 가열 처리 시에서 도전성 코일에 교류 전압으로서의 전원을 공급하고; 230~520℃ 온도에서，내부 열기류를 이용하여 아연을 용해하고, 심재 표면이 롤러의 롤링과 동기화 처리되고, 산화층이 결정화 되어 크랙을 발생시키며, 서서히 온도를 상승시켜, 구리 및 아연에 복합 도금층을 형성하고, 이어서 180℃, 2s의 응력 제거 어닐링 후에, 최종적으로 전극 와이어 제품을 획득하며;
단계(7), 권취, 전극 와이어의 품질 검사 후 포장 및 출하한다.
대안적으로, 열 처리 수행 시에, 심재 표면은 롤러의 롤링과 동기화 처리되고, 산화층이 결정화 되어 크랙을 발생시킨다.
대안적으로, 열 처리 수행 시에 모래 분사를 동시에 수행하며, 모래 소재가 사전 반가공 선재에 부딪혀 표면을 부식시킴으로써 크랙을 발생시킨다.
상기 제조 방법에 의해 획득한 제품 전극 와이어는 다음의 파라미터를 갖는다;
심재의 직경은 1.01mm이고, 표면 금속층의 두께는 5.2㎛이고, 크랙의 최대 두께는 4.5㎛이고, 크랙의 최대 간격은 17㎛이고, 심재 중의 황동 합금의 함량은 61wt%이고, 불순물 함량은 0.38 wt%이고, 표면 금속층 중의 산화 아연 함유량은 71 wt%이고, 여분 함유량은 0.15 wt% 이하이다.
본 발명의 상기 실시 예의 제조 방법에 따르면, 획득한 방전 가공용 전극 와이어의 표면 금속층 두께, 아연 함유량 및 크랙 두께 리스트는 다음과 같다.
Figure pat00001
획득한 방전 가공용 전극 와이어는, 마이크로 컴퓨터 제어 범용 전자 신장 시험기에서 측정한 종합 역학 성능, 휘트스톤 브리지 법에 의해 측정한 도전율, 45호강으로 공작물 테스트로 제작한 전극 와이어의 스파크 가공 성능, 그 사용성능 및 시장에서의 황동 전극 바이어의 비교 상황은 다음과 같다.
Figure pat00002
이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전극 와이어는 통상의 황동 와이어와 비교하여 전기 전도성이 향상되고, 절삭의 표면 거칠기가 약간 향상된다; 역학 성능과 같은 기계적 성질은 일반 황동 와이어와 비교 시에 낮지만, 전극 와이어 절삭 응용 분야의 수치 범위 내에 있으며, 사용에 영향을 미치지 않는다; 절삭기의 손상을 고려하면 약간의 손상이 있을 뿐만 아니라 일반 황동 와이어에 비해 절삭 속도가 향상되고 방전 가공의 가공 효율도 향상된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하였다. 이로부터 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명에 많은 수정 및 변형이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그러므로, 종래 기술에 따른 논리 분석, 추론 또는 제한된 실험에 의해 종래 기술에 따른 당업자에 의해 획득될 수 있는 임의의 기술적 해결과제는 청구범위에 의해 결정되는 보호의 범위 내에 있어야 한다.

Claims (10)

  1. 방전 가공용 전극 와이어로서,
    심재 및 표면 금속층을 포함하고, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층을 구비하고,
    심재의 주성분은 황동 합금이고, 나머지는 아연 및 불가피한 불순물 성분이며; 표면 금속층의 주성분은 산화 아연이고, 나머지는 구리 및 불가피한 불순물 성분이며, 심재 및 표면 금속층 사이에 전이층이 구비되고, 전이층의 주성분은 구리-아연 합금이며, 산화 아연층에는 불규칙한 크랙이 분포되어 있고; 그리고
    심재의 직경은 0.65~1.48mm 이고，표면 금속층의 두께는 0.45~10.23㎛이며，크랙의 최대 두께는 4.5㎛ 이하이고，크랙의 최대 간격은 17㎛ 인 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극 와이어.
  2. 제 1항에 있어서,
    심재 중의 황동합금 함량은48~72wt%이고, 불순물 함량은 0.38wt% 이하이고； 표면 금속층 중의 산화 아연 함량은65-87wt%이고, 나머지는 함량은0.15wt% 이하인 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극 와이어.
  3. 제 1항 또는 제 2항의 상기 방전 가공용 전극 와이어의 제조 방법으로서,
    구리 및 아연을 함유한 원재료의 화학적 분석 후, 성분을 혼합하여 전력 주파수 유도로에 넣고 상부 주조로 합금 와이어 블랭크를 생산하고, 주조 시의 온도를 예열온도 60℃로부터 최고온도 679℃까지 점차적으로 증가시키는 단계(1);
    획득한 합금 와이어 블랭크의 표층을 벗겨낸 후, 냉간 압연 및 연화 어닐링 처리를 하여 크기가 7~9.8mm인 블랭크 로드를 만드는 단계(2);
    획득한 블랭크 로드를 상이한 패스로 소성 신장 가공하여 0.88~1.65mm의 모심을 획득한 다음 탈유, 산 세척 및 물 세척하여 외층 불순물을 제거하는 단계(3);
    화학 전기 도금법, 스프레이 코팅법 또는 열 침지 도금법 사용에 의한 모심의 전기 침적 가공에 의해, 표면에 산화 아연층이 침적된 복합 블랭크 재를 획득하는 단계(4);
    복합 블랭크 재를 신장 어닐링 가공하여, 요구에 부합하는 크기의 사전 반가공 선재를 획득하고, 여기서 신장 속도는 800~2800m/min 이고, 어닐링 전압은 27~121V 이고，어닐링 전압은 13~43A인 단계(5);
    획득한 사전 반가공 선재를 표면 처리하고, 230~520℃ 온도에서，내부 열기류를 이용하여 아연을 용해하고, 표면 처리에 의해 심재 표면에 불규칙한 형상을 형성하며, 서서히 온도를 상승시켜 구리 및 아연에 복합 도금층을 형성하여 최종적으로 전극 와이어 제품을 획득하는 단계(6);
    권취, 전극 와이어의 품질 검사 후 포장 및 출하하는 단계(7);을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극 와이어의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    연화 어닐링은 2단계 연화 어닐링 방법을 사용하는데, 제1단계는 어닐링 저온 단계로, 온도는 49~267℃이고，유지시간은 1.7~23h이며；제2단계는 어닐링 고온 단계로, 온도는 267.2~766℃이고，유지 시간은 2.3~33h인 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극 와이어의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    제1단계 어닐링 거리는 0.98~3.78m이고，제2단계 어닐링 거리는 4.12~11m이며；양 단계의 어닐링 속도는 7~570m/min인 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극 와이어의 제조 방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    소성 신장 가공 전에 블랭크 로드에 열처리를 수행하고, 열처리 조건은 53~600℃에서，시간 1~8.8h인 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극 와이어의 제조 방법.
  7. 제 3항에 있어서,
    표면 처리 시에, 사전 반가공 선재를 가열로에 넣어 가열 처리하고, 가열로에는 폐 파이프 라인을 둘러싸는 코전성 코일이 설치되어, 가열 처리 시에서 도전성 코일에 교류 전압으로서의 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극 와이어의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    열 처리 수행 시에, 심재 표면은 롤러의 롤링과 동기화 처리되고, 산화층이 결정화 되어 크랙을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극 와이어의 제조 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    열 처리 수행 시에 모래 분사를 동시에 수행하며, 모래 소재가 사전 반가공 선재에 부딪혀 표면을 부식시킴으로써 크랙을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극 와이어의 제조 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    건식 모래 분사는 가스 작동식 모래 분사 장치를 사용하여 압축 공기로 모래를 분사하거나, 승강기 및 고속 턴테이블을 사용하여 원심력으로 모래를 분사하는 것을 특징으로 하는 방전 가공용 전극 와이어의 제조 방법.
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