미세 방전 가공(EDM)의 원리

마이크로 방전 가공(EDM)은 절연 액체 매체에서 공구 전극과 공작물 사이의 작은 스파크 펄스를 정밀하게 제어하여 전도성 재료를 가공하여 원하는 치수 정확도, 모양 및 부품 표면 품질을 달성하는 공정입니다. 그림 1.1은 마이크로 EDM에 사용되는 기본 장비의 개략도를 보여줍니다. 가공 공정 중에 펄스 전원 공급장치가 DC 펄스를 제공하고 자동 이송 제어 장치가 공구 전극과 공작물 사이의 작은 가공 간격을 유지합니다. 펄스 스파크에 의한 순간적인 고온 침식에 의해 금속이 제거되어 방전 크레이터가 생성됩니다. 재료 제거를 위해 기계적 에너지에 의존하는 기존의 기계 가공과는 다릅니다, 마이크로 EDM 전기 에너지에 의존합니다. 또한 공구 전극과 피삭재가 직접 접촉하지 않고 작은 간격을 유지하기 때문에 거시적인 절삭력이 없어 공구 소재보다 경도가 높은 피삭재도 가공할 수 있습니다.

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마이크로 EDM은 전기장력, 자기력, 열력, 유체 역학, 전기 화학 및 콜로이드 화학의 복합적인 효과를 포함하는 공정입니다. 가공 과정에서 펄스 전압을 적용하면 전극 사이에 고르지 않은 전기장이 생성됩니다. 전기장 강도가 특정 값에 도달하면 전계 방출이 발생하여 고속 전자가 방출됩니다. 이 전자는 작동 유체의 원자와 충돌하여 더 많은 전자와 양이온을 생성하여 전극 사이의 하전 입자 수를 크게 증가시킵니다. 이로 인해 작동 유체에서 이온화 및 분해 현상이 발생하여 방전 채널이 형성됩니다. 방전 채널이 형성되면 양이온은 음극 쪽으로 빠르게 이동하고 전자는 양극 쪽으로 빠르게 이동합니다. 고속으로 이동하는 입자들은 서로 충돌하면서 많은 양의 열을 발생시킵니다. 이 과정에서 전기 에너지는 궁극적으로 열 에너지로 변환됩니다. 입자가 해당 전극에 충돌하면 전극 표면이 순간적으로 고온을 경험하여 금속 재료가 녹고 기화되어 방전 크레이터가 발생합니다. 방전 채널 중앙의 높은 압력으로 인해 채널의 가스 부피가 지속적으로 팽창하여 제품을 방전 영역 밖으로 배출하는 압력을가합니다. 이것이 단일 펄스 방전 프로세스의 끝을 표시합니다. EDM 공정을 관찰하는 동안 작동 유체에서 수많은 작은 기포와 검은 입자가 연속적이고 선명한 균열 소리와 함께 배출되는 것을 볼 수 있습니다.

마이크로 EDM 공정에서 스파크 방전은 항상 공구 끝면과 공작물 표면 사이의 간격이 가장 작은 위치에서 발생하는데, 이 위치에서 전기장 강도가 가장 높고 유전체가 먼저 분해되어 방전 채널(양이온, 전자 및 원자로 구성된 플라즈마)을 형성하기 때문입니다. 채널이 형성되면 갭 전압이 급격히 떨어지고 다른 곳에 두 번째 채널을 형성할 수 없기 때문에 일반적으로 단일 방전 이벤트 내에는 하나의 방전 채널만 존재하는 것으로 알려져 있습니다. 펄스 방전이 완료된 후 작동 유체가 탈이온화되어 절연 상태로 돌아갈 수 있는 충분한 시간이 있어야 한다는 점에 유의할 필요가 있습니다. 탈이온화 과정이 충분하지 않으면 다음 펄스 방전 채널이 원활하게 전달되지 않아 스파크 방전이 유해한 안정 아크 방전으로 전환되는 악순환이 발생할 수 있습니다. 아크 방전은 침식 생성물을 적시에 제거하지 못하고, 작동 유체에 국부적인 단락 및 탄소 축적이 발생하며, 전극과 공작물이 손상되어 가공 공정을 계속할 수 없게 할 수 있습니다. 따라서 가공 공정의 정상적인 진행을 보장하려면 일반적으로 두 펄스 스파크 방전 사이에 충분한 펄스 간격 시간이 있어야 작동 유체가 완전히 탈이온화될 수 있습니다. 펄스 간격 시간의 선택은 매질 자체가 탈이온화되는 데 필요한 시간과 방전 영역에서 침식 생성물을 쉽게 제거할 수 있는지에 따라 달라집니다.