방전가공의 원리와 가공 조건

핵심 정리

방전가공은 전극과 공작물 사이의 스파크 방전 침식으로 재료를 제거하는 가공법이다. 이 가공의 원리는 전극과 공작물 사이에서 반복되는 방전 열로 재료를 용융·증발시켜 제거하는 것이다. 공구와 공작물이 물리적으로 접촉하지 않는다는 점이 기계가공과 가장 크게 다른 전제다. 방전가공은 스파크 가공 또는 방전 침식 가공이라고도 부른다.

이 가공이 기존 가공법과 갈리는 지점은 대상 재료의 범위에 있다. 방전가공은 도체이면 재료의 경도나 인성과 관계없이 쉽게 가공할 수 있다. 그래서 초경합금, 세라믹, 타이타늄 합금, 열처리된 공구강처럼 기존 가공으로 다루기 어려운 재료도 정밀하게 가공할 수 있다. 여기에 복잡한 형상의 가공도 가능하다는 점이 더해진다.

가공 조건은 제거율과 표면 품질을 함께 좌우한다. 가공 속도를 조정하면 다듬질 면의 거칠기를 조절할 수 있다. 전류밀도가 커지면 소재제거율은 커지지만 표면거칠기는 나빠진다. 따라서 거친 가공과 다듬질 가공은 조건을 달리 잡아야 한다.

전극으로는 구리나 흑연을 주로 사용한다. 두 전극 가운데 하나는 공구 전극, 다른 하나는 공작물 전극이라 부른다. 가공 중 절연액은 두 전극 사이의 유전체가 된다. 이 절연액의 상태가 방전의 안정성을 좌우하므로 전극 재료 선택과 함께 생각해야 한다.

자세히

방전 원리와 절삭가공의 차이

방전 현상은 원래 전기가 거의 통하지 않는 물질이 강한 전기장 속에서 절연성을 잃고 전류가 흐르는 현상을 말한다. 방전 현상의 종류로는 기체 방전, 진공 방전, 글로 방전, 아크 방전, 코로나 방전 등이 있으며, 방전가공은 이 중 전극 사이에 생기는 아크를 이용한다.

방전가공의 한 사이클은 세 단계로 나눌 수 있다. 첫째, 두 전극 사이의 전압이 높아지면 전기장 강도가 커져 액체 유전체가 파괴되고 전기 아크가 생긴다. 둘째, 아크로 전극에서 재료가 제거된다. 셋째, 전류가 멈추면 새 액체 유전체가 전극 사이 공간에 유입되어 고체 찌꺼기를 씻어내고 절연 특성을 회복시킨다. 이 셋째 단계를 플러싱(flushing)이라 부르며, 이 과정이 반복되어 가공이 연속된 미세 방전으로 진행된다.

기계가공은 절삭 공구가 공작물에 상대 운동을 하며 재료를 깎아내는 가공이고, 주축의 회전수와 회전 방향을 이용한다. 현대 기계가공의 대부분은 컴퓨터 수치 제어(CNC)로 수행된다. 두 가공의 차이는 아래 표로 정리한다.

가공 조건과 제거율

소재제거율은 단위 시간당 제거되는 재료의 양으로 가공 속도를 나타내는 척도다. 제거율을 높이려는 조건과 면을 고르게 하려는 조건이 서로 다르므로, 가공 목적에 따라 조건을 정한다. 조건을 바꾸면 제거율과 면 품질의 균형이 함께 움직이므로, 한쪽만 따로 떼어 판단하면 선지를 잘못 가르기 쉽다.