현대 엔지니어링의 상위 4가지 특수 처리 방법

이 문서에서는 주로 몇 가지 성숙한 특수 처리 방법을 소개합니다.

I. 방전 가공(EDM)

EDM은 특정 액체 매체에서 양극과 음극 사이의 펄스 방전 중 전기 부식 현상을 활용하여 전도성 소재를 가공하는 방법입니다. 이를 통해 부품의 치수, 형상 및 표면 품질이 기술 요구 사항을 충족합니다. 방전 가공 또는 전기 침식 가공이라고도 합니다. 작동 원리는 그림 8-41에 나와 있습니다.

펄스 전압으로 충전된 공작물과 공구(순수 구리 또는 흑연으로 제작)는 각각 양극과 음극으로 작동합니다. 절연성 작동유(등유 또는 광유)에 가까이 있으면 두 전극 사이의 가장 가까운 지점에서 전극 간 전압이 분해되어 펄스 방전을 형성합니다.

방전 채널에서 발생하는 고온으로 인해 금속이 녹아 기화되고, 녹은 금속은 방전 폭발력의 영향으로 밖으로 튕겨져 나가 절연 작동 유체에 의해 운반됩니다.

극성 효과(즉, 두 전극의 침식량이 같지 않음)로 인해 공작물 전극의 침식 속도가 공구 전극의 침식 속도보다 훨씬 큽니다. 따라서 전기 침식 공정 중에 공구 전극이 공작물에 지속적으로 공급되면 공구의 형상에 따라 공작물의 가공을 정확하게 완료 할 수 있습니다.

(1) EDM의 프로세스 특징

1) 경질 합금, 경화강, 스테인리스강 등 단단하고 부서지기 쉽고 질기며 녹는점이 높은 전도성 소재를 가공할 수 있습니다.

2) 가공 시 큰 기계적 힘이 가해지지 않아 작은 구멍, 얇은 벽, 다양하고 복잡한 단면 모양과 캐비티가 있는 부품 가공에 유리합니다.

3) 펄스 파라미터를 조정할 수 있어 동일한 기계에서 거친 가공과 미세 가공이 가능합니다.

4) 가공 크기 정확도는 0.01mm에 도달 할 수 있으며 표면 거칠기 Ra 값은 0.8μm입니다. 초정밀 가공의 경우 크기 정확도는 0.04 ~ 0.002mm에 도달 할 수 있으며 표면 거칠기 Ra 값은 0.1~0.05μm입니다.

5) EDM은 가공 속도가 느리고 공구 전극이 마모되어 가공 효율과 성형 정확도에 영향을 미칩니다.

(2) EDM의 응용

EDM은 다양한 단면 형태의 성형 구멍, 작은 구멍 가공, 다양한 단조 금형, 압출 금형, 다이캐스팅 금형 및 기타 성형 캐비티, 일체형 임펠러, 블레이드 및 다양한 곡면 부품 가공, 표면 강화 및 조각, 방전선 절단 가공에 사용됩니다.

II. 전기화학 가공(ECM)

ECM은 금속이 전해질에 양극으로 용해되는 전기 화학 반응의 원리를 사용하여 공작물을 성형하는 방법입니다. 그림 8-42에서 볼 수 있듯이 ECM을 하는 동안 공작물은 양극 단자에, 공구 전극은 음극 단자에 연결되어 저전압, 고전류가 이들 사이에 흐릅니다.

두 단자 사이의 좁은 틈새로 고속 전해질이 주입됩니다. 공구 전극이 공작물에 지속적으로 공급되면서 전해질에서 금속이 양극 용해되어 공작물의 재료가 공구 표면의 모양대로 용해됩니다. 그런 다음 고속 전해질 흐름에 의해 전기 분해 생성물이 제거되어 공구 표면에 해당하는 형상이 공작물에 생성됩니다.

(1) ECM 프로세스 특징

1) 경화강, 경합금, 스테인리스강과 같은 고경도, 고강도, 고인성 금속을 높은 생산율로 가공할 수 있습니다.

2) 절삭력이나 절삭 열이 없어 벽이 얇은 부품과 같이 쉽게 변형되는 부품 가공에 적합합니다.

3) 평균 가공 정확도는 0.03~0.05mm에 도달할 수 있으며 표면 거칠기 Ra 값은 잔류 응력 없이 1.6~0.2μm에 도달할 수 있습니다.

4) 이론상으로는 공구 음극이 공정 중에 마모되지 않아 장기간 사용할 수 있습니다.

5) 전해액이 공작 기계를 부식시키고 전기 분해 생성물은 처리 및 재활용이 어렵습니다.

(2) ECM 애플리케이션

ECM은 심공 드릴링, 홀 확대, 스플라인 홀 드릴링, 소형 및 복잡한 형상의 홀 드릴링, 저정밀 캐비티 몰드 가공, 불규칙한 부품 블랭킹, 디버링, 전기 화학적 챔퍼링에 널리 사용됩니다.

III. 초음파 가공(USM)

USM은 공구 표면의 고주파 진동과 연마 슬러리를 사용하여 공작물을 가공하는 방법입니다. 그림 8-43에서 볼 수 있듯이 초음파 발생기는 고주파 전기 진동을 생성하고 변환기에 의해 작은 진폭의 초음파 기계적 진동으로 변환됩니다. 그런 다음 진폭 로드에 의해 진폭이 0.01~0.15mm로 증폭되어 공구에 전달되어 진동이 발생합니다.

한편, 연마 슬러리는 공작물과 공구 사이에 지속적으로 주입됩니다. 초음파로 진동하는 공구 면이 공작물 표면의 연마재를 지속적으로 두드려 가공 영역의 재료를 미세 입자로 분쇄하여 순환하는 연마 슬러리에 의해 제거됩니다. 공구가 서서히 공작물에 들어가 공작물에 그 모양을 복제합니다.

(1) USM 프로세스 특징

1) 유리, 세라믹, 보석, 다이아몬드 등 비전도성 단단하고 부서지기 쉬운 다양한 소재를 가공하는 데 적합합니다.

2) 다양하고 복잡한 형태의 구멍, 캐비티, 성형면 가공이 용이하며 중공형 공구를 사용하면 다양한 형태의 블랭킹도 구현할 수 있습니다.

3) 절삭력과 열 효과가 작아 벽이 얇고 간격이 좁은 공작물 및 기타 강성이 낮은 공작물 가공에 적합합니다.

4) 일반 USM 장비는 간단합니다.

5) 정확도는 0.05~0.01mm, 표면 거칠기 Ra 값은 0.8~0.1μm에 도달할 수 있지만 생산 속도는 상대적으로 낮습니다.

(2) USM 애플리케이션

USM은 벽이 얇고 간격이 좁은 얇은 시트 부품 가공에 적합하며 단단하고 부서지기 쉬운 재료의 홀 드릴링, 블랭킹, 절단 및 조각, 다이아몬드 와이어 드로잉 다이 가공에 널리 사용되며 다른 가공 방법과 함께 복합 가공도 수행할 수 있습니다.

IV. 레이저 가공

레이저 가공은 단색성이 우수하고 방향성이 강하며 초점 성능이 뛰어난 일관된 빛인 레이저를 사용하는 가공 방법입니다. 초점을 맞춘 후 출력 밀도는 10%에 이릅니다.⁸~10¹²W/cm²온도가 10,000℃ 이상에 달합니다.

레이저가 가공되는 재료에 조사되어 순간적으로 녹거나 기화되고, 강한 충격파가 발생하여 재료를 폭발적으로 제거합니다. 레이저 가공의 작동 원리는 그림 8-44에 나와 있습니다.

(1) 레이저 가공 공정 특징

1) 레이저 가공은 작업 시간이 짧고 열 영향 영역이 작으며 전자기 간섭의 영향을 받지 않으며 거의 모든 금속 및 비금속 재료를 가공할 수 있습니다.

2) 가공 속도가 매우 빠르고 자동화 된 생산 및 조립 라인 작업을 쉽게 실현할 수 있으며 열 변형도 매우 적습니다.

3) 이 공정은 공구를 사용할 필요가 없으며 기계적 가공 변형이 없는 비접촉 가공 방식입니다.

4) 공기, 불활성 가스 또는 광학적으로 투명한 매체를 통해 처리할 수 있습니다.

5) 가공 정확도는 0.01mm에 도달할 수 있고 표면 거칠기 Ra 값은 0.1μm에 도달할 수 있습니다.

(2) 레이저 가공 애플리케이션

1) 레이저 가공은 주로 다이아몬드 와이어 드로잉 다이, 시계 및 보석 베어링, 세라믹, 유리, 경질 합금 및 스테인리스 스틸과 같은 재료의 작은 구멍 가공에 사용됩니다. 구멍 직경은 일반적으로 0.01~1mm이고 가장 작은 구멍 직경은 0.001mm에 달할 수 있으며 구멍의 깊이 대 직경 비율은 50~100에 달할 수 있습니다.

2) 레이저 가공은 절단에 사용되며 재료 두께는 수십 밀리미터에 달할 수 있습니다. 또한 유리를 통해 진공관 내부의 필라멘트를 절단할 수도 있습니다. 다른 기계 가공으로는 달성하기 어려운 유리를 통해 용접 할 수 있습니다. 레이저로 공작물 재료의 표면을 스캔하여 저탄소강 표면의 레이저 경화와 같은 재료의 표면 열처리를 수행할 수 있습니다.