KR100858658B1 - Manufacturing method of tungsten-correr edm electrode - Google Patents
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Abstract
잔류 기공이 거의 없는 매우 균질한 조직을 가지며, 제조 공정의 용이함을 제공하고 제조 단가를 저감시킬 수 있는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법이 개시된다. 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법은 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계, 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말과 바인더를 혼합하여 성형 혼합물을 제조하는 단계, 성형 혼합물을 사출 성형하여 사출 성형체를 제조하는 단계, 사출 성형체에 포함된 바인더를 제거하는 단계 및 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 단계를 포함한다. 이와 같은 제조방법으로 인하여, 고정밀도를 유지하며, 제조 공정을 간소화할 수 있어 대량생산에 유리하고, 그에 따른 제작 비용이 절감된 방전 전극을 제공할 수 있다.Disclosed is a method of manufacturing an electrode for tungsten-copper discharge processing, which has a very homogeneous structure with little residual pores, and which can provide an ease of manufacturing process and reduce manufacturing cost. The electrode manufacturing method for tungsten-copper discharge processing includes the steps of preparing a tungsten-coated tungsten-copper composite powder, mixing a tungsten-coated tungsten-copper composite powder and a binder to prepare a molding mixture, and injection molding the molding mixture. Preparing an injection molded body, removing the binder included in the injection molded body, and sintering the injection molded body from which the binder has been removed. Due to such a manufacturing method, it is possible to provide a discharge electrode that maintains high precision and can simplify the manufacturing process, which is advantageous for mass production, and the manufacturing cost is reduced accordingly.
방전 전극, 바인더, 사출, 탈지, 소결 Discharge electrode, binder, injection, degreasing, sintering
Description
도 1은 본 발명에 따른 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing an electrode for tungsten-copper discharge machining according to the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 방전 전극의 제조에 사용되는 산화 텅스텐 및 산화 구리 분말의 주사전자현미경 사진이다.2A and 2B are scanning electron micrographs of tungsten oxide and copper oxide powder used in the manufacture of the discharge electrode of the present invention.
도 3는 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말을 혼합 및 분쇄하여 혼합분말을 제조하는 공정을 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a process of preparing a mixed powder by mixing and grinding tungsten oxide powder and copper oxide powder.
도 4는 혼합 및 분쇄된 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말의 혼합분말을 환원 처리하는 공정을 보여주는 상태도이다.4 is a state diagram showing a process of reducing a mixed powder of mixed and pulverized tungsten oxide powder and copper oxide powder.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 공정을 거쳐 제조된 텅스텐-구리 복합분말의 외부 형상과 단면의 상태를 보여주는 주사전자현미경의 사진이다.5a and 5b are photographs of the scanning electron microscope showing the state of the external shape and cross section of the tungsten-copper composite powder prepared through the process of FIG.
도 6은 복합분말과 바인더를 혼합하는 공정을 도시한 절개 사시도이다.6 is a cutaway perspective view illustrating a process of mixing a composite powder and a binder.
도 7은 복합분말과 바인더의 분말 혼합체를 사출 성형하는 공정을 도시한 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing a process of injection molding a powder mixture of a composite powder and a binder.
도 8은 사출 성형체에 포함된 바인더를 제거하는 공정을 도시한 단면도이다.8 is a cross-sectional view showing a step of removing a binder included in an injection molded body.
도 9는 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 공정을 도시한 단면도이다.9 is a cross-sectional view showing a step of sintering an injection molded body from which a binder is removed.
도 10은 다른 실시예로써, 분말프레스를 사용하여 복합분말을 성형하는 공정을 도시한 단면도이다.10 is a cross-sectional view showing a process of molding a composite powder using a powder press as another embodiment.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
50:혼합분말 60:바인더50: mixed powder 60: binder
70:복합분말 80:분말 혼합체70: composite powder 80: powder mixture
90:사출 성형체 100:방전 전극90: injection molded body 100: discharge electrode
200:볼밀 210:볼200: ball mill 210: ball
220:볼밀 용기 230:롤러220: ball mill container 230: roller
300:두날 혼합기 310:회전날300: Double blade mixer 310: Rotary blade
400:사출 성형기 410:실린더 배럴400: injection molding machine 410: cylinder barrel
420:금형 500:용매 탈지기420 : Mold 500 : Solvent degreasing
600:소결로 700:분말프레스600: Sintering 700: Powder press
본 발명은 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 잔류기공이 거의 없는 매우 균질한 조직을 가지면서도 기계가공 없이도 원하는 형상으로 정밀하게 제조할 수 있는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrode for tungsten-copper electric discharge machining, and more particularly, to a method for manufacturing an electrode for tungsten-copper electric discharge machining, which has a very homogeneous structure with little residual pores and can be precisely manufactured in a desired shape without machining. It is about.
방전가공은 전기 가공법의 일종으로 방전현상을 인공적으로 설정하여 그 에너지를 이용하여 절삭이나 절단 등 가공물의 외형을 가공하는 방법이다. 즉, 절연액 속에서 연속적으로 발생되는 불꽃 방전의 침식작용에 의해 도체(주로 금속 공작물)에 구멍을 뚫거나 또는 목적한 현상으로 깎아내 가는 전기 가공법이라 할 수 있다.Electrical discharge machining is a type of electrical processing, in which the discharge phenomenon is artificially set, and the energy is processed to process the appearance of a workpiece such as cutting or cutting. In other words, it can be said to be an electroprocessing method in which a hole (mainly a metal work piece) is drilled by a erosion action of a spark discharge continuously generated in an insulating liquid or cut into a desired phenomenon.
이러한 방전가공은 피가공물을 양극으로, 공구전극을 음극으로 하여 절연성의 액에 넣고 전극에 전류를 가하여 펄스성 방전을 반복시켜서 가공물이 침식시킬 수 있으며, 주로 절삭가공이 어려운 초경 소재나 공구강 소재의 가공에 널리 사용된다.Such discharge machining can induce the workpiece as the anode, the tool electrode as the cathode, put it in an insulating liquid, apply a current to the electrode, and repeat the pulse discharge to erode the workpiece. Widely used in processing.
그런데, 매우 정밀한 형상의 가공을 위해서는 강도가 높고 내아크성과 내마모성이 우수한 공구전극 소재가 필요하다. 이전에는 구리가 전극 소재로 널리 사용되었으나 최근에는 구리에 비하여 강도가 우수하고 내삭성이 뛰어난 텅스텐-구리 소재가 방전용 전극으로 널리 사용되고 있다.However, in order to process a very precise shape, a tool electrode material having high strength and excellent arc resistance and abrasion resistance is required. Previously, copper was widely used as an electrode material, but recently, a tungsten-copper material having superior strength and excellent corrosion resistance than copper has been widely used as an electrode for discharge.
기존 텅스텐-구리 전극소재의 경우 텅스텐과 구리 분말을 혼합하여 일정한 내부 기공을 갖는 텅스텐-구리 혼합분말 성형체를 제조한 후, 소결하여 내부에 기공을 갖는 골격체(skeleton)를 만들고 구리를 녹여서 골격체 내부로 용침(infiltration)하는 방법이 주로 사용되어 왔다.In the case of conventional tungsten-copper electrode material, a tungsten-copper mixed powder compact having a predetermined internal pore is manufactured by mixing tungsten and copper powder, and then sintered to form a skeleton having pores therein, and copper is melted to form a skeleton. Infiltration into the interior has been mainly used.
그런데, 기존 텅스텐-구리 소재의 방전 전극의 제조방법에는 다음과 같은 문제점들이 있다.However, there are the following problems in the manufacturing method of the discharge electrode of the conventional tungsten-copper material.
위에서 언급한 용침법으로 제조된 텅스텐-구리 전극소재는 초기에 혼합된 구 리분말들이 소결 과정 중에 용해되어 모세관력에 의해 주변에 있는 텅스텐 분말들 사이로 스며들어가고, 나중에 용침된 구리가 그 자리와 기존 기공들을 대체함으로써 텅스텐과 구리가 균일하게 분포되지 않은 영역을 갖는 텅스텐-구리 전극소재가 제조된다.The tungsten-copper electrode material produced by the above-mentioned infiltration method dissolves during the sintering process and the initially mixed copper powder is dissolved into the surrounding tungsten powders by capillary force. By replacing the pores, a tungsten-copper electrode material having a region where tungsten and copper are not evenly distributed is produced.
또한, 구리 용침을 위해서는 구리를 녹여야 하므로 실제 공정은 섭씨1100도 이상의 고온에서 용침 공정이 수행되므로 (구리의 녹는점 1083도) 성공적인 용침 공정 후에 상온으로 냉각하는 동안 텅스텐과 구리의 열팽창계수 차이에 의하여 텅스텐과 구리계면에 잔류 기공이 1% 내지 2%이상 발생한다. 이러한 텅스텐-구리 소재내부의 불균질한 조직과 잔류기공은 방전가공시 불균질한 아크를 발생시키고 전극의 불균질한 마모를 유발하여 가공면의 조도를 저하시키고 가공 정밀도를 나쁘게 만든다.In addition, since copper must be melted for copper infiltration, the actual process is carried out at a high temperature of more than 1100 degrees Celsius (copper melting point of 1083 degrees), and thus, due to the difference in thermal expansion coefficient of tungsten and copper during cooling to room temperature after a successful infiltration process Residual pores are generated in the tungsten and copper interface by more than 1% to 2%. The heterogeneous structure and residual pores in the tungsten-copper material generate an inhomogeneous arc during discharge processing and cause inhomogeneous abrasion of the electrode, thereby lowering the roughness of the machining surface and worsening the machining precision.
또한, 텅스텐-구리 소재내부의 불균질한 조직과 잔류기공에 기인한 전극의 불균질한 마모와 방전가공중 국부적인 텅스텐과 구리의 열팽창 계수의 차이로 인한 균열 발생은 텅스텐-구리 전극소재의 수명을 크게 단축시키게 된다.In addition, the crack generation due to the heterogeneous wear of the electrode due to the inhomogeneous structure and residual pores in the tungsten-copper material and the difference in the local coefficient of thermal expansion of tungsten and copper during the discharging process resulted in the life of the tungsten-copper electrode material. This greatly shortens the time.
또한, 방전가공을 위해서는 텅스텐-구리 전극소재를 가공코자 하는 형상으로 기계 가공하여 방전가공을 해야 하는데, 이러한 경우 구리에 비하여 강도가 높고 내마모성이 큰 텅스텐-구리 소재의 경우 복잡한 형상으로 정밀가공 시 소재 손실이 많고 많은 시간이 소요되며 절삭 공구의 마모에 기인하여 가공오차도 커지게 된다. 특히, 동일한 형상에 대한 대량 방전가공의 경우에도 방전 전극을 하나씩 절삭가공으로 만들어야 하므로 시간이 많이 소요되며 비용도 높아지게 된다. 게다가 동일 형상의 방전 전극 가공 시 가공장비가 달라지거나 동일 가공장비의 경우에도 절삭공구의 마모상태에 따라 가공 정밀도가 달라지게 되므로 최종 방전가공으로 제조되는 가공품들의 정밀도가 낮아지게 된다.In addition, discharge processing is performed by machining a tungsten-copper electrode material into a shape to be processed. In this case, a tungsten-copper material having a higher strength and higher abrasion resistance than copper has a complicated shape and a precision processing material. Loss is time consuming, time consuming, and machining error is large due to wear of cutting tool. In particular, even in the case of mass discharge machining of the same shape, the discharge electrodes must be made by cutting one by one, which takes a lot of time and increases the cost. In addition, when machining the discharge electrode of the same shape, the machining equipment is changed, or even in the same machining equipment, the machining precision is changed according to the wear state of the cutting tool is reduced the precision of the workpieces manufactured by the final discharge machining.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 구리의 용침 공정을 생략하여 잔류기공을 최소화하고, 매우 균질한 조직을 갖도록 하여 열전도도, 연성, 인장강도 및 피로강도를 향샹시킬 수 있는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, to minimize the residual pores by eliminating the copper infiltration process, to have a very homogeneous structure to improve the thermal conductivity, ductility, tensile strength and fatigue strength The present invention provides a method for manufacturing an electrode for tungsten-copper discharge processing.
본 발명의 다른 목적은 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 분말을 이용하여 사출 성형이 가능함으로써, 원하는 형상으로 제조하기 용이하고, 제조 단가를 저감 시킬 수 있는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electrode for tungsten-copper electric discharge machining, which can be injection molded using tungsten-coated tungsten-copper powder, which can be easily manufactured in a desired shape and can reduce manufacturing cost. .
본 발명의 또 다른 목적은 분말압축성형이 가능하여 제조가 신속하고 용이하여 대량생산에 유리하며, 가공 정밀도를 향상 시킬 수 있는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electrode for tungsten-copper discharge processing, which is capable of powder compression molding, which is quick and easy to manufacture, which is advantageous for mass production, and improve processing precision.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법은 텅스텐이 구리 외부에 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계와, 상기 복합분말을 이용하여 방전 전극을 성형하는 단계로 이루어진다. 상기 제조된 복합분말을 이용하여 크게 두 가지 방법으로 방전 전극을 제조할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, the method for manufacturing an electrode for tungsten-copper discharge processing comprises the steps of preparing a tungsten-copper composite powder coated on the outer tungsten copper; Forming a discharge electrode by using the same. Discharge electrodes can be manufactured in two ways using the prepared composite powder.
하나는 분말사출성형법으로써, 상기 제조된 복합분말에 바인더를 혼합 후 사출 성형체를 제조하는 단계와, 상기 바인더를 제거 후 상기 사출 성형체를 소결하는 단계를 추가하여 방전 전극을 제조할 수 있다.One is a powder injection molding method, in which a discharge electrode may be manufactured by adding a step of preparing an injection molded body after mixing a binder with the prepared composite powder and sintering the injection molded body after removing the binder.
다른 하나는 분말압축성형방법으로써, 상기 제조된 복합분말을 금형압축성형하여 압축 성형체를 제조하는 단계 및 상기 성형체를 소결하는 단계를 추가하여 방전 전극을 제조할 수 있다.The other one is a powder compression molding method, in which the composite powder may be compression molded to produce a compression molded body, and the sintering of the molded body may be performed to manufacture a discharge electrode.
상기 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계는 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말을 균일하게 혼합하여 분쇄하여 혼합분말을 제조하는 단계 및 상기 혼합분말의 온도를 단계별 상승시켜 열처리 하는 단계를 통해 상기 텅스텐 분말이 상기 구리 분말을 감싸는 구조의 상기 복합분말을 형성할 수 있다.The tungsten-coated tungsten-copper composite powder may be prepared by uniformly mixing tungsten oxide powder and copper oxide powder, pulverizing to prepare a mixed powder, and thermally increasing the temperature of the mixed powder step by step. The tungsten powder may form the composite powder having a structure surrounding the copper powder.
상기 혼합분말을 제조하는 단계는 상기 산화 텅스텐 분말 및 산화 구리 분말을 1분 내지 50 시간 범위로 볼 밀링(ball milling) 등의 과정을 통해 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.The preparing of the mixed powder may further include grinding the tungsten oxide powder and the copper oxide powder through a process such as ball milling in a range of 1 minute to 50 hours.
또한, 텡스텐-구리 방전가공용 전극을 제조하는 방법은 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계, 상기 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말과 바인더를 혼합하여 분말 혼합체(feedstock)를 제조하는 단계, 상기 분말 혼합체를 사출 성형기기로 사출하여 사출 성형체로 제조하는 단계, 상기 사출 성형체에 포함된 상기 바인더를 제거하는 단계 및 상기 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 단계로 이루어진다. 상기 사출기로써 내부에 스크류가 형성된 실린더를 이용할 수 있다. 그리고, 상기 바인더는 결합제, 윤활제, 가소제 및 계면활성제 등 및 그 혼합물이 사용될 수 있으며, 구체적으로는 스테아린산이나 파라핀 왁스를 사용할 수 있다.In addition, a method for manufacturing an electrode for tungsten-copper discharge processing includes preparing a tungsten-coated tungsten-copper composite powder, and mixing the tungsten-coated tungsten-copper composite powder with a binder to prepare a powder mixture (feedstock). And a step of injecting the powder mixture into an injection molding machine to produce an injection molded body, removing the binder included in the injection molded body, and sintering the injection molded body from which the binder is removed. As the injection machine, a cylinder having a screw formed therein may be used. The binder may be a binder, a lubricant, a plasticizer, a surfactant, and the like, and mixtures thereof. Specifically, stearic acid or paraffin wax may be used.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.
도 1은 본 발명에 따른 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing an electrode for tungsten-copper discharge machining according to the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조 방법은 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계(S1), 상기 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말과 바인더를 혼합하여 분말 혼합체를 제조하는 단계(S2), 상기 분말 혼합체를 사출 성형하여 사출 성형체를 제조하는 단계(S3), 상기 사출 성형체에 포함된 상기 바인더를 제거하는 단계(S4) 및 상기 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 단계(S5)로 이루어진다.As shown in the drawing, in the method for manufacturing an electrode for tungsten-copper discharge processing, a step of manufacturing a tungsten-coated tungsten-copper composite powder (S1) and a powder mixture by mixing the tungsten-coated tungsten-copper composite powder and a binder Manufacturing step (S2), injection molding the powder mixture to produce an injection molded body (S3), removing the binder included in the injection molded body (S4) and sintering the injection molded body from which the binder is removed Step S5 is made.
텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계(S1)에서는 먼저, 산화 텅스텐(WO3 또는 WO2.9)분말과 산화 구리(CuO 또는 Cu2O) 분말을 균일하게 혼합 분쇄하여 혼합분말을 제조한 후, 환원성 분위기에서 200 내지 400 °C의 온도범위에서 1분에서 5시간 유지한 후, 다시 온도를 올려서 500 내지 700 °C의 온도범위에서 1분에서 5시간 유지한다. 이어, 다시 온도를 올려 750 내지 1080 °C의 온도범위에서 1분에서 5시간 환원 열처리 하여 텅스텐이 구리 분말을 감싸는 구조의 텅 스텐-구리 복합분말을 얻을 수 있다.In the step (S1) of preparing a tungsten-coated tungsten-copper composite powder, a mixed powder is prepared by uniformly mixing and grinding tungsten oxide (WO 3 or WO 2.9 ) powder and copper oxide (CuO or Cu 2 O) powder. After that, in a reducing atmosphere is maintained at a temperature range of 200 to 400 ° C for 1 minute to 5 hours, and then again the temperature is maintained for 1 minute to 5 hours in the temperature range of 500 to 700 ° C. Subsequently, by raising the temperature again, a reduced heat treatment may be performed at a temperature range of 750 to 1080 ° C. for 1 hour to 5 hours to obtain a tungsten-copper composite powder having a structure in which tungsten surrounds the copper powder.
여기서, 혼합분말이란 서로 다른 분말이 단순히 물리적으로 혼합된 상태의 분말을 의미하는 것으로 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말이 물리적으로 단순히 혼합된 상태의 분말을 말한다. 또한, 복합분말이란 서로 다른 성분들이 서로 화학적으로 결합된 하나의 독립된 분말을 의미하는 것으로 텅스텐 분말이 구리 분말을 감싼 형태로 화학적으로 결합된 상태의 분말을 말한다.Here, the mixed powder refers to a powder in which different powders are simply physically mixed, and refers to a powder in which tungsten oxide powder and copper oxide powder are physically simply mixed. In addition, the composite powder refers to one independent powder in which different components are chemically bonded to each other, and refers to a powder in which tungsten powder is chemically bonded in a form of wrapping copper powder.
상기 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말과 바인더를 혼합하여 분말 혼합체를 제조하는 단계(S2)에서는 상기 텅스텐 분말이 상기 구리 분말을 코팅한 구조로 이루어진 텅스텐-구리 복합분말에 부피비로 30% ~ 70%의 바인더를 혼합한다. 이렇게 혼합하여 사출성형이 가능한 분말 혼합체가 만들어진다.In the step (S2) of mixing the tungsten-coated tungsten-copper composite powder and a binder to prepare a powder mixture, the tungsten powder is a tungsten-copper composite powder having a structure in which the copper powder is coated. Mix% binder. This mixing produces a powder mixture capable of injection molding.
한편, 상기 바인더는 사출성형 시에 액상의 형체로 유동성을 주고, 원료분말을 단단한 형상으로 유지하기 위해 다량으로 첨가하지만, 소결 전에 바인더를 제거하는 공정이 필요하고, 바인더 제거성도 바인더 선택의 중요한 포인트이다. 상기 바인더 선택 시 고려해야 할 항목으로는 원료분말과의 반응 유무, 가열 유동성, 원료분말에 대한 누설성, 바인더 사이의 상용성, 및 성형체의 보형성 및 열분해 특성(잔류 카본량)등이 있다.On the other hand, the binder gives a liquidity in the form of a liquid at the time of injection molding, and in order to maintain the raw powder in a large shape, it is added in a large amount, but the process of removing the binder before sintering, binder removal is also an important point of binder selection to be. Items to consider when selecting the binder include the presence or absence of reaction with the raw material powder, heating fluidity, leakage to the raw material powder, compatibility between the binder, and the shape retention and thermal decomposition characteristics (remaining carbon amount) of the molded body.
상기 분말 혼합체를 사출 성형하여 사출 성형체를 제조하는 단계(S3)에서는 상기 분말 혼합체를 이용하여 가공하려는 형상 즉, 방전 전극의 형상의 금형을 이용하여 상기 사출 성형체를 제조하는 바, 이와 같은 상기 사출 성형체는 플라스틱 산업에서 사용되던 사출 성형기술과 분말 야금산업에서 발달한 금속분말의 소결 기 술 양쪽의 이점을 융합시킨 통상의 금속분말사출성형(Metal Injection Molding; MIM) 공법을 통해 제조될 수 있다.In the step (S3) of manufacturing the injection molded body by injection molding the powder mixture, the injection molded body is manufactured by using a mold having a shape to be processed using the powder mixture, that is, a discharge electrode. Can be produced through the conventional metal injection molding (MIM) process that combines the advantages of both the injection molding technology used in the plastics industry and the sintering technology of metal powders developed in the powder metallurgy industry.
즉, 상기 분말 혼합체는 사출 성형기의 실린더 안으로 보내져 가소화되면서 수송되고, 상기 실린더의 노즐로부터 금형으로 사출되어 냉각 고화됨으로써 상기 사출 성형체가 추출될 수 있게 한다.That is, the powder mixture is sent into the cylinder of the injection molding machine and transported while being plasticized, and injected into the mold from the cylinder nozzle to cool and solidify, thereby allowing the injection molded body to be extracted.
상기 금형은 가열에 의해 가소화된 상기 분말 혼합체의 충진이 부드럽게 되도록 유로의 형상과 수치의 설계가 중요하다. 또한, 상기 금형은 캐비티(cavity)내 표면의 균일한 온도분포를 위해 온도를 제어할 수 있는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.The mold is important to design the shape and the numerical value of the flow path so that the filling of the powder mixture plasticized by heating is smooth. In addition, the mold is preferably formed of a structure that can control the temperature for a uniform temperature distribution of the surface in the cavity (cavity).
상기 사출 성형체에 포함된 상기 바인더를 제거하는 단계(S4)에서는 상기 사출 성형체에서 용매를 이용하여 혼합된 바인더의 일부를 녹인 이후 가열을 통해 남아있는 바인더를 태워 제거한다.In the step (S4) of removing the binder included in the injection molded body, a part of the mixed binder is melted using a solvent in the injection molded body, and then the remaining binder is burned off by heating.
상기 사출 성형체에 포함된 바인더를 제거하는 또 다른 방법으로는 상기 사출 성형체를 단지 가열함으로써 상기 사출 성형체에 혼합된 바인더를 제거할 수도 있다. 이때, 온도를 올리게 되면 상기 사출 성형체에 혼합된 바인더는 녹았다가 기화됨으로써 제거된다. 이외에도 광분해형 바인더에 의한 방법, 진공분위기로 하여 증발을 촉진하는 방법 등이 제안되어 실시되고 있다.As another method of removing the binder contained in the injection molded body, the binder mixed in the injection molded body may be removed by only heating the injection molded body. At this time, when the temperature is raised, the binder mixed in the injection molded body is removed by melting and vaporizing. In addition, a method using a photodegradable binder, a method of promoting evaporation using a vacuum atmosphere, and the like have been proposed and implemented.
상기 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 단계(S5)는 상기 바인더가 제거된 상기 사출 성형체를 1090℃ 내지 1500℃의 온도 범위를 가지는 수소 분위기 또는 수소를 포함하는 환원성 분위기를 이용하여 상기 바인더를 제거한 사출 성형 체, 즉 소결체를 형성하는 과정이다. 이러한 소결 과정을 통하여 상기 소결체는 이론밀도 대비 99%이상의 고밀도로 치밀화 되게 되며 최종 소결체의 잔류기공이 1-2% 정도 있는 경우라 하더라도 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말의 입자크기가 2mm이내로 매우 작고 특히 텅스텐 입자 크기가 10nm 내지 1mm 범위로 매우 미세하기 때문에 용침된 텅스텐-구리 소재와 달리 소결 후 잔류기공의 크기가 2mm이내로 매우 작기 때문에 잔류기공에 의한 방전 가공시 품질 저하는 거의 없다.The step (S5) of sintering the injection molded body from which the binder is removed removes the binder by using the hydrogen atmosphere having a temperature range of 1090 ° C to 1500 ° C or a reducing atmosphere containing hydrogen in the injection molded body from which the binder is removed. It is a process of forming an injection molded body, that is, a sintered body. Through this sintering process, the sintered compact is densified to more than 99% of the theoretical density and even if the residual pores of the final sintered compact are 1-2%, the particle size of the tungsten-coated tungsten-copper composite powder is very within 2mm. Since the size of tungsten particles is very small, particularly in the range of 10 nm to 1 mm, the quality of the residual pores during discharge processing due to residual pores is hardly deteriorated because the size of the residual pores after sintering is very small within 2 mm.
가공품의 형상에 따라 분말 사출성형단계인 제 2 단계(S2) 내지 제4단계(S4) 대신 가공품 형상의 금형에서 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 금형 압축 성형하는 단계만으로 사출 성형체를 제조 후, 제 5단계(S5)인 소결 공정을 통해 방전 전극을 만들 수 있다. 경우에 따라서는 분말 압축성형공정상의 편의를 위하여 텅스텐-구리 복합분말에 일부의 바인더를 혼합할 수 있으며 이 경우 금형압축성형 후 소결 전에 바인더를 제거하는 단계가 필요할 것이다.According to the shape of the workpiece, after the injection molding is produced by compression molding the tungsten-copper composite powder coated with tungsten in the mold of the workpiece instead of the second step (S2) to the fourth step (S4). , Through the sintering process of the fifth step (S5) can be made a discharge electrode. In some cases, some of the binder may be mixed in the tungsten-copper composite powder for the convenience of the powder compression molding process, and in this case, it may be necessary to remove the binder before sintering after mold compression molding.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 방전 전극을 제조하기 위한 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말의 주사전자현미경 사진이고, 도 3은 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말을 혼합 및 분쇄하여 혼합분말을 제조하는 공정을 도시한 단면도이다.2A and 2B are scanning electron micrographs of a tungsten oxide powder and a copper oxide powder for preparing a discharge electrode of the present invention, and FIG. 3 is a process of mixing and grinding tungsten oxide powder and copper oxide powder to prepare a mixed powder. It is a cross-sectional view showing.
이에 도시한 바와 같이, 볼밀(200)은 내부에 수용공간을 구비한 볼밀 용기(220)와, 상기 수용공간에 저장된 다수개의 볼(210) 및 상기 볼밀 용기(220)를 일정한 각속도로 회전시키는 롤러(230)를 구비한다. 상기 볼(210)은 경도가 높고 마모 속도가 낮은 재질을 사용하는 것이 좋다.As shown therein, the
상기 볼밀 용기(220)에 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말을 투입시킨 후, 상기 롤러(230)를 작동하여 상기 볼밀 용기(220)를 회전한다. 상기 롤러(230)중 하나는 모터에 연결되어 모터의 구동력을 인가 받아 회전하고, 다른 하나는 아이들(idle) 롤러로써 상기 밀링 용기(220)와의 마찰력을 통해 회전한다. 상기 볼밀 용기(220)가 회전하면 상기 수용공간에 투입된 상기 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말은 다수개의 볼(210)과 서로 충돌하면서 혼합과 분쇄가 일어난다.After the tungsten oxide powder and the copper oxide powder are introduced into the ball mill container 220, the
볼밀링 공정 중 혼합과 분쇄 과정을 알아보면, 상기 볼밀 용기(220)가 회전함에 따라 상기 볼(210)과 산화 텅스텐과 산화 구리의 혼합분말(50)은 중력과 원심력의 관계에 의하여 적당한 높이에서 낙하하여, 상기 수용공간의 하부에 있는 혼합분말(50)과 충돌을 일으켜서 충격에너지가 분말을 파단 시켜 미분화를 일으키게 된다. 상기 볼(210)의 재질로서는 초경, 또는 표면 경화 처리된 스틸이나 스테인리스 볼이 주로 사용된다.As a result of mixing and grinding during the ball milling process, as the ball mill container 220 rotates, the
도 4는 혼합 및 분쇄된 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말의 혼합분말을 환원 처리하는 공정을 보여주는 상태도이며, 도 5a 및 도 5b는 도 4의 공정을 거쳐 제조된 텅스텐-구리 복합분말의 외부 형상과 단면의 상태를 보여주는 주사전자현미경의 사진이다.4 is a state diagram illustrating a process of reducing and processing a mixed powder of tungsten oxide powder and copper oxide powder mixed and pulverized, and FIGS. 5A and 5B illustrate an external shape of a tungsten-copper composite powder prepared through the process of FIG. A photograph of a scanning electron microscope showing the state of the cross section.
열처리 공정의 일례로써 제시되는 도 4의 그래프를 보면, 혼합분말을 -60°C의 이슬점(dew point)을 갖는 건(dry) 수소 분위기에서 1분당 10°C의 승온 온도로 250°C로 온도를 올려서 1시간 동안 유지하여 1차적으로 구리 분말을 환원한 후, 다시 온도를 올려서 650°C에서 1시간 유지하여 2차적으로 환원된 구리 분말 위에 텅스텐을 핵 생성시키고, 다시 온도를 올려서 860°C에서 1시간 유지하여 3차적으 로 텅스텐을 성장시켜 텅스텐을 구리 분말 위에 텅스텐이 환원되어 코팅되도록 한 후, 냉각하여 텅스텐-구리 상기 복합분말을 제조할 수 있다.Referring to the graph of FIG. 4, which is presented as an example of the heat treatment process, the mixed powder is heated to 250 ° C. at an elevated temperature of 10 ° C. per minute in a dry hydrogen atmosphere with a dew point of −60 ° C. After raising for 1 hour to reduce the copper powder primarily, after raising the temperature again to maintain at 650 ° C for 1 hour to nucleate tungsten on the secondary reduced copper powder, the temperature is again raised to 860 ° C After maintaining for 1 hour in the third tungsten growth by tungsten is reduced to the tungsten coated on the copper powder and then cooled to prepare the tungsten-copper composite powder.
단계별 열처리 공정을 통해 제조된 상기 복합분말을 도 5a 및 도 5b의 사진에서 살펴보면, 텅스텐이 구리 분말을 코팅하여 감싸고 있음을 알 수 있다.Looking at the composite powder prepared by the step-by-step heat treatment process in the photos of Figures 5a and 5b, it can be seen that tungsten is coated by coating the copper powder.
도 6 내지 도 9은 텅스텐-구리 복합분말을 이용하여 텅스텐-구리 방전 전극의 제조방법을 도시한 것으로서, 도 6은 복합분말과 바인더를 혼합하는 공정을 도시한 절개 사시도이고, 도 7은 분말 혼합체를 사출 성형하는 공정을 도시한 단면도이며, 도 8은 사출 성형체에 포함된 바인더를 제거하는 공정을 도시한 단면도이며, 도 9는 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 공정을 도시한 단면도이다.6 to 9 illustrate a method of manufacturing a tungsten-copper discharge electrode using a tungsten-copper composite powder, FIG. 6 is a cutaway perspective view illustrating a process of mixing a composite powder and a binder, and FIG. 7 is a powder mixture. 8 is a cross-sectional view illustrating a step of removing the binder contained in the injection molded body, and FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a process of sintering the injection molded body from which the binder is removed.
이에 도시한 바와 같이, 두날 혼합기(300)는 내부에 수용공간이 형성된 원통형의 용기로써, 상기 수용공간에서 한 쌍의 회전날(310)이 공전과 자전을 할 수 있도록 되어 있다. As shown in the drawing, the two-
상기 두날 혼합기(300) 내부로 복합분말(70)과 바인더(60)를 투입하고, 상기 회전날(310)을 회전시켜 두 물질을 섞어 분말 혼합체(80)를 제조한다. 상기 회전날(310)은 상기 복합분말(70)과 바인더(60)가 잘 섞이도록 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 바인더(60)로 파라핀 왁스(paraffin wax), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 스테아릭산(stearic acid) 등을 사용할 수 있다.The
본 실시예에서 사용된 두날 혼합기(300)외에 압출형 혼합기를 사용할 수도 있다. 상기 압출형 혼합기는 내부에 스크류가 형성되어 있는데, 상기 스크류가 회 전하면서 강한 전단력으로 상기 복합분말(70)과 상기 바인더(60)를 균일하게 섞어줄 수 있다. 또한, 경우에 따라 상기 두날 혼합기(300)로 상기 복합분말(70)과 상기 바인더(60)를 혼합한 이후 압출형 혼합기를 사용하여 보다 균질하게 상기 분말 혼합체(80)를 제조할 수도 있다.In addition to the
상기 분말 혼합체(80)를 사출 성형하기 위해 사출 성형기(400)가 사용될 수 있다. 상기 사출 성형기(400)는 실린더 배럴(410)과 금형(420)을 포함한다. 상기 실린더 배럴(410)은 내부에 수용공간이 형성되고, 상기 수용공간에서 스크류(415)가 회전하면서 왕복 이동할 수 있다.An
상기 분말 혼합체(80)를 상기 실린더(410)에 투입하고, 상기 스크류(415)를 가동시키면, 상기 스크류(415)에 의해 상기 분말 혼합체(80)는 상기 금형(420) 쪽으로 이송된다. 이후 상기 분말 혼합체(80)는 노즐로부터 상기 금형(420)으로 사출되어 냉각 고화됨으로써, 사출 성형체(90)를 형성한다.When the
열처리에 의해 가소화된 상기 분말 혼합체(80)의 충진을 부드럽게 하기 위해서는 상기 수용공간의 형상 및 치수의 설계가 중요하다.In order to soften the filling of the
상기 사출 성형체(90)에서 상기 바인더(60)를 제거하기 위해 용매 탈지기(500)가 사용될 수 있다. 상기 용매 탈지기(500)의 내부에는 상기 바인더(60)의 성분 중 왁스 성분을 녹일 수 있는 용매(510)가 저장된다. 상기 용매(510)로써, 노말 헥산(n-hexane), 헵탄(Heptane), 시너 등을 사용할 수 있다. 상기 용매(510)에 상기 사출 성형체(90)를 투입하면, 상기 바인더(60) 성분 중 왁스 성분이 상기 사출 성형체(90)에서 분리되어 상기 용매(510)내에 녹게 된다. 통상적으로 상기 용매(510)의 온도는 약 50℃ 정도이며, 최대 70℃ ~ 80℃까지 올릴 수 있다. 왁스 성분이 제거된 상기 사출 성형체(90)를 열간 탈지로(520)로 이송하고, 상기 열간 탈지로(520)에서 상기 사출 성형체(90)에 남아 있는 상기 바인더(60)를 태울 수 있다. 통상적으로 상기 열간 탈지로(520) 내부의 온도는 약 450℃ 정도가 되게 하며, 이 온도에서 상기 바인더(60)는 99% 이상 연소된다. 또한, 상기 바인더(60)가 제거된 상기 사출 성형체(90)를 소결로(600)로 옮기기 전 handling을 쉽게 하기 위해 상기 열간 탈지로(520)의 온도를 약 800℃ ~ 900℃까지 올려 예비 소결을 할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 용매(510)를 이용하여 상기 바인더(60)를 제거하는 방법을 예로 들어 설명했지만, 상기 사출 성형체(90)를 용매탈지공정을 생략하고 열간탈지공정만 사용하여 상기 사출 성형체(90)로부터 상기 바인더(60)를 제거하는 방법을 사용할 수 있다.In the present embodiment, a method of removing the
마지막으로, 상기 바인더(60)가 제거된 사출 성형체(90)를 소결하기 위해 상기 소결로(600)가 사용될 수 있다. 상기 소결로(600)는 1090℃ 내지 1500℃의 범위의 수소 분위기 또는 수소를 포함하는 환원성 분위기를 제공할 수 있다. 상기 소결로(600)에서 상기 바인더(60)가 제거된 사출 성형체(90)를 소결하여 이론 밀도대비 99% 이상의 고밀도의 소결체인 방전 전극(100)을 제조할 수 있다.Finally, the
도 10은 다른 실시예로써, 분말프레스를 사용하여 복합분말을 성형하는 공정을 도시한 단면도이다.10 is a cross-sectional view showing a process of molding a composite powder using a powder press as another embodiment.
이에 도시한 바와 같이, 도 4의 공정을 거쳐 제조된 텅스텐이 코팅된 텅스텐 -구리 복합분말(70)을 분말프레스(700)를 이용하여 성형할 수 있으며, 이를 분말압축성형법이라 한다. 상기 분말프레스(700)는 압축할 대상을 수납하는 홈이 형성된 바디부(710)와, 상기 바디부(710)의 상부에서 직선왕복운동하며 압축할 대상을 가압하는 프레스부(720)로 구성된다. 본 실시예에서는 상기 복합분말(70)을 상기 바디부(710)의 홈에 수납 후 상기 프레스부(720)로 가압하여 압축 성형체를 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 상기 압축 성형체는 도 9에서 제시한 소결로에 투입 후 소결 공정을 거쳐 방전 전극을 제조할 수 있다. 경우에 따라서는 분말압축성형공정상의 편의를 위하여 상기 복합분말(70)에 일부의 바인더를 혼합할 수 있으며, 이 경우 상기 분말프레스(700)에 의해 성형 후 소결하기 전에 상기 바인더를 제거하는 단계가 추가된다.As shown in FIG. 4, the tungsten-coated tungsten-
이와 같이, 본 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법을 통해 구리의 용침하는 공정이 필요 없어 잔류 기공이 거의 없고, 매우 균질한 조직을 가지는 방전 전극을 제조할 수 있다. 또한, 공정을 간소화 할 수 있어 다량의 방전 전극을 적은 시간 안에 제조할 수 있다.As described above, the electrode for producing a tungsten-copper electric discharge machining does not require a copper infiltration process, so that a discharge electrode having almost no residual pores and having a very homogeneous structure can be manufactured. In addition, the process can be simplified, and a large amount of discharge electrodes can be manufactured in a short time.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 방전 가공용 전극 제조방법은 텅스텐 코팅된 구리 분말을 이용하여 구리의 용침 공정을 생략할 수 있어서 방전 전극을 제조시에 잔류기공이 거의 없고, 균질한 조직을 얻을 수 있는 효과가 있다.As described above, the electrode manufacturing method for electric discharge machining according to the present invention can omit the copper infiltration process using a tungsten-coated copper powder to obtain a homogeneous structure with little residual pores when producing a discharge electrode It can be effective.
또한, 복합분말을 이용한 사출 성형이 가능하여 원하는 형상으로 제조가 용이하고, 가공의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, injection molding using a composite powder is possible, making it easy to manufacture a desired shape, and there is an effect of improving the precision of processing.
또한, 다양한 중량비와 열처리를 통해 복합재료를 제조하여 높은 강도 및 뛰어난 표면 조도를 가지는 방전전극을 얻을 수 있다.In addition, it is possible to obtain a discharge electrode having a high strength and excellent surface roughness by manufacturing a composite material through a variety of weight ratio and heat treatment.
또한, 분말프레스를 사용한 분말압축성형이 가능하여 제조공정이 간소화되고, 제조시간이 단축되어 대량 생산이 수월하고 이에 따라 제작 비용을 절감시켜 제품의 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.In addition, powder compression molding using a powder press is possible, which simplifies the manufacturing process and shortens the manufacturing time, thereby facilitating mass production and thus reducing manufacturing costs, thereby lowering the cost of the product.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
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