KR101620653B1 - 스파크 침식 절삭용 와이어 전극 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스파크 침식 절삭용 와이어 전극(1)에 대한 것이다. 와이어 전극(1)은, 중량비 50%를 초과하는 순수한 결정질 알루미늄 및/또는 하나 이상의 결정질 알루미늄 합금으로 구성된 중심부(2)를 포함하고, 중심부(2)를 둘러싸며 구리, 아연 및/또는 구리-아연 합금을 포함하는 코팅층(3)을 포함한다. 와이어 전극(1)의 전체 단면적에 대한 중심부(2)의 면적의 비율은, 와이어 전극(1)의 전체 길이를 따라, 60% 내지 95%의 범위에 있다.

Description

스파크 침식 절삭용 와이어 전극{Wire electrode for spark-erosion cutting}
본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 중심부를 가지며, 상기 중심부를 둘러싸고, 구리, 아연 및/또는 구리-아연 합금을 포함하는 덮개 또는 코팅층을 갖는 방전 가공(electrical discharge machining)에 의한 절삭 또는 스파크 침식 절삭용 와이어 전극에 관한 것이다.
방전 가공(EDM) 방법 또는 스파크 침식 방법은 전기적 전도성 제품을 분리하는데 사용되며, 상기 제품과 도구 사이의 스파크 방전 방법에 의한 물질의 제거에 기반을 둔다. 이러한 목적을 위하여, 예를 들면, 탈이온수 또는 기름과 같은 비전도성 액체 내에서, 각각의 제품과 그 제품으로부터 짧은 거리에 배치되어 있는 도구 사이에서, 조절된 스파크 방전이 발생하며, 여기에서, 도구는 전압 펄스의 적용을 통하여, 전극으로 작용한다. 이와 같은 방식으로, 제품은 실질적으로 자신의 경도에 관계없이 가공될 수 있다.
약 0.02 내지 0.4 ㎜의 범위의 통상적인 직경을 갖는, 응력을 받은 얇은 선에 의하여 상기 도구가 구성되는, 특수 방전 가공 방법은, 방전 가공에 의한 절삭(스파크 침식 절삭) 또는 와이어 침식에 의한 절삭 방법이다. 와이어는 침식 공정 도중에 물질 제거의 결과로서 부식하기 때문에, 절삭 또는 가공 영역(지대)(zone)를 통해 연속적으로 인발하여야 하며, 1회만 사용될 수 있고, 즉, 와이어는 연속적으로 소모된다.
실무상(in practice), 적용에 따라 코팅되거나 코팅되지 않은 와이어 전극류가 사용된다. 비피복(bare) 또는 블랭크(blank) 와이어라고도 하는 코팅되지 않은 와이어 전극은 균질한 물질로 구성되어 있는 반면에, 코팅된 와이어 전극은 덮개가 있거나 코팅된 중심부를 갖는다. 종래 기술에서는, 코팅된 와이어 전극은 와이어 전극의 중심부가 와이어의 통행(through-passage) 및 와이어 텐셔닝(wire tensioning)에 필요한 인장 강도와 와이어 전극에 필요한 전기적 및 열적 전도도를 부여하도록 통상적으로 구성되며, 중심부를 둘러싸는 덮개 또는 코팅층은 실제 침식 공정을 담당한다.
예를 들면, 텅스텐, 몰리브덴 또는 강철과 같은 매우 높은 인장 강도의 중심부 물질을 갖는 코팅된 와이어 전극은 0.02 내지 0.07 ㎜의 작은 와이어 직경의 범위에서 확립되는데, 이는 이러한 방식으로서만 안정한 침식 공정 및 필요한 정밀도에 요구되는 와이어 텐셔닝을 구현하는 것이 가능하기 때문이다. 그러나, 더 큰 와이어 직경에 대하여는 텅스텐 또는 몰리브덴의 중심부를 갖는 와이어는 경제적 측면에서 좋은 구성이 되지 못한다.
실제 사용되는 대부분의 와이어들은 0.1 내지 0.3 ㎜의 범위에 있는 직경을 갖는데, 이는 생성되는 구성요소의 기하학적 구조 측면에서, 구조적 사양이 이런 경우에 통상적으로 충족될 수 있기 때문이다. 이러한 표준 직경 범위에서, 비피복및 코팅된 황동(brass) 계열 와이어가 일반적으로 채택된다. 해당 비피복 와이어는 중량비 35 및 40% 사이의 아연 함량을 갖는 황동으로 통상적으로 구성되는 반면에, 대부분의 코팅된 와이어는 구리 또는 황동으로 된 중심부를 가지며 아연 또는 구리-아연 합금으로 된 하나 이상의 덮개 층들을 가진다. 그러한 와이어는 구성요소 정밀도에 요구되는 통상적으로 규정되는 요구사항들을 충족시키는데 충분한 인장 강도 및 내마모성을 가지고 생성될 수 있다는 것을 알게 되었다. 상온에서의 이들의 인장 강도는 통상적으로 약 350 내지 1100 N/㎟의 범위에 있다. 또한, 이러한 와이어들은 침식 기계의 펄스 발생기로부터 제품으로의 에너지 전달이 충분히 이루어질 수 있도록 충분히 높은 전기 전도도를 갖는다. 중심부 물질로서, 구리 또는 황동은 또한 이들이 냉간 성형을 통하여 경제적으로 처리될 수 있는 장점을 가지며, 실제 침식 공정에 관련된 물질들로서, 아연 및 황동은 아연의 존재와 이로 인한 증발작용의 용이성으로 인하여, 침식 공정의 상대적으로 높은 제거율 및 효율과 제품 표면의 미세 마감을 위한 매우 적은 펄스 에너지 전달 가능성의 장점들을 제공한다.
이러한 배경하에서, 과거에는 상당한 정도로 기계 공학의 혁신에 의하여 그리고, 특히 공정 에너지 원의 성능 향상에 의하여 추진된, 제거율 증가 및/또는 제품 질의 개선으로 방향이 잡힌, 복수개의 비피복된 와이어들 및 코팅된 와이어들이 개발되었다. 예를 들면, 이러한 개발의 목표는 높은 인장 강도를 높은 전기적 및 열적 전도도와 결합시키는데 있다. 이러한 개발 도중에, 구리 또는 황동 이외의 다른 물질들로 이루어진 중심부를 갖는 코팅된 와이어 전극들도 상기 언급된 표준 직경 범위에서 드물게 제안되어 왔다. 예를 들면, 미국 특허 4,968,867 호는 그 중심부 물질이 높은 열적 전도도를 가지고, 특히, 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있는 와이어 전극을 기술하고 있다. 원하는 인장 강도와 기계적 하중 능력(mechanical load capability)을 달성하기 위하여, 특정한 최소 두께를 갖는, 황동으로 된 덮개층이 제공된다. 본 문서에 따르면, 단면인 상기 덮개 층 면적 비율은 중심부의 면적 비율보다 더 커야만 하며, 와이어 전극의 전체 단면적의 50 내지 90%이어야 한다. 또한, 와이어 전극의 양호한 진동 감쇠는 이러한 구조를 통해 달성될 수 있다.
40년 정도 사용된 와이어 침식 기법은 이제 높은 수준의 기술적 성숙도를 얻게 되었으므로, 상기 와이어 침식 기법을 가능하면 최대한 넓은 범위의 사용자 군들에게 매력적이게 하기 위하여, 상기 언급된 목표 이외에 상기 방법의 경제적 효율도 점점 중요해지고 있다.
높은 제거율과 이로 인하여 짧은 가공 시간을 가져서, 충분한 인장 강도와 양호한 침식 특성을 유지하면서, 와이어 침식의 경제적 효율이 더 향상되는 방식으로 종래 기술의 와이어 전극을 더 개량하는 것이 본 발명의 목적이다.
청구항 1 항의 특징은 본 목적의 달성에 역할을 한다. 와이어 전극의 유리한 실시예는 각각의 관련된 종속항들의 내용을 구성한다.
본 발명에 따르면, 방전 가공에 의한 절삭용 도는 스파크 침식 절삭용 와이어 전극은 순수한 결정질 알루미늄 및/또는 하나 이상의 결정질 알루미늄 합금을 중량비 50%를 초과하여 구성된 중심부를 갖도록 제공된다. 이러한 응용의 범위에서, "결정질" 물질이란 일상적인 의미로 단결정 물질 및 다결정 물질 모두를 의미한다. 따라서, 순수한 결정질 알루미늄 및/또는 하나 이상의 결정질 알루미늄 합금을 포함하는 것에 더하여, 중심부는 특정한 특성을 바람직한 방식으로 부여하기 위하여 예를 들면, 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 그러나, 중심부가 전체적으로 또는 상당히 순수한 결정질 알루미늄 및/또는 하나 이상의 결정질 알루미늄 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다, 즉, 순수한 결정질 알루미늄 및/또는 하나 이상의 결정질 알루미늄 합금으로 된 중심부가 제공되는 것이 바람직하다. 특히, 중심부는 전체적으로 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구현되거나 제작될 수 있다. 중심부는 예를 들면, 상이한 조성의 복수개의 개별 알루미늄 또는 알루미늄-합금 층의 형태로서, 균질하거나 방사상 방향으로 변화하는 특성을 갖도록 구현될 수 있다.
구리, 아연 및/또는 구리-아연 합금을 포함하는 덮개 또는 코팅층이 중심부를 둘러싸고 있다. 따라서, 덮개층은 예를 들면, 전체적으로 또는 상당히 구리로, 전체적으로 또는 상당히 아연으로 또는 전체적으로 또는 상당히 구리-아연 합금으로 구성될 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 덮개층은 상기 언급된 물질들로부터 각각 구성된, 복수개의 개별 층들 또는 부분층들(sublayers)로 구성되는 것도 가능하다. 바람직하게는, 덮개층은 구리, 아연 및/또는 구리-아연 합금의 중량비 적어도 50%로 제작된다. 구리의 중량비 약 50% 및 아연의 중량비 약 50%를 가지거나 구리-아연 합금의 중량비 약 50%를 가지는 균질한 덮개층이 가능할 것이다. 덮개층으로 바람직한 물질은 황동 또는 중량비 40%를 초과하는 아연 함유량을 갖는 구리-아연 합금이다. 상기와 같은 황동은 부서지기 쉬우며, 상대적으로 낮은 인장 강도를 가지며 냉간 성형에 의하여 용이하게 가공되지는 않지만, 그럼에도 불구하고 절삭 성능을 유리하게 개선시키는 β 상(phase)을 포함한다. 그러므로, 상기와 같은 황동이 적어도 덮개층의 외부 영역에 제공된다면 특히 바람직하다.
덮개층은 예를 들면, 적절한 코팅 방법을 통해 필요하다면 열처리 방법과 함께 이용하여 중심부에 적용되거나 증착될 수 있다. 덮개층의 적용은 예를 들면, 물리적 또는 전기화학적 수단에 의하여 이루어질 수 있으며, 필요하다면 다른 단계들을 더 거쳐 와이어 직경을 감소시킬 수 있다. 또한, 중심부의 구조를 갖는 와이어를 우선 구현하고, 이 와이어를 의도하고자 하는 덮개층의 적어도 개별 원소들을 갖는 물질의 튜브 모양의 조각으로 배치하고, 이후 와이어 인발기(wire drawing machine)를 수단으로 이 조합의 직경을 감소시켜 중심부 상으로 튜브 모양 물질 조각을 플레이트 하는 것이 가능하다. 튜브 모양 물질 조각은 예를 들면, 구리로 이루어질 수 있으며, 직경 감소 이후에 아연층은 예컨대 전기화학적으로 적용될 수 있으며, 최종적으로 열처리를 수행하여 이를 통해 황동을 포함하는 덮개층이 확산에 의하여 형성된다.
바람직하게는, 덮개층은 와이어 전극의 외부 표면을 구성하며, 아래에서 더 상세히 논의되는, 존재할 수도 있는 전이층을 제외하고는 중심부와 덮개층 사이에 다른 층들이 제공되지 않는다. 그러나, 특정 응용에서, 덮개층 상에 그리고/또는 중심부와 덮개층 사이에 하나 이상의 다른 층들을 제공하는 것이 유리할 수도 있다.
그 적용에 따라, 중심부를 둘러싸는 덮개층은 폐쇄된 방식으로 구현될 수 있으며 크랙(crack) 또는 칭크(chink) 또는 불연속부분들(discontinuities)을 가질 수 있는데, 즉, 덮개층은 중심부를 완전히 또는 상당히 또는 부분적으로만 덮을 수 있다.
와이어 전극의 전체 길이를 따라, 와이어의 연장 방향에 수직인 단면에서, 전체 단면적에 대한 중심부의 면적 비율이 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 65%, 더 바람직하게는 적어도 70% 및 가장 바람직하게는 적어도 75% 및 바람직하게는 최대 95%이다. 그러나, 특정 응용에서, 이 면적 비율은 최대 90% 또는 최대 85%이면 유리할 수도 있다. 와이어 전극이 원형의 단면을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 특정한 응용을 위해, 원형과는 다른 단면 모양, 예를 들면 직사각형 프로파일(profile)은 잠재적인 장점들을 가질 수 있다.
이미 알려진 와이어들과 비교하여 이 디자인의 와이어 전극을 사용하여, 상기 방법의 경제적 효율이, 와이어 전극의 비중 감소, 따라서 단위 시간당 중량 계열 와이어 소모의 감소를 통해 상당히 증가된다는 것을 알게 되었다. 따라서, 예를 들면, 60%의 면적 비율과 황동으로 된 덮개층을 가지며, 아연(CuZn37)을 중량비 37% 갖는 알루미늄 중심부의 경우, 밀도는 약 5000 ㎏/㎥이며, 따라서 약 40%인데, 이는 이 조성으로 된 황동으로 제작된 비피복 와이어에 대한 값에 미치지 못한다.
그럼에도 불구하고, 효율적이고, 급속하며, 충분히 정밀한 침식 공정을 가능하게 하는, 바람직하게는 상온에서 적어도 350 N/㎟의 충분한 인장 강도 및 충분한 열적 및 전기적 전도도(예컨대, 15 m/Ω㎟를 초과하는 전기적 전도도)가 구현될 수 있다는 것은 놀라운 일이다. 예를 들면, 더 낮은 비중을 갖는 선택된 물질들의 실질적인 단점들은, 일반적으로 열공급은 일정하며 와이어 직경은 동일한 가운데 와이어 전극의 가열은 증가하여, 그 결과 와이어는 인장 강도를 상실하여, 와이어 파열의 위험이 증가한다는데 있다. 녹는점(melting point) 미만에서는, 작은 와이어 부분(영역)(ΔlD)으로 도입된 열량으로 인한 이 부분에서의 온도 변화는 다음의 식으로 주어진다:
Figure 112011028321068-pct00001
여기서, ΔTD는 와이어 부분(ΔlD)에서 생성된 온도 차이이고, Q' w , zu는 저항 가열 및 방출열을 통해 와이어 부분(ΔlD)에 공급된 열 흐름이고, ρD는 와이어 전극의 밀도이고, AD는 와이어 전극의 단면적이고, vD는 와이어 런-오프(run-off) 속력이고, cP , D는 와이어 전극의 비열 용량이며, Q' w , ab는 유전체, 침식 영역 밖의 와이어 부분, 와이어 가이드 및 전원 공급 리드(lead)를 통해 외부환경으로 방산된 열 흐름이다. 이로부터 온도 증가는 한편으로는 밀도(ρD) 및 비열 용량(cP , D)에 의하여 영향받는다는 것을 알 수 있다. 방산된 열 흐름(Q' w , ab)이 와이어의 열 전도도가 증가함에 따라 증가하고, 공급된 열 흐름(Q' w , zu)은 와이어의 전기 저항이 증가함에 따라 증가하므로, 온도 증가는 다른 한편으로는 와이어의 이 두 가지 특성 값들에 의하여 결정된다. 본 발명은 가벼운 물질들 중에서, 높은 비열 용량 및 높은 열적 전도도 및 전기적 전도도를 통해 낮은 밀도의 열-물리적 단점을 보상할 수 있는 물질이, 정확하게, 결정질 알루미늄이라는 인식을 바탕으로 한다. 이러한 장점은 결정질 알루미늄 합금에게 통한다.
침식 공정에 직접 관련된 물질들로서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 제거율 및 공정 안정성이 만족스럽지 않기 때문에, 높은 공정 안정성 및 절삭 성능의 측면에서, 본 발명에 따라, 덮개층은 와이어 전극에 양호한 침식 특성을 부여하는 기능을 갖는다. 이러한 특성은 순수한 형태 또는 합금에 결합되어 있는 용이하게 기화되는 아연에 의하여 바람직하게 부여되기 때문에, 덮개층은 아연 또는 구리-아연 합금을 포함하는 것이 바람직하거나, 덮개층 또는 바람직하게는 외부의 그 부분층(sublayer)은 아연 또는 구리-아연 합금으로 제작되거나, 그것의 중량비가 적어도 50%를 포함하는 것이 바람직하다.
와이어 소모의 감소를 통한 경제적 효율은, 와이어 런-오프가 마모를 보상하는 역할을 하고, 따라서 와이어 런-오프 속력 감소는 와이어 파열의 위험을 증가시키고 제품의 정밀도를 감소시키기 때문에, 와이어 런-오프 속력의 감소에 의하여 용이하게 감소되지 않는다는 것을 인식하여야 한다. 또한, 단면적의 2 제곱 감소로 인하여, 전달가능한 펄스 에너지 및 제거율이 동시에 대폭 감소되기 때문에, 와이어 직경을 상당히 감소시키는 것이 가능하지도 않다. 또한, 인장 강도에 대한 요구조건으로 인하여, 몰리브덴 또는 텅스텐과 같은 비싸고 무거운 물질들만 가능할 것이다.
본 발명에 따른 와이어 전극의 다른 장점은, 이미 알려진 와이어와 비교하여 동일한 와이어 길이에 대하여 와이어가 감겨져 있는 릴(reel)의 중량이 감소된다는 사실에 있다. 그 결과, 수송중 및 릴이 와이어 침식 기계에 삽입될 때, 취급이 단순화될뿐만 아니라, 작동중 릴을 소지하고 있는 샤프트의 치수 표시(dimensioning) 및 릴 회전을 중단시키는 브레이크의 치수 표시에 대한 요구 사항도 덜 엄격하여, 와이어 침식 기계는 저렴하게 생산될 수 있다. 또한, 더 가벼운 릴은 다운스트림 와이어 런-오프에서 요동이 있는 경우에 더 작은 풀백 모멘트(pull-back moment) 또는 감소된 애프터-런(after-run)을 보여서, 결과적으로 와이어 진동이 감소되거나 와이어 파열도 방지될 수 있기 때문에 정밀도가 증가될 수 있다. 또한, 릴 중량은 동일하게 남아있는 더 긴 와이어 길이를 갖는 길이가 더 긴 릴이 구현될 수 있어서, 동일한 기계 구성으로 비용 집중적이고 시간 집중적인 릴 변화들 사이에서 시간이 증가될 수 있다.
균질한 덮개층을 갖는 디자인 이외에, 복수개의 개별 층들 또는 부분층들이 서로 위에 배치되어 있으며, 그 각각은 구리, 아연 및/또는 구리-아연 합금을 적어도 중량비 50%로 제작된 복수개의 개별 층들 또는 부분층들을 갖는 덮개층을 제공하는 것도 바람직할 수 있다. 이런 맥락에서, 각각의 부분층은 덮개층에 대하여 상기에서 일반적으로 명시된 조성물들 중 하나를 가질 수 있다. 특히, 부분층들은 하나 이상의 구리 층들, 하나 이상의 아연 층들 및/또는 하나 이상의 구리-아연 합금 층들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 바람직한 디자인에서, 덮개층은, 현저하게(predominantly) 또는 전체적으로(entirely) 또는 상당히(실질적으로 전체적으로)(substantially entirely), 황동(brass)으로 구성된 외부 층 및 이 외부 층과 중심부(core) 사이에 얇은 구리층을 포함할 수 있다. 이와 같은 디자인은 예를 들면, 이미 위에서 기술한 방식으로 구현할 수 있어서, 중심부는 우선 구리 코팅으로 제공되고, 다음에 아연층이 이 구리 코팅에 적용되며(추가되며), 최종적으로 열처리가 수행되며, 이 열처리 도중에 외부 황동층이 확산에 의하여 형성되고, 얇은 구리층이 최초의 구리 코팅의 잔류물로서 남게 된다. 이러한 구리층은, 중심부와 덮개층 사이의 전이층(transition layer)에 대한, 덮개층의 원소들의 침투로 인하여 발생하는, 예를 들면, 증가된 취성 또는 감소된 접착성과 같은 교란성 영향(disturbing influences)을 감소하거나 방지하는 장점을 갖는다.
덮개층의 다른 바람직한 다중층(multilayer) 디자인에서, γ 상(phase)을 포함하거나 이로 제작된 하나 이상의 부분층들은, α 상(phase)을 포함하거나 이로 제작된 하나 이상의 부분층들 그리고/또는 β 상(phase)을 포함하거나 이로 제작된 하나 이상의 부분층들과 결합될 수 있다. 예를 들면, 덮개층이, 현저하게(predominantly) 또는 전체적으로(entirely) 또는 상당히(substantially entirely), γ 상(phase)으로 구성된 아연 또는 구리-아연 합금의 외부 층 및 이 외부 층과 중심부 사이에 배치되어 있으며, α 상(phase)으로, 현저하게 또는 완전히 또는 상당히, 구성된 구리 또는 구리-아연 합금의 층을 포함하거나 이들로 구성된 디자인, 예를 들면, EP0 773 431에 개시된 바와 같이,이 선택될 수 있다. 또한, 예를 들면, EP 1 295 664에 개시된 바와 같이, 덮개층은 β 황동으로, 현저히 또는 전체적으로 또는 상당히 구성된 내부(inner) 부분층(sublayer) 및 γ 황동으로, 현저히 또는 전체적으로 또는 상당히 구성된 외부(outer) 부분층(sublayer)을 포함하거나 이로 구성되어 있는 디자인이 선택될 수 있다. 또한, 상기 덮개층의 디자인은, 이 황동이 덮개층의 외부 부분층을 구성하고 중량비 40% 미만의 아연 함유량을 갖는 황동 부분층이, 이 외부 부분층과 중심부 사이에 배치되도록, 중량비 40%를 초과한 아연 함유량을 갖는 황동으로 구현될 수 있다.
중심부용의 알루미늄 합금으로서, 예를 들면, AlMg 합금(예컨대, AlMg3 또는 AlMg5)와 같은 비경화성 합금 및 예를 들면, AlMgSi 합금, AlCuMg 합금 또는 AlZnMg 합금(예컨대, AlCuMg1, AlCuMg2 또는 AlZn4 .5Mg1)과 같은 경화성 합금을 사용하는 것이 가능하다. 후자(경화성 합금)의 경우 전도도(conductivity)와 인장 강도(tensile strength)의 조합에서 개선이 이루어진다는 장점을 제공한다. 바람직하게는, 냉간 성형에 잘 맞는 알루미늄 합금(단조 합금)이 선택되어야 한다. 중심부는 이러한 합금을 하나 이상 포함할 수 있거나 하나 이상의 이러한 합금(즉, 하나 이상의 경화성 합금 및/또는 하나 이상의 비-경화성 합금)으로 제작될 수 있다. 재용해(remelting)의 의미에서 리사이클링(recycling)에 대하여, 구리, 아연 및/또는 황동만을 포함하는 덮개층과 조합된 AlZnMgCu 합금이 유리할 수 있는데, 이는 덮개층이 중심부를 벗어나는 임의의 원소들을 함유하지 않기 때문이다.
와이어 전극의 물질들은, 바람직하게는, 상온에서 와이어 전극의 인장 강도가 적어도 350 N/㎟이 되도록 선택한다. 알루미늄 합금을 포함하는 중심부의 경우, 이는 합금의 적절한 선택을 통하여 이미 달성될 수 있다. 반면에, 순수한 알루미늄이 중심부 물질로서 선택된다면, 냉간 성형에 의하여 경화된 상태를 포함하여, 그 인장 강도는 황동의 인장 강도 미만이며, 따라서 덮개층이 전극 와이어의 전체 인장 강도에 충분한 기여를 하여야만 한다는 사실을 고려하여야 한다. 달리 말해서, 덮개층은 전체적으로 중심부보다 더 높은 인장 강도를 달성하여야 하며, 와이어의 전체 인장 강도가 적어도 350 N/㎟이 되도록 구성되어야 한다.
바람직한 디자인에서, 전이층(transition layer)은 중심부(core)와 덮개층(covering layer) 사이에 배치되며,전이층은 덮개층의 하나 이상의 원소들뿐만 아니라 중심부 물질의 하나 이상의 원소들을 포함하며, 바람직하게는, 이들로 구성되거나 실질적으로 이들로 구성되는 것이 좋다. 일반적으로, 해당 전이층은 와이어 전극의 생성 도중 및 특히, 덮개층의 생성 도중에 이미 발생될 것이다. 그러한 생성-관련 전이층에 더하거나 이를 대신하여, 하나 이상의 전이층들이 의도적으로 또는 선택적으로 생성될 수 있다. 전이층 또는 전이층들은 중심부와 덮개층 사이에 충분히 강한 결합(strong bond)을 확보하는 역할을 한다.
바람직한 디자인에서, 와이어 전극은 적어도 0.2 ㎜의 직경을 갖는다. 바람직한 직경의 상한은 0.4 ㎜이다. 와이어 전극에 대하여 비-원형(non-circular) 단면이 선택된다면, 직경에 대한 특정한 값은 최소 직경에 관한 것이다. 이 직경 범위에서, 본 발명에 따른 전극 와이어의 구조로 인하여 효율적인 침식 공정과 동시에 경제적 효율에서 특히 현저한 개선의 달성을 가능하게 한다.
와이어 전극의 밀도가 바람직하게는 5000 ㎏/㎥ 미만, 더 바람직하게는 4800 ㎏/㎥ 미만 및 가장 바람직하게는 4300 ㎏/㎥ 미만이 되도록 와이어 전극의 구조를 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명은 도면을 참조하여 아래 예시적인 실시예들을 기초로 하여 더 자세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 와이어 전극의 일 실시예를 모식적으로 실척(true-to-scale)이 아닌 단면을 도시한다.
도 1의 단면에 도시된 와이어 전극(wire electrode)(1)은 와이어 전극(1)의 외부를 구성하는 덮개층(covering layer)(3)에 의하여 완전히 둘러싸이거나 포위되는 중심부 와이어(core wire)(2)를 갖는다. 상기 중심부(2)를 완전하게 둘러싸거나 포위하는 전이층(transition layer)(4)은 덮개층(3) 및 중심부(2) 사이에 배치된다. 상술한 바와 같이, 덮개층(3) 및/또는 전이층(4)도 칭크(chinks) 또는 크랙(cracks) 또는 불연속부분들(discontinuities)을 가질 수 있으며, 중심부를 완전히 덮지 않도록 설계될 수 있다.
제시된 예시적인 실시예에서, 중심부(2)는 결정질 알루미늄 또는 결정질 알루미늄 합금으로 완전히 또는 상당히 균질하게(hohogeneously) 제작된다. 덮개층(3)은 유사하게 균질한 단일-층 구조(single-layer structure)로 이루어지며, 황동을 중량비 50% 초과하여 제작되고, 바람직하게는 전체적으로 또는 실질적으로 전체적으로 황동(brass)으로 제작된다. 예시적인 이유로 인하여, 전이층(4)은 대단히 과장된 두께로 그려져 있다. 실제로는, 이 두께는 전체 단면적에 비하면 미미한 정도이다. 전이층은, 중심부(2)에 존재하는 적어도 하나의 원소 및 덮개층(3)에 존재하는 적어도 하나의 원소를 포함한다. 바람직하게는, 이는 그 조성에 있어서, 중심부(2)의 조성과 덮개층(3)의 조성 사이에 있는 합금을 포함한다. 이런 면에서, 중심부(2)와 덮개층(3) 사이의 점진적인 전이를 이루기 위하여, 그 조성을 방사상 방향(radial direction)으로 변하도록 할 수 있다. 전이층(4)은 중심부(2)와 덮개층(3) 사이의 결합을 개선시키는 역할을 한다. 와이어 전극(1)을 생성하는데 사용된 방법에 따라, 예를 들면, 확산 공정들을 통하여 일반적으로 다소간 연장된 전이층이 내부적으로 이미 형성될 것이다. 전체적으로, 인접 층들 사이에 경계면들은 보통 이상적인 방식으로 구현되지 않고, 확산 공정으로 인하여 불규칙하고(irregular)/하거나 "명확하지 않을(indistinct)" 수 있다는 것을 알아야 한다.
전이층(4)의 경우와 유사한 방식으로, 중심부(2) 및/또는 덮개층(3)의 조성이 방사상 방향으로 변하도록 와이어 전극(1)을 구현하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 구현은 다중층(multilayer) 디자인뿐만 아니라, 연속적인 변화(continuous variation)를 가지도록 하여 달성할 수 있다.
전체 단면적에 대한 중심부(2)의 면적의 비율은 적어도 60%이다.
본 실시예의 특히 바람직한 예에서, 중심부(2)는 순수한 알루미늄으로 제작되며 덮개층(3)은 CuZn37로 제작된다. 전이층(4)은 약 1 마이크로미터의 두께를 가지며, 알루미늄 및 구리 및/또는 아연의 합금으로 구성된다. 와이어 전극(1)의 두께는 0.25 ㎜이고, 단면적에 대한 중심부(2)의 면적의 비율은 65%이며, 와이어 전극(1)의 인장 강도는 400 N/㎟이다.
도 1에 제시된 실시예의 다른 특히 바람직한 예에서, 중심부(2)는 합금 AlMg3로 제작되며 덮개층(3)은 CuZn45로 제작된다. 전이층(4)은 약 15 ㎛의 두께를 가지며, 알루미늄 및 구리 및/또는 아연의 합금으로 구성된다. 와이어 전극(1)의 두께는 0.3 ㎜이고, 단면적에 대한 중심부(2)의 면적의 비율은 65%이며, 와이어 전극(1)의 인장 강도는 400 N/㎟이다.

Claims (12)

  1. - 순수한 결정질 알루미늄 및 하나 이상의 결정질 알루미늄 합금 중 적어도 하나를 포함하는 중심부(2), 여기에서 상기 순수한 결정질 알루미늄 및 하나 이상의 결정질 알루미늄 합금 중 적어도 하나는 상기 중심부(2)의 중량비 50%를 초과하며; 및
    - 상기 중심부(2)를 둘러싸며 아연 및 구리-아연 합금 중 적어도 하나를 포함하는 덮개층(3)을 갖는 방전 가공에 의한 절삭용 와이어 전극에 있어서,
    상기 와이어 전극(1)의 전체 길이를 따라, 상기 와이어 전극(1)의 전체 단면적에 대한 상기 중심부(2)의 면적의 비율은 60% 내지 95%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 와이어 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 덮개층(3)의 중량비 적어도 50%는 상기 아연 및 구리-아연 합금 중 적어도 하나 임을 특징으로 하는 와이어 전극.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 덮개층(3)에는, 서로 위에 배치되는 복수개의 부분층들(sublayers)이 있으며, 각각의 부분층의 중량비 적어도 50%는 아연 및 구리-아연 합금 중 적어도 하나 임을 특징으로 하는 와이어 전극.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 덮개층(3)은 중량비 적어도 40%의 아연 함유량을 갖는 황동을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 전극.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심부(2)는 상기 순수한 결정질 알루미늄 및 하나 이상의 결정질 알루미늄 합금 중 적어도 하나로 제작되는 것을 특징으로 하는 와이어 전극.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심부(2)는 비경화성 알루미늄 합금으로 제작되는 것을 특징으로 하는 와이어 전극.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심부(2)는 경화성 알루미늄 합금으로 제작되는 것을 특징으로 하는 와이어 전극.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 경화성 알루미늄 합금은 AlMgSi 합금, AlCuMg 합금, AlZnMg 합금 또는 AlZnMgCu 합금인 것을 특징으로 하는 와이어 전극.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상온에서의 상기 와이어 전극(1)의 인장 강도는 적어도 350 N/㎟인 것을 특징으로 하는 와이어 전극.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심부(2)의 하나 이상의 원소들 및 상기 덮개층(3)의 하나 이상의 원소들을 포함하는 하나 이상의 전이층들(4)은 상기 중심부(2) 및 상기 덮개층(3) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 와이어 전극.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어 전극(1)의 직경은 적어도 0.2 ㎜인 것을 특징으로 하는 와이어 전극.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와이어 전극(1)의 밀도는 5000 ㎏/㎥ 미만인 것을 특징으로 하는 와이어 전극.
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