KR910003504B1 - 와이어 방전가공장치 - Google Patents

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KR910003504B1 KR1019870009912A KR870009912A KR910003504B1 KR 910003504 B1 KR910003504 B1 KR 910003504B1 KR 1019870009912 A KR1019870009912 A KR 1019870009912A KR 870009912 A KR870009912 A KR 870009912A KR 910003504 B1 KR910003504 B1 KR 910003504B1
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Abstract

내용 없음.

Description

와이어 방전가공장치
제 1 도는 이 발명의 한 실시예의 와이어 방전가공장치를 표시하는 단면구성도.
제 2 도, 제 4 도는 이 발명의 다른 실시예에 관한 것인데, 백주철(White iron)화된 피가공물을 정치할 정치대 표면의 금속조직을 사진으로 표시한 도면.
제 3 도, 제 5 도, 제 2 도, 제 4 도에 대응된 거리와 경도의 관계를 표시하는 특성도.
제 6 도는 종래의 와이어 방전가공장치를 나타내는 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 피가공물 12 : 와이어전극
15 : 피가공물 정치대 17 : 표면층
23 : 가공액
이 발명은 방전현상을 이용하여 피가공물을 절단가공하는 와이어 방전가공장치에 관한 것이다.
제 6 도는 일본국 실공소58-37544호 공보에 표시된 종래의 와이어 방전가공장치를 표시하는 사시도이며, 도면에서, 1은 베드, 2는 베드(1)위에 설치된 X-Y 크로스테이블, 3은 피가공물, 4는 문형컬럼(column), 5는 상부암(Arm), 6은 하부암, 7은 상부가이드, 8은 하부가이드, 9는 와이어전극(12)의 저장드럼, 10은 브레이크드럼과 핀치롤러(pinch Roller)등으로 되는 장력부여장치, 11은 와이어전극(12)을 인출하여 주행시키는 캐프스탄(capstan)과 핀치롤러를 갖춘 인출이송장치, 13은 문형컬럼(4)의 중앙정상부에 설치된 전극헤드, 14는 X-Y 크로스테이블(2)에 결합시켜 설치된 피가공물(3)의 지지부이다.
다음에 동작에 관하여 설명한다.
문형컬럼부(4a)는 활을 크게 만곡시킨 형상의 일체적 구조물로, 양단에 베드(1)과 일체로 연결되고 또 토대의 기초에 설치되는 각부(脚部,4b)가 있으며 문형컬럼부(4a)와 각부(4b)로 문형컬럼(4)을 형성하고 있다. 상기 칼럼부, 즉 문형컬럼부(4a)의 중앙부에 전극헤드(13)을 고정설치하고 상부암(5)은 이 헤드(13)에서,또는 칼럼부(4a)의 중앙정상부에서 상하의 이동위치 결정 자재하게 매달은 형상으로 신장시켜 설치한다.
이에 대하여 하부암(6)은 상기 문헌컬럼부(4a)의 하부양단을 건너질러 설치되어 있다. 이상과 같은 설정하에 X-Y 크로스테이블(2)위의 지지대(14)에 설치된 피가공물(3)과 인력부여장치(10)에 의하여 공급되는 와이어전극(12) 사이에서 가공액을 통하여 방전제거가공이 실시된다.
이상의 구성에 의하면, 하부암(6) 및 상부암(5)을 지지하는 칼럼부(4a)가, 와이어전극(12)의 가공부축에 대하여 일축방향(一軸方向)이기는 하지만, 대칭이므로 적어도 한방향에는 열적(熱的)평형이 유지되어 변형이나 변위가 적어지게 된다.
종래의 와이어 방전가공장치는 이상과 같이 구성되어 있으므로 필연적으로 문형컬럼(4)이 대형으로 되며 일체화 구로조할 필요에서 재료 입수나 기계가공이 곤란하며 제조기술상애로가 되었던 것이다.
또 작업스페이스상에서도 문형컬럼구조는 장해가 되었던 것이다.
또한 상술한 종래의 와이어 방전가공장치는 와이어전극(12)의 변위, 이동만을 고려한 것으로 가공정밀도 확보상 마찬가지로 중요한 피가공물(3)의 열적변위, 이동에 대하여 하등의 고려가 없는 것이다.
즉 피가공물(3)의 지지대(14)에는 가공액에 대한 내식성이 필요하기 때문에 스테인레스강이 사용되지만, 스테인레스강은 내식성은 있지만 열팽창계수가 약 17×10-6/℃로 통상의 강철에 비하여도 크며, 이 때문에 지지대(14)에 고정설치되는 피가공물(3)도 열 혹은 온도차에 의한 변위를 받아, 와이어전극(12)과의 상대거리가 변화하기 때문에 가공정밀도를 불가피하게 저하시키기게 된다.
또 피가공물(3)의 지지대(14)는 피가공물을 설치할때의 접동에 의한 마모, 및 충격에 의한 표면손상이 현저한 문제점이 있었다.
일반적으로 피가공물(3)은 공구강 혹은 초경재료인 경우가 많은데 이들의 고경도재료에서는 특히 마모손상이 커진다.
이 때문에 지지대(14)상의 피가공물은 수평설치가 곤란하게 되고 가공정밀도의 현저한 저하의 원인이 되었다. 이 발명은 상기와 같은 문제점을 해소시키기 위해 발명된 것으로써 염가로 고정밀도가공을 할 수 있는 와이어 방전가공장치를 얻는데 그 목적이 있다.
이 발명의 와이어 방전가공장치는 피가공물을 정치할 정치대(定置坮)를 열팽창계수가 6×10-6/℃이하의 주철로 구성하고 상기 정치대의 상기 피가공물 정치면부에는 가공액에 대하여 내식성이 있으며 상기 정치대의 구성재료보다 고경도인 표면층을 설치한 것이다.
이 발명에 의한 와이어 방전가공장치의 정치대는 열팽창계수가 6×10-6/℃이하의 저팽창재료로 구성되어 있으므로 열에 의한 변위가 억제되고 또한 주물이기 때문에 가공공정이 대폭 삭감된다.
또한 정치대의 피가공물정치면부에는 가공액에 대하여 내식성이 있으며 피가공물 정치대의 구성재료보다 고경도인 표면층을 설치하였으므로 내마모성이 향상된다.
이 발명의 실시예를 도면에 의하여 설명한다. 15는 피가공물(3)을 정치하는 정치대, 16은 가공탱크, 17은 정치대(15)표면에 설치된 표면층으로, 가공액에 대하여 내식성이 있으며 정치대(15)보다 고경도이다. 18은 X-Y 테이블(2)을 구동시키기위한 모터, 19는 X-Y 테이블(2)에 모터(18)의 동력을 전달하기 위한 볼스크루(Ball screw), 20은 모터(18)을 지지하며 X-Y 테이블(2)을 설치하는 베드, 21은 가공액 탱크, 22는 가공액 탱크(21)에 장치되어 가공액(23)을 가공탱크(16)에 보내는 공급펌프, 24는 와이어전극(12)과 정치대(15)을 통하여 피가공물(3)에 가공에너지를 공급하는 가공전원, 25는 피가공물(3)을 정치대(15)에 고정시키기 위한 금구이다. 26은 피가공물(3)의 두께에 금구(25)와 표면층간 거리를 맞추는 길이조정용 볼트이다.
여기에서 피가공물(3)이 정치되는 정치대(15)는 예컨데 Ni : 30∼40%(%는 중량%를 표시한다), C : 1∼3%, Si : 1∼4%, Co : 10%이하, Cr : 5%이하, Cu : 0.5%이하, Mn : 1.5%이하, 및 Mg, P, S 각각 1%이하로 조정한 주철로서, 열팽창계수는 3∼6×10-6/℃, 경도는 Hv130전후의 특성을 갖는 것으로 이하 저열팽창주철이라고 한다. 또 Ni : 36%전후에서 열팽창계수가 제일 낮아진다. 그리고 피가공물(3)보다 정치대(15)의 폭이 열팽창계수가 낮은 것이 가공정밀도상 바람직하다.
여기에서 대표적인 피가공물의 재료로서는, 초경금(열팽창계수 : 7×10-6/℃), 공구강(열팽창계수 8×10-6/℃) 등을 들 수 있다.
다음에 동작에 대하여 설명한다.
가공탱크(16)중에 설치된 정치대(15)위에 피가공물(3)을 정치하고, 금구(25)에 의하여 고정시킨후 상부와이어가이드(7)와 하부와이어가이드(8)사이에 와이어전극(12)을 공급한 다음에 가공탱크(16)내로 가공액(23)을 공급펌프(22)를 통하여 가공액 탱크(21)에서 공급한다.
다음에, 가공전원(24)에서 통전되는 전기에너지에 의하여 와이어전극(12)과 피가공물((3)의 사이에 방전을 발생시켜 와이어전극(12)에 대향하는 피가공물(3)의 표면을 용해시킨다.
형상절단은 NC 장치로 모터(18)의 회전각제어에 의하여 볼스크루(19)를 통하여 베드(20)위의 X-Y 테이블(2)을 평면이동시킴으로써 달성된다.
이때 정치대(15)은 상술한 바와 같이 저열팽창주철이기 때문에, 기온, 실온의 변화를 포함한 열적변화에 의하여도 피가공물(3)을 지지하는 정치대(15)의 변위는 지극히 적어지며 고정밀도의 가공이 보증된다.
또 정치대(15)의 표면부에 설치된 표면층(17)은 정치대(15)보다 고경도이므로 정치대(15)의 내마모성, 내충격성은 향상한다.
또 여기에서 피가공물을 정치하는 정치대를 구성하는 저팽창주철의 조성과 물성의 예를 표Ⅰ에 표시한다.
[표 1] 저팽창주철의 조성과 물성
Figure kpo00001
다음에, 정치대의 피가공물 정치면부에 형성되는 표면층의 종류에 관하여 설명한다. 정치대의 구성재료보다 고경도인 표면층으로 들 수 있는 것으로서, (a), Ni, Cr, Co중 어느 한 단체(單體), 혹은 어느 하나를 주체로 하는 합금으로 되는 도금층 (b), 백주철화조직으로 되는 표면층, (c), 정치대표면부의 질화(窒化), 붕소화에 의한 표면부의 개질, (d), 탄화물계, 질화물계, 산화물계, 붕화물계 세라믹의 코팅층등이 있다.
우선, (a)에서 말한 도금층의 경우에 관하여 도금의 종류와 그 경도를 표2에 표시한다.
[표 2] 도금의 종류와 경도
Figure kpo00002
표 2에서 명백한 바와 같이 표2에서 예로들은 도금층은 표면층으로서 충분한 경도를 갖고 있는 것이다.
다음에, (b)에서 예로들은 백주물화조직에 관하여 설명한다. 제 2 도, 제 4 도는 각각 Co2레이저조사에 의하여 저팽창주철표면을 용융, 급냉응고시킨 표면조직, 즉 백주물화조직을 사진으로 나타낸 도면인데, 제 2 도는 Co2레이저출력 1KW, 주사속도 0.5m/min일 때, 제 4 도는 Co2레이저출력 1KW, 주사속도 1.0m/min일때이다.
양 도면에 있어서, 각각 Ⅰ-Ⅰ선, Ⅱ-Ⅱ선상에 나타난 능형형상의 점은 경도측정시의 포인트이며, 30,40은 각 사진을 이은 이음선, 50은 레이저 용융화부이다.
제 3 도, 제 5 도는 각각 제 2 도, 제 4 도에 대응시킨 표면조직의 거리와 경도에 관계를 나타내는 특성도, 제 3 도는 Co2레이저출력 1KW, 주사속도 0.5m/min, 주사폭 2.2mm일 때, Co2레이저출력 1KW, 주사속도 1m/min, 주사폭 2.2mm일때이다.
제 2 도∼제 5 도에서 명백한 바와 같이 비백주철화부가 흑연이 분산되어 정출(晶出, Crystallization)하는 형태를 취하는데 대하여, 백주철화조직은 흑연(탄소)와 철이 화합물이 되어 높은 경도를 나타내기 때문에 내마모성 및 내충격성이 충분히 확보된다. 또 백주철화조직의 두께는 기껏해야 1mm정도이므로 열변형에는 영향을 미치지 않는다.
그리고 정치대(15)는 가공액중에 침지되어 있기 때문에 내식성이 문제가 되지만, 유기도료막, 금속막, 세라믹막 등의 방청막에 의하여 보호하면 장기적 신뢰성을 보증할 수 있다.
이어서, (C)에서 예로들은 피가공물 정치대표면부의 질화, 붕소화에 의한 표면부의 개질에 의하여 형성되는 표면층에 관하여 설명한다. 표면부의 질화에 의하여 표면층을 형성하는 경우, 처리온도 약 500℃에서 질화철(Fe2N,Fe3N,Fe4N)은 30∼200μm의 두께로 형성한다.
표면부의 붕소화에 의하여 표면층을 형성하는 경우, 처리온도 약 800℃에서 붕화철(Feb,Fe2b)을 10∼50μm두께로 형성한다.
이상의 질화철, 붕화철은 공히 정치대의 표면층으로서의 경도는 충분하다. 이들의 경우도 유기도료, 금속, 세라믹등의 방청막에 의하여 정치대를 보호할 필요가 있다.
또한, (d)에서 예로들은 표면코팅에 의하여 표면층을 형성하는 경우에 관하여 설명하면, 정치대에 탄화물계(Tic등), 질화물계(Si3N4등), 산화물계(Al2O3등), 붕화물계(CrB2등) 세라믹을 물리적증착, 화학적증착, 용사(溶射) 등의 방법에 의하여 두께 5μm이상으로 코팅하여 표면층을 형성한다. 이 경우도 표면층으로서의 경도는 충분하고 방청처리도 필요없다.
이하 구체적인 실시예를 설명한다.
[실시예 1]
피가공물(3)이 정치되는 정치대(15)는 Ni : 35%, C : 2.4%, Si : 1.5%, Mn : 1.0%, Cu : 0.5%, Cr : 0.1% 함유하는 저열팽창주철로 구성되어 그 열팽창계수는 4.0×10-6/℃, 경도는 HV 130의 특성을 갖고 있다.
이 정치대(15)의 표면층(17)로서 두께 50μm의 MiP도금층이 코팅되어 있다. NiP 도금층(17)은 이 실시예에 있어서 50μm의 두께이기 때문에 열변형에는 영향을 미치지 않으며 또 자기환원성의 무전해욕으로 처리되기 때문에 각부의 막두께는 대략 균일한 값을 나타낸다.
NiP 도금막은 내식성이 있으며 P함유량이 8%의 경우 그 자체에서 HV 500정도의 경도를 표시하기 때문에 내마모성, 내충격성은 충분히 보유되지만, 부족할 경우에는 열처리를 실시하면 그 성능은 더욱 향상한다.
예컨대 400℃에서 1시간처리함으로써 결정구조가 Ni3P로 되어 경도는 HV900이상으로 향상한다. 이상과 같은 정치대(15)와 그 표면층(17)을 갖춘 와이어 방전가공장치에서는 정치대(15)의 열에 의한 변위가 억제되며 또한 표면층(17)에 의하여 내마모성이 향상된다.
또 상기 실시예에서는 무전해 Ni 도금을 실시한 예를 표시하였으나 Ni이외 Cr, Co중 어느 하나 혹은 어느 하나를 주성분으로한 합금이라도 된다.
또 단체 혹은 합금매트릭스(matrix)중에 직경 10μm이하의 경질미립자 혹은 자기윤활성의 미립자가 혼재하는 소위 분산도금이라도 동일한 효과를 발휘한다. 또 도금층의 두께는 20μm∼100μm가 적당하다.
20μm이하의 경우는 표면층으로서의 기능을 발휘하지 못하며, 100μm이상의 경우는 내부응력에 의하여 박리되기 쉬우므로 부적당하다.
[실시예 2]
실시예1과 같은 정치대(15)의 피가공물정치면에 CO2레이저를 출력 1KW, 주사속도 0.5m/ min으로 주사시키고 피가공물정치면을 용융, 급냉응고시켜 백주철화하였다.(제 2 도, 제 3 도 참조) 또 백주철화된 표면층의 두께는 1mm였다. 다음에 피가공물을 정치할 정치대를 유기도료의 방청막에 의하여 코팅하였다.
이 실시예에 있어서도 동일한 효과를 얻었다.
[실시예 3]
실시예 1과 같은 정치대(15)의 피가공물정치면에 CO2레이저를 출력 1KW, 주사속도 1.0m/min으로 주사시키고 피가공물정치면을 용융, 급냉응고시켜 백주철화하였다. (제 4 도,제 5 도 참조) 백주철화된 표면층은 두께 1mm였다. 다음에 정치대(15)를 방청막으로서 세라믹막으로 코팅하였다. 이 실시예에 있어서도 동일한 효과를 얻었다.
[실시예 4]
정치대(15)는 Ni : 38.7%, C : 2.07%, Si : 2.46%, Cr : 0.01%, Cu : 0.01% Mn : 0.01%, Mg : 0.06%, P : 0.01%, S : 0.01%의 조성의 저열팽창주철로 구성하였다.
이 열팽창계수는 4.6×10-6/℃, 경도는 Hv165였다.
이 정치대(15)의 표면부를 약 500℃로 질화시켜 두께 100μm의 질화철층(Fe2N)를 형성하였다. 이 질화철층에 유기도료를 코팅시켜 방청처리하였다. 이 실시예에 있어서도 동일한 효과를 얻었다.
[실시예 5]
정치대(15)의 조성은 실시예(4)와 동일하며 그위에 산화물계 세라믹인 Al2O3을 화학적증착법에 의하여 5μm 두께로 코팅하였다. 이 실시예에 있어서도 동일한 효과를 얻었다.
또 상기 실시예 1∼5에 있어서 표면층(17)은 경도로 볼때는 정치대(15)의 피가공물정치면부에만 설치되어 있으면 되지만, 내식성으로 볼때는 정치대(15)의 전체면에 있는 것이 바람직하다.
이로 인하여, 예컨데 질화, 붕소화에 의한 표면의 개질 및 표면조직의 백주철화에 의하여 표면층을 형성하는 경우, 이것들은 내식성을 갖고 있지 않으므로 특히 정치대(15)의 피가공물 정치면부만으로하고, 또 다른 부분은 방청막만으로 하여도 괜찮다.
또 정치대(15)의 조성으로서는 상기의 것에 한정되는 것은 아니며 열팽창계수가 6×10-6/℃이하의 주철이면 동일한 효과를 얻는다.
또 표면층도 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며 가공액에 대한 내식성이 있으며 정치대(15)의 구성재료보다 고경도이면 동일한 효과를 발휘한다.
이상 설명한 바와 같이 이 발명에 의하면 정치대(15)을 팽창계수가 6×12-6/℃이하의 주철로 구성하고 상기 정치대(15)의 상기 피가공물정치면부에는 가공액에 대하여 내식성이 있으며, 상기 정치대(15)의 구성재료보다 고경도인 표면층을 설치하였으므로 피가공물의 절단치수정밀도가 높고 염가의 와이어 방전가공장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 피가공물을 정치하는 피가공물정치대에 설치된 피가공물과, 간극에 가공액을 개재시켜 대향하는 와이어전극사이에서 발생하는 방전현상을 이용하여 상기 피가공물을 소망의 형상으로 절단가공하는 것에 있어서, 상기 피가공물정치대는 열팽창계수가 6×10-6/℃이하의 주철로 구성되고, 상기 피가공물정치대의 피가공물정치면부에는 가공액에 대하여 내식성이 있으며 상기 피가공물정치대의 구성재료보다 고경도인 표면층을 설치한 것을 특징으로 하는 와이어 방전가공장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 피가공물정치대는 Ni : 30∼40%, C : 1∼3%, Si : 1∼4%, Co : 10이하, Cr : 5%이하, Cu : 0.5%이하, Mn : 1.5%이하, 및 Mg, P, S 각각 1%이하로 조성한 주철로 된 것을 특징으로 하는 와이어 방전가공장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 표면층은 Ni, Cr, Co중 어느 한 단체(單體), 혹은 어느 하나를 주체로 하는 합금으로 되는 도금층인 와이어 방전가공장치.
  4. 제3항에 있어서, 도금층중에 직경 10μm이하의 경질미립자 또는 고체윤활제의 미립자가 분산되는 와이어 방전가공장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 도금층의 두께가 20∼100μm인 와이어 방전가공장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 표면층은 백주철화조직을 가진 와이어 방전가공장치.
  7. 제6항에 있어서, 피가공물정치대는 방청층으로 피복된 와이어 방전가공장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 표면층은 피가공물정치대표면의 질화 또는 붕소화에 의한 경화층을 가진 와이어 방전가공장치.
  9. 제8항에 있어서, 피가공물정치대는 방청층으로 피복된 와이어 방전가공장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 표면층은 탄화물계, 질화물계, 산화물계 및 붕화물계 세라믹중 어느 하나에 의한 코팅층인 와이어 방전가공장치.
KR1019870009912A 1986-09-29 1987-09-08 와이어 방전가공장치 KR910003504B1 (ko)

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