방전가공(EDM, Electrical Discharge Machining)은 전극과 가공 대상물을 절연성이 있는 가공액에 담그고 전압과 전류를 공급하여 전기적인 충격으로 금속을 서서히 침식하는 가공법이다. 전극을 (-)극, 가공물을 (+)극으로 설정한 후 방전하면 열적인 작용과 충격 압력(Spark)에 의해 전극과 동일한 형상을 공작물에 가공할 수 있다. 방전가공은 절삭가공이 어려운 재료를 가공할 수 있는 특징이 있어서 금형 가공에 많이 사용한다. 초경 합금이나 담금질강 같은 경질 재료도 가공할 수 있기 때문에 금형 제작에 반드시 필요한 가공법이다. 형조 방전과 와이어 컷 방전이 있다.
형조 방전
형조 방전은 가장 널리 쓰이는 방법이다. 절연액으로 채워져 있는 탱크 안에 가공 대상물을 담그고 나서 반복되는 스파크 방전으로 재료를 용해시켜 제거한다. 절연액은 고압 펌프 작동으로 탱크 내부를 계속 순환한다. 방전가공의 주된 용도는 금형 가공이지만 절삭가공 기술의 향상과 절삭공구의 발전으로 형조 방전 가공의 범위가 좁아지고 있는 추세다. 그러나 가공 정밀도가 높은 금형 부품의 가공에는 방전가공이 여전히 큰 비중을 차지하고 있다. 미국과 유럽은 항공우주산업이 활발한데 초정밀 부품 가공에 여전히 방전가공을 적용하고 있다.
미세 가공을 위한 형조 방전 전극 재료에는 흑연이 많이 사용된다. 흑연은 구리에 비해 연해서 절삭 가공성이 좋고 가공 변형이 적기 때문에 활용도가 크다. 이전에는 흑연 전극으로 방전가공을 하면 표면거칠기가 떨어지는 단점이 있었지만 기술의 발전으로 가공 표면 상태가 많이 좋아졌다. 성형품 표면에 장식용 문양이나 가죽과 같은 질감을 주기 위한 주름 가공은 약품에 의한 부식 처리를 하는 것이 일반적이다. 하지만 절삭가공 정밀도 향상과 고밀도 흑연 재료의 등장으로 미세 모양을 흑연으로 표현할 수 있게 되었다. 방전가공 특징은 다음과 같다.
- 경도가 높은 금속 재료(열처리된 부품 포함)를 가공할 수 있다.
- 인성, 취성이 커서 절삭가공이 어려운 재료를 가공할 수 있다.
- 작고 복잡한 형상을 가공할 수 있다.
- 기계 가공으로 변형이 발생하는 부품을 변형 없이 가공할 수 있다.
- 가공면이 균일하고 정밀도가 높다.
- 무인 가공이 가능하다.
와이어 컷
와이어 컷 가공(WEDM)은 가느다란 실과 같은 와이어 전극(-극)과 공작물(+극) 사이에서 방전을 일으킨다. 여기서 발생하는 스파크를 날카로운 칼날처럼 이용하여 공작물을 정교하게 잘라내는 가공법이다. 가공기 테이블 위에 공작물을 안착시킨 후 이동하면서 가공하는데 와이어는 직경이 Ø0.05~Ø0.3mm의 황동, 동, 텅스텐 등을 사용한다.
CNC 제어 방법으로 복잡한 윤곽을 자동으로 정확하게 도려낼 수 있기 때문에 외곽이 곡면으로 이루어진 부품이나 방열기 모양 같은 미세 구멍 가공 등에 사용된다(모양을 도려내기 때문에 2차원 형상의 가공만 수행한다). 절삭열로 변형이 발생하기 쉬운 얇은 두께의 외곽 가공에 유리하다. 와이어 컷 가공은 컴퓨터가 지정한 경로를 따라가면서 공작물을 절단하므로 CNC 프로그램을 사용하며 1㎛ 수준의 가공 정밀도가 가능하다.
