방전가공기의 특징과 효과적인 활용 방법
최근의 금형 제작은 고정도화, 고수명화, 초미세화 경향이 강하여, 요구되는 가공 성능의 수준도 매우 높아지고 있다. 방전가공기는 소재의 경도나 형상에 관계없이 이러한 높은 요구에 대응할 수 있는 공작기계이다. 방전가공기를 효과적으로 활용하기 위한 성능과 특징을 살펴본다.

김정아 기자(prmoed@hellot.net)

절삭공구의 성능 향상과 고속 절삭 기술이 확립되어 다축 머시닝센터나 복합가공기를 적극 활용함으로써 방전가공을 하지 않는 경향이 빠르게 확산되고 있다.
생산 효율의 면에서 보면 결코 좋다고는 말하기 어려운 방전가공이기 때문에 어쩔 수 없지만, 공구 관리면이나 공
구 비용을 포함한 토털 코스트에서 생각하면 그 차이는 그다지 크지 않다. 반면 긴급 충돌 시에 임기응변식 대응을 도모할 수 있다는 점에서 편리성이 매우 우수하므로 차별화 전략을 도모하는데 있어 방전가공기는 유효하게 활용될 수 있을 것이다.

차별화 전략기로서 방전가공기

방전가공은 비접촉으로 고정도 대응을 도모할 수 있고, 난가공재나 신소재에 대한 미세 가공이 가능하므로 제조를 지탱하는 필수 기술로서 인지도를 좀 더 높일 필요성이 있다.
방전가공기의 특징은 비접촉 미세화 대응이 가능하고, 경박단소화 요구에 대한 적응력이 매우 높다는 점이다. 특히 미소한 워크의 추가공이면 절삭이나 연삭의 경우 어디를 어떻게 해서 클램프할지 고민하지만, 방전이라면 힘을 가하지 않고도 가능한 케이스가 많다. 열영향에 의한 휨, 왜곡이 어느 정도 나올지를 생각한 후에 클램프 위치를 고안하면, 가공 중에 재료가 움직일 위험은 매우 낮으므로 미세 가공에 적합한 기계이다.

일반적인 방전가공기에 대한 평가

형조 방전가공기는 와이어 방전가공기와 같은 범용 공구는 아니고, 필요 형상에 따른 전용 공구를 상황에 맞게 준비할 필요가 있기 때문에 범용기라고 하기보다는 특수가공기라고 할 수 있다.
전극 재료의 선정, 치수감소량의 설정, 가공 방법 및 가공 조건의 결정 등 자유도가 높은 만큼 경험과 감에 의존하는 케이스도 많고, 데이터베이스의 구축에 시간이 걸리므로 절대적인 데이터베이스도 없는 채로 적당한 조건으로 가공하고 있는 유저가 압도적으로 많다.
그렇기 때문에 생각한 이상으로 가공 시간이 많이 소요되고, 품질·정도의 확보도 생각대로 되지 않는다고 하는 유저의 불만도 많다.
유저 쪽에서는 클레임 상담은 많이 하지만, 가공 노하우 등 기술력 향상을 위한 상담은 전혀 하지 않는다고 한다. 그렇다고 메이커 쪽에서 움직이는 케이스도 드물고,  “사용 기술의 향상을 도모하는 서비스는 다음 설비투자 기회를 늦추게 한다는 영업적인 이론이 작용하기 때문” 이라는 설도 있지만, 소규모 기업이 많고 인적 여유가 있어 교육에 계속적인 투자가 가능한 기업이 극히 적다고 하는 중소 영세기업 특유의 환경이 배경에 있으며, 직원이 적은 만큼 업무가 바빠서 좀처럼 시간을 낼 수 없다고 하는 상황이다.

고속 절삭가공기와 방전가공기의 구분 사용

최근 고속 절삭가공기에 의한 직조가공이 각광을 받고 있다. 확실히 가공하는 제품에 따라서는 절삭가공 쪽이 효율적인 경우도 많다.
그러나 고속 절삭가공기가 만능은 아니다. 고경도 난삭재의 가공 등은 사용하는 툴의 소모·마모량이 많아 결코 직조가공이 경제적이라고는 할 수 없는 경우도 있다. 코너R이 극단적으로 작은 제품에서는 직조가공의 난이도가 높아질뿐만 이나라 경우에 따라서는 가공이 불가능해진다. 또한 가공 형상이 깊은 제품 등도 가공에 크게 제한이 생기게 된다.
이러한 형상의 가공에는 역시 방전가공이 효과를 발휘한다. 이와 같이 방전가공에 의존할 수밖에 없는 제품은 많이 존재한다.
고속 절삭가공기가 좋은가, 형조 방전가공기가 좋은가 등을 단순하게 판단하는 것이 아니라, 가공에 적합한지의 여부를 종합적으로 판단하여 기계를 구분 사용해야 한다. 고속 절삭가공기의 장점, 형조 방전가공기의 장점을 잘 활용할 수 있는 기업이 앞으로 살아남을 수 있다. 한때 고속 절삭가공기 만능설이 나오면서 방전가공은 앞으로 사라질 것이라고 말하던 시기도 있었지만, 최근에는 방전가공의 유용성이 재인식되고 있다.

와이어 방전가공기의 미세 가공 활용

방전가공은 비접촉가공이므로 공작물이나 공구 전극에 대한 가공 반력이 매우 작기 때문에 미세 가공에 유효하며, 미세 정밀 금형, 고애스펙트비 리브가공, 엔진의 연료 분사 노즐, 화학섬유 노즐, 전자 부품, 광파이버 관련 상품이나 잉크젯 노즐 등의 미세 구멍뚫기 등에 널리 이용되어 왔다.
미세 구멍 방전가공에서 가공의 가부 및 형상 정밀도는 공구가 되는 전극의 성형 기술에 크게 의존한다. 이전부터
미세 방전용 전극의 성형은 성형용 블록을 이용하는 역방전법이나 와이어 방전연삭법에 의해 이루어져 왔다. 특히 와이어 방전연삭법은 전극을 회전시키면서 가이드로 지지된 주행하는 와이어와의 사이에서 방전하여 와이어를 축방향으로 보냄으로써 미세 축을 성형하는 것으로, 매우 효과적인 방법이다.
이 방법은 와이어를 지지하는 백업이 존재하기 때문에 와이어나 축의 변형을 최소한으로 억제할 수도 있고, 또한 기상의 성형이기 때문에 심이 어긋나는 문제도 없는 특징을 가지고 있다.
최근에는 동일한 기상에서 절삭이나 초음파가공, 조립 등도 시도되고 있으며, 또한 마이크로 선반에도 응용되어 그 유효성이 증명되고 있다.
한편, 공작물 상에 설치된 가공구멍을 이용하여 미세 축을 성형하는 방법이 제안되어, 효율적으로 여러 가지 형상을 성형할 수 있다는 것이 보여졌다. 또한 여러 개의 구멍을 가지고 있는 전극을 이용하여 동시에 다수 축의 성형을 효율적으로 실시하는 방법도 제안되고 있다.
미세 방전가공에서는 방전 에너지가 작기 때문에 필연적으로 그 극간 거리가 작고 고성능 가공을 실현하기 위해 안정된 방전가공 상태를 유지하는 것이 보다 중요해진다. 이들을 실현하기 위해 로컬 액추에이터를 가공기의 주축 헤드부에 장착하고 높은 응답성이 필요한 극간 서보를 로컬 액추에이터가 하며 전극 이송 동작을 볼나사 구동기구가 하는 협조 제어가 실용화되어 특히 미세 구멍 방전가공의 고속화, 전극 소모의 절감, 가공 정밀도의 향상에 효과를 발휘한다는 것을 나타내고 있다.
와이어 방전가공에서도 미세 슬릿을 비롯한 미세 형상의 수요가 높아지고 있으며, 와이어 지름의 미세화, 방전에너지와 와이어 이송 제어 기술의 고성능화에 의한 가공 형상의 미세화가 추진되고 있다.

기능성 재료를 활용한 방전가공

방전가공은 도전성 재료라면 고경도 재료나 인성이 높은 재료라도 가공이 가능하다. 기존에는 절연성 재료는 방전가공이 불가능하다고 여겨져 왔지만, 재료 표면에 도전성막을 부여하여 기름 속에서 방전을 하면, 절연성 재료라도 충분히 방전가공이 가능하다.
최근에는 와이어 방전가공의 경우에도 기름 속에서 가공을 함으로써 절연성 세라믹 가공이 가능하다는 것이 확인되어 복잡한 형상의 가공이 가능해졌다. 절연 재료의 방전가공 특성은 재료 표면의 도전성막의 전기적 특성과 도전성막의 성막 특성에 지배되며, 기본적으로는 가공물의 전기적 특성에 영향을 받지 않는다는 점이 특이하다.
또한 최근에는 영구자석에 대한 방전가공이 시도되어 형상가공이 가능하다는 것이 확인되었다. 영구자석 중에서도 유지력이 강력한 네오디움 자석은 분말소결법에 의해 성형되고 있으며, 보통은 소결 금형으로 형상을 제어하고 있다.
앞으로도 절연성 세라믹스와 같이 기존에는 가공할 수 없다고 여겨졌던 재료에 대한 방전가공이 더욱 더 확대될 것으로 보인다.