적층 가공된 WC를 사용한 스파크 침식

Jun 21, 2023

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연구원들은 이제 산업용 응용 분야를 염두에 두고 방전 가공용 텅스텐 카바이드-코발트 공구 전극을 생산하기 위해 적층 가공의 잠재력을 더욱 활용하고 있습니다.

부품의 복잡성이 증가하고 공구 및 금형 제작이 지속적으로 발전함에 따라 방전 가공(EDM)과 같은 제조 공정의 지속적인 개발이 필요합니다. 예를 들어, 이는 복잡한 도구 전극 생산을 위한 새로운 유형의 프로세스 체인 개발을 통해 수행됩니다. 적층 제조(AM)를 사용하면 설계 측면에서 거의 제한 없이 EDM 공정을 위한 내부 플러싱 채널을 갖춘 복잡한 도구 전극 형상을 생산할 수 있습니다. 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co)는 열적, 기계적 안정성이 높고 추가 가공이 가능한 EDM 공구 전극에 적합한 재료를 나타냅니다. 이 기사는 다이 싱킹 EDM에서 적층 가공된 WC-Co 공구 전극의 사용에 대한 연구의 첫 번째 결과를 보여줍니다. 베를린 기술 대학의 공작 기계 및 공장 관리 연구소 IWF와 생산 시스템 및 설계 기술 연구소 IPK가 참여하고 있습니다.

Dr.-Ing. M. Polte, 베를린 공과대학교 IWF 수석 엔지니어; R. Hörl, M. Sc., 베를린 공과대학 IFW 연구 조교; R. Bolz, M. Sc., 연구원, IWF, 베를린 공과대학; 목. 브라운, M. Sc., 연구원, IWF, 베를린 공과대학; RJ Neuschäfer, B.Sc., 베를린 공과대학 IMF 보조 과학자

WC-Co 재료의 AM 공정 레이저 분말 베드 융합에 대한 이전 연구([1], [2] 및 [3])에서는 제조된 샘플의 코발트 함량 CCo에 대한 에너지 밀도 Ev의 영향을 보여주었습니다. 본 연구에서는 예열된 처리 챔버와 WC-Co 83/17(분말 재료)을 사용하여 AM 공정으로 공구 전극을 제조하고 이것이 EDM 공정에 미치는 영향을 분석했습니다.

4단계로 에너지 밀도를 300 J/mm3 ≤ Ev ≤ 900 J/mm3 범위로 변경함으로써 코발트 함량 CCo 및 상대 밀도 ρrel 및 전기 전도도 κ와 같은 구성 요소의 관련 재료 특성이 영향을 받았습니다. 각 에너지 밀도 Ev에 대해 두 개의 샘플을 제작하고 그에 따라 분석했습니다. 다이 싱킹 EDM의 적합성을 평가하기 위해 적층 가공된 공구 전극을 사용하여 추가 테스트를 수행했습니다. 샘플은 각각의 EDM 테스트에 대한 제거율 VW와 상대 공구 마모 ϑrel을 결정하여 평가되었습니다.

또한, 재료 제거 거동을 개선하기 위해 공구 전극의 내부 플러시를 조사하기 위해 수치 시뮬레이션을 수행했습니다. 작업 간격에서 최대 유속 v와 체적 유속 V를 결정하기 위해 세 가지 다른 플러시 채널 형상을 조사했습니다. 테스트는 0.196mm2 < Ac < 0.785mm2 범위의 다양한 플러싱 채널 단면적과 2bar ≤ pc ≤ 40bar 범위의 다양한 입구 압력에 대해 수행되었습니다.

결과는 Ev = 500 J/mm3의 에너지 밀도를 갖는 AM 공정의 경우 가장 높은 상대 밀도가 ρrel = 87%에서 달성될 수 있음을 보여주었습니다. 실제로 높은 플러싱 압력 pS를 견디기 위해 다이 싱킹 EDM에 사용하기 위한 공구 전극의 기계적 강도 σm에 대해 충분히 높은 상대 밀도가 필요합니다. Ev = 900 J/mm3의 에너지 밀도로 생산된 샘플은 다음과 같습니다. 낮은 상대 밀도 ρrel로 인해 스파크 침식 싱킹 프로세스에 적합하지 않습니다.

코발트 함량 CCo의 측정은 에너지 밀도 Ev = 300 J/mm3에서 가장 높은 값을 나타냈습니다. 측정 설정으로 인해 코발트 함량 값의 오프셋이 표시되었습니다. CCo > 17%의 코발트 함량의 경우 AM 공정 중에 코발트가 기화되지 않았다는 결론을 내릴 수도 있습니다. 코발트 함량이 높으면 공구 전극의 전기 전도성 κ가 증가할 수 있으며 이는 EDM 공정에 긍정적인 영향을 미칩니다. 이는 다이싱킹 EDM 테스트에서 확인할 수 있습니다. 거기서 제거율은 에너지 밀도 Ev = 300 J/mm3에서 V̇w = 5.53 mm3/min으로 가장 높았다.