[특수가공][공정] 전해가공 (ECM; Electrochemical Machining)

1. 개요

 

1) 전해가공 정의 

전기호학적 용해작용을 재료의 가공할 부분에 집중시켜 원하는 모양, 치수, 표면 상태를 얻는 가공법. 
일감과 전극은 0.02 ~ 0.7mm 정도로 근접시켜 전해액 (NaCl, NaNO3)을 통하여 일감은 +극, 공구는 -극이 되도록 통전하여 실시하며 전압은 5 ~ 20V, 전류밀도는 30 ~ 200A/dm^2가 사용됨  

 

2) 전해가공 원리

전해가공의 개략도

유튜브 캡쳐, 주황색이 전극 / 회색이 공작물

• 공구를 음극, 공작물을 양극에 연결 
• 양극 사이에 전해질 용액을 흘려보냄 
• 전해질 용액 (전해액)이 전기화학반응을 일으켜 공작물의 금속 이온을 용해시키면서 가공 
  • 양극, 공작물이 철이라고 했을때) Fe →  Fe²⁺ 2e^-
  • 음극(전해재료) 2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^- 
    

 

2.  전해가공에 대한 고찰

 

1) 전해가공 특징

장점	단점
경도나 인성이 큰 (기계적 성질이 좋은) 재료도 가공이 잘 됨	전해액 처리가 어려움
가공면에 응력이나 변형이 생기지 않음	공구 전극의 제작에 경험과 수고가 필요
공구인 전극 소모가 거의 없음	복잡하고 섬세한 형상은 정밀도가 떨어짐

 

2) 가공 특성

• 가공정밀도
  • 동일속도로 제거되지 않음 → 가공 형상을 고려하여 전극 형상을 수정해야함 
  • 가공간극을 일정하게 하여 정밀도를 향상시키려면 → 전도도를 측정하여 전압, 전극 이송속도를 자동 제어해야함 
• 다듬질면 거칠기
  • 요철은 각 부분의 가공량 차이에 의해 발생
  • 전류 밀도는 클수록 거칠기는 작다
  • 재료 결정립이 작을 수록 거칠기는 작다
  • 경면에 가깝지만 주름이나 굴곡이 생길 수 있음 
  • 전극형상이 복잡한 경우에는 전해액 흐름과 전해생성물 분포를 고려하여 특수하게 전극을 제작해야함 

 

3) 전해액

• 기능
  • 공구와 가공물 사이에 전해 전류를 흘림
  • 가공 간극에서 전해생성물을 제거
  • 열 제거 
• 전해액 구비조건
  • 가공물의 표면에 "불용해 생성물"을 만들면 안됨
  • 양이온의 공구면에 "전착"하면 안됨
  • 전도도가 높고 점도가 낮아야함
  • 부식성이 작고 유독성이 없어야함
  • 값이 염가여야함 
• 종류 
  • 중성염 용액 NaCl
  • 산 용액 HCl
  • 알칼리용액 NaOH

 

3.  방전가공 (EDM)과 전해가공 (ECM)의 차이

 

구분	방전가공 (EDM)	전해가공 (ECM)
가공속도	ECM 대비 느림	EDM 대비 빠름
거칠기	배껍질면	경면
가공변질층	급열, 급랭으로 경화층 형성 → 헤어크랙 형성	가공경화층/크랙 생기지 않음
가공액	방청에 힘이 들지 않고 가공액 처리 용이	부식성 → 방청이 어렵고 다량의 슬러지가 생김
전극소모	전극 소모가 존재	전극 소모가 없다
가공정밀도	정밀도가 높고 가공형상에 영향받지 않음	가공형상에 따라 정밀도가 변화