概要

はじめに、「放電加工」とは、油や水などの加工液(絶縁液)中で、工具となる電極と工作物を対向させた状態から、数~数十µmの極間距離で繰り返し火花放電を発生させ、材料の一部を蒸発・溶融除去しながら進行する加工方法の1つです。

火花放電は1秒間に数千~数十万回の頻度で発生され、微小な放電痕が次々と生成されることによって進行します。放電加工は、形彫り放電加工(Electrical Discharge Machining)とワイヤ放電加工(Wire Electrical Discharge Machining)の2種類に分けられ、それぞれの持つ特徴によって用途が異なります。

特徴

火花放電は1回あたりの加工量が少ないため、切削加工よりも加工速度は遅いものの、導電性材料であれば硬さや靭性などの機械的強度によらず、比較的容易に形状加工が可能とされています。切削加工や研削加工の工作機械では、工具や工作物が回転運動するため、加工形状によっては加工が困難な場合があります。それに対して放電加工機は、工具と工作物の相対運動を必要としないため、複雑形状の加工が得意で、熱エネルギーを用いた非接触加工(加工反力の小さい)であることが特徴として挙げられます。

構造

ワイヤ放電加工機の主な構成要素は、ボビンに巻かれたワイヤ電極、ワイヤ電極を送り出す駆動装置、工作物を設置するテーブル、加工液を貯める加工槽、脱イオン装置、電源装置とNC装置が挙げられます。放電回路はコンデンサー放電回路とトランジスター放電回路の2種類に大別されます。コンデンサー放電回路は、パルス幅と放電電流が回路中のコンデンサー:Cと抵抗:Rおよび配線のインダクタンス:Lで決まり、電流値とパルス幅を独立に制御することが困難です。

一方でトランジスター放電回路は、トランジスターのONとOFFによってパルス幅を制御することが可能で、パルス幅と電流値を独立に制御することができます。1回あたりの放電で極間に投入される全エネルギーq[J]はq=e×Ip×tiによって表されます(放電電圧:e,放電ピーク電流:Ip,パルス幅:ti)。このエネルギーの値が加工速度や表面粗さや工具消耗などの加工特性に寄与します。荒加工条件でIpとtiを大きく設定した場合、放電1回あたりの除去量が大きくなるため加工速度は向上しますが、生成される放電痕が大きくなるため表面粗さは粗くなります。一方で仕上げ加工ではIpとtiを小さくすることによって、加工速度は低下するものの良好な仕上げ面粗さが得られます。これらのIpとtiの他に、休止時間trの組み合せによって、最適な加工条件が選定されます。

用途

ワイヤ放電加工では直径0.02~0.3mmの黄銅やタングステンワイヤーを電極に用いて、糸のこ盤のように工作物を2次元的に切り抜くことが可能です。ワイヤ電極を保持する上下のガイドの位置を移動することによって、テーパーカットや上下異形状の加工も可能です。

前述した通り、主に放電加工は導電性材料が工作物の対象になっていますが、補助電極法によって絶縁性セラミックス材料の加工も可能との研究報告もあります。耐環境性、耐熱性、耐摩耗性、高剛性、高熱伝導性、低熱膨張性、低比重など、優れた性質を持つ材料として用途は広がっているものの、通常の機械加工では加工が困難な場合もあることから、ワイヤ放電の更なる用途として期待されています。

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