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Diethyl Carbonate

What Is Diethyl Carbonate?

Diethyl carbonate, a neutral ester of carbonic acid, emits an ethereal odor and appears as a colorless liquid at room temperature. Due to its low flash point, it is classified as a hazardous and inflammable substance under various safety laws, necessitating careful handling.

Uses of Diethyl Carbonate

This compound finds application as a solvent for nitrocellulose, and synthetic resins, and as a reaction solvent, cleaning, and stripping agent. It is notably used as an electrolyte solvent for lithium-ion batteries, in organic synthesis for ethoxycarbonylation, and as a raw material in the production of polycarbonates and polyurethanes. Additionally, it facilitates C-alkoxycarbonylation reactions and the formation of 2-oxazolidinone from 1,2-amino alcohols.

Properties of Diethyl Carbonate

With a melting point of -43°C and a boiling point between 126-128°C, diethyl carbonate is insoluble in water yet soluble in organic solvents like ethanol, chloroform, and ether. It boasts a flash point of 25°C, an ignition point of 445°C, and a molar mass of 118.13 g/mol. Its density is 0.975 g/cm3.

Other Information on Diethyl Carbonate

1. Synthesis with Phosgene or Urea

Diethyl carbonate can be synthesized through the reaction of phosgene and ethanol, producing hydrogen chloride as a byproduct. Alternatively, it can be generated from urea and ethanol, with ethyl carbamate forming as an intermediate. This process requires a heterogeneous catalyst that acts as both a Lewis acid and a base.

2. Other Synthetic Methods

Other methods include the reaction of silver carbonate with ethyl iodide, oxidative carbonylation with carbon monoxide and ethanol, and transesterification from dimethyl carbonate. Additionally, it can be produced using ethyl nitrite and carbon monoxide with a palladium catalyst.

3. Related Compounds

As a type of carbonate ester, diethyl carbonate is related to dimethyl carbonate, diphenyl carbonate, and cyclic esters like ethylene carbonate and propylene carbonate.

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Boron Carbide

What Is Boron Carbide?

Boron carbide, a compound of boron and carbon with the chemical formula B4C, is a grayish-black powder known for its exceptional hardness—second only to diamond on the modified Mohs scale—and excellent wear resistance. This material is notable for its chemical stability, being resistant to attack by both acids and alkalis.

Uses of Boron Carbide

Due to its superior hardness and wear resistance, boron carbide is utilized in various applications requiring durability. It is commonly found in cutting tools, abrasives, cermets, mortars, and bulletproof materials. Its high electrical insulation and thermal conductivity make it suitable for use in high-temperature industrial environments, including in electronic components and hard disk heads. Additionally, its high neutron absorption capacity, thanks to the natural abundance of boron-10, allows its use in nuclear reactors for fission reaction control and neutron shielding.

Properties of Boron Carbide

With a molecular weight of 55.25, a density of 2.51, and a melting point of 2350℃, boron carbide boasts a high melting point, low specific gravity, and remarkable heat and chemical resistance. It begins to oxidize at 570℃ and reacts with chlorine at high temperatures to form boron trichloride, although it is generally resistant to acids and alkalis except when exposed to alkali fusion or hydrofluoric acid.

Structure of Boron Carbide

The rhombohedral crystal structure of boron carbide features three carbon atoms on the diagonal of a unit lattice, with boron atoms forming an icosahedron at each vertex. This structure allows for the substitution of carbon with boron, affecting the material’s properties minimally due to the unchanged crystal backbone.

Types of Boron Carbide

Available in both bulk and powder forms, boron carbide is processed into various ceramic products such as plates, nozzles, and seals, utilized in bulletproofing, sandblasting, and mechanical sealing. Its particulate form serves as an abrasive, antioxidant for refractory materials, and a sintering aid for silicon carbide, with applications determined by particle size uniformity.

Other Information on Boron Carbide

How Boron Carbide Is Produced

Industrially, boron carbide is synthesized by heating a mixture of boron oxide and carbon in an electric furnace. This thermal carbon reduction method uses boric acid or boron oxide and activated carbon or petroleum coke, offering a cost-effective and safe mass synthesis approach. Alternative methods include direct boron and carbon reaction, synthesis from composite carbides using TiO2-SiO2-B2O3 glass, and a low-temperature synthesis involving boric anhydride or borax, magnesium, and carbon.

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Titanium Carbide

What Is Titanium Carbide?

Titanium carbide (TiC) is a face-centered cubic lattice crystal, part of the NaCl-type structure, where metal and carbon atoms are alternately arranged. It has a molar mass of 59.9 g/mol, melts at 3,170℃, and has a density of 4.9 g/cm3. Identified by CAS number 12070-08-5, titanium carbide appears as a black powder at room temperature. Its production, which began in the 20th century, was aimed at replacing expensive tungsten in filaments.

Naturally occurring as khamrabaevite [(Ti,V,Fe)C], it is a rare mineral with crystals typically ranging from 0.1mm to 0.3mm in size.

Properties of Titanium Carbide

With its insolubility in water, solubility in nitric acid and aqua regia, high electrical conductivity, and a Vickers hardness of around 3,200, titanium carbide is notable for its exceptional properties. It is produced through various industrial methods, including vacuum carbonization and plasma processes, among others. Recent research has shown that a titanium-to-carbon ratio of 2:1 allows for the creation of high-strength sintered bodies at around 1500℃ in just minutes.

Uses of Titanium Carbide

1. Cutting Tools

Due to its extreme hardness and high melting point, titanium carbide is integral to cutting tools. It is typically combined with cobalt, nickel, and molybdenum, providing a cost-effective alternative to tungsten-based cemented carbides. Its addition to tungsten carbide enhances wear and oxidation resistance, making it ideal for high-speed steel machining. Despite its hardness, its brittleness under impact and rapid cooling requires careful handling.

2. Coating Materials

As a coating, titanium carbide offers metal-like surface characteristics, enhancing the wear resistance of precision parts and instruments, including machine components and watch elements. Its application in arc electrolysis and as a welding aid for aluminum alloys showcases its versatility. Known for its low friction coefficient and excellent heat resistance among the various ceramic coatings, it is a preferred material for high-temperature component coatings.

3. Other Applications

Beyond coatings, titanium carbide is utilized in the mold-release processes for steel and resins, benefiting press molding, cold forging, and plastic molding. Its hypoallergenic and lightweight nature also makes it a popular choice for jewelry, such as necklaces.

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Tantalum Carbide

Uses of Tantalum Carbide

Tantalum carbide, with the formula TaC, is a compound of tantalum metal and carbon. It has a high melting point of 3,740℃ to 3,880℃ and is extremely hard, with a Mohs hardness of 9-10, second only to diamond.

This material is resistant to water, dilute acids, and alkalis, but reacts slightly with sulfuric acid and hydrogen fluoride. Despite being a compound, tantalum carbide conducts electricity similarly to metals.

Its high heat resistance and electrical conductivity make it suitable for various applications. However, it usually exists in powder form and requires sintering for industrial use. Due to its high melting point, traditional hot-pressing methods are ineffective. However, new techniques like discharge plasma sintering are promising for producing high-quality sintered bodies.

Applications of Tantalum Carbide

Tantalum carbide’s high heat resistance and hardness enable its use in various applications. It’s often sintered into a cermet material and used in refractory ceramics, cutting tool parts, cemented carbide tools, cutting tools, and wear-resistant tools. It’s increasingly popular in machining automotive parts.

Additionally, its high melting point makes it suitable for coating high-temperature heating elements in the manufacture of high-temperature furnaces.

ラップ加工

ラップ加工とは

ラップ加工 (英: lapping) とは、ラップ盤に加工物を置いて、ラップ剤を流し込み圧力をかけながらこすり合わせる研磨方法です。

砥粒と潤滑油が含まれたラップ剤が加工物の表面を削ることで、滑らかな表面に研磨できます。加工面を研磨することによって、製品の長寿命化が可能になり、溶着防止にも貢献します。

ラップ加工の使用用途

ラップ加工は、主に仕上げ精度が必要なものや、平らで滑らかに仕上げる際に使用します。使用用途によって、湿式ラッピング、乾式ラッピング、鏡面ショットマシン加工、マイクロフィニッシュ加工などがあります。

1. 湿式ラッピング

湿式ラッピングは、粗削りや中間仕上げなどに使われます。砥粒と大量の工作液 (石油、機械油など) からなるラップ剤の中に、加工物を入れた状態で、弱い加圧力で加工します。

ラップ剤の中で砥粒が転がることにより、高精度の平面に研磨されます。加工量が大きいため、梨地の無光沢な表面仕上がりです。

2. 乾式ラッピング

精密部品の仕上げ用です。ラップ盤の微小な凹凸にラップ剤をすり込み、高い圧力をかけて研磨加工します。加工量はわずかですが精度は高く、光沢がある鏡面の表面に仕上がります。

一般的な砥石などを利用して研磨をすると、切り込む深さによっては熱を逃がすことができず、焼けが発生します。また、研磨が不可能な場合もあります。この場合、ラップ加工が最適です。

ベアリング部品や測定器のマスターゲージなどの精密部品や、半導体ウエハーなどの削りにくく、加工が難しい難削材の表面処理にも使用されます。

3. 鏡面ショットマシンによる加工

鏡面ショットマシンは、ダイヤモンドの粉を吹き付けて研磨する機械です。ドリル・エンドミル・リーマなどの超硬工具のラップ加工、コーティング前のラップ加工、コーティング処理後に面粗度を上げるためのラップ加工などに使用されます。

刃物の切り屑が通る溝などを研磨して、切り屑の排出性を高め、切り粉詰まりによる工具破損のリスクを小さくします。

4. マイクロフィニッシュ加工

マイクロフィニッシュ加工は、非圧縮性のポリッシングフィルムにより、円筒面を高精度に仕上げるラップ加工です。マイクロフィニッシュ加工は、真円度などの形状誤差を小さくする効果のために使用されます。

ラップ加工の原理

ラップ加工は、ラップ盤の下定盤と上定盤との間で加工物を挟み込み、加工物の上下を研磨することです。研磨をするため、遊離砥粒が含まれる液体状のラップ剤を使います。

固形の砥石による加工は精度に限界があり、ラップ加工では潤滑液に砥粒が混ぜてある遊離砥粒を加工物とラップ盤の間に流して研磨します。砥粒を固定する結合剤を使用しないので、砥粒が加工物を直接削り、均一に安定した研磨ができます。0.1µオーダーのフラットな平面仕上げが可能です。

ラップ加工による精密仕上げでは、平面部でRz0.05µm、異形状部でRz0.2µm程度の鏡面仕上げができます。また、ラップ液ではなく、砥粒粉をショットする方法やフィルムによるラップもあります。

ラップ加工の特徴

ラップ加工の大きな特徴は、加工精度が高いことと、表面の焼けが少ないことです。固体の砥石を使う研磨では、加工物の片面がフラットにできても、もう1方の面と平行に仕上げるのは困難です。ラップ加工は、砥粒が固定されずに遊離しているため、両面を平行に精度よく加工できます。

加工物にストレスを与えず、加工熱によるひずみも少ない加工法です。また、砥石を使用する加工は、ドライで切り込む深さが少ない研磨をすると、表面が焼ける可能性があります。ラップ加工は、液体の研磨剤を使用して、表面焼けの少ない美しい加工が可能です。

ラップ加工の短所は、加工に時間がかかることです。砥粒で少しずつ研磨するので、速度が遅くなります。大量生産には、不適です。

ラップ材のその他情報

ラップ剤の砥粒の種類

ラップ剤は、砥粒に少量の潤滑油をまぜたものです。砥粒は主に3つの素材が使用され、用途によって使い分けます。

1. アルミナ
アルミナは、酸化アルミニウムの別称で、適度な硬度と靭性を持っています。耐摩耗性に優れ、研磨剤とし多く用いられます。鉄鋼や樹脂、ガラスなど幅広い加工物に使用できます。

2. 炭化ケイ素
炭化ケイ素は、アルミナに比べると凹凸が少ない砥粒です。ただし、硬くて欠けやすい短所があります。アルミニウム、非鉄金属などの加工物に使用されます。

3. ダイアモンドスラリー
ダイアモンドスラリーの砥粒は、人工ダイヤモンドで作られており非常に硬い素材です。主に超硬合金やセラミックスなどの加工物に使用されます。

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Tungsten Carbide

What Is Tungsten Carbide?

Tungsten carbide, a compound of tungsten and carbon, is known for its exceptional hardness, high modulus of elasticity (Young’s modulus), and excellent corrosion resistance. It combines the properties of both metals and ceramics, making it extremely rigid and durable.

Discovered in Chusum County, Shannan City, Tibet Autonomous Region, China, natural tungsten carbide was named Qusongite in 2007. Exposure to tungsten carbide dust can cause pulmonary fibrosis, similar to silicosis, and WC-Co alloys are considered potential carcinogens.

Uses of Tungsten Carbide

Primarily, tungsten carbide serves as a crucial material for cemented carbides, particularly in WC-Co alloys, which exhibit outstanding mechanical properties upon mixing and sintering with cobalt (Co). These alloys, alongside WC-Ni alloys containing nickel (Ni), are renowned for their rigidity, hardness, and wear resistance. They find extensive use in cutting tools, wire drawing dies, rolling rolls, and various types of dies.

Enhancements in oxidation and corrosion resistance are achieved by adding titanium carbide (TiC) and tantalum carbide (TaC) to WC-Co alloys.

Properties of Tungsten Carbide

With a melting point of 2,870°C and a boiling point of 6,000°C, tungsten carbide appears as a gray or black solid. Its Young’s modulus is approximately 550 GPa, making it significantly more rigid than steel, and its hardness rivals that of α-aluminum oxide.

Structure of Tungsten Carbide

The chemical formula of tungsten carbide is WC, featuring a molar mass of 195.851 g/mol. It exists in two forms: hexagonal α-tungsten carbide and cubic β-tungsten carbide, with distinct structural properties and a high density of 15.63 g/cm3 for the α form.

Other Information on Tungsten Carbide

1. Synthesis of Tungsten Carbide

Tungsten carbide is synthesized through high-temperature reactions between carbon and tungsten, utilizing various methods such as the fluidized bed technique or direct heating with graphite and tungsten(VI) oxide. Alternative methods include reactions involving tungsten hexachloride or tungsten hexafluoride with suitable carbon sources and reducing agents.

2. Reaction of Tungsten Carbide

This compound exhibits strong resistance to acids and is insoluble in water, hydrochloric acid, and sulfuric acid. It dissolves in nitric hydrofluoric acid and aqua regia. Tungsten carbide begins to oxidize at temperatures between 500-600°C and reacts with fluorine and chlorine under specific conditions. In fine powder form, it oxidizes in aqueous hydrogen peroxide solutions and reacts with sodium carbonate at elevated temperatures and pressures.

平面研削

平面研削とは

平面研削とは加工物の平面を削ることで平面度を向上させる研削加工方法です。 平面研削は平面研削盤と呼ばれる機械を使用します。 研削盤とは、加工物表面の異物や凹凸を回転する砥石により除去し、平滑な面を作る機械です。研削盤の中でも平面加工を用途にした機械を平面研削盤といいます。

平面研削盤は以下の4種類に大別されます。

  1. 立軸角テーブル型
  2. 立軸円テーブル型
  3. 横軸角テーブル型
  4. 横軸円テーブル型

立軸型は砥石軸がテーブル面に対し垂直であり、一方横軸型はテーブル面に対して平行に設置されています。 角テーブル型では水平方向にテーブルが動作し、研削を行います。一方で円テーブル型ではテーブルを回転させた状態で研削します。

平面研削の使用用途

  1. 立軸角テーブル型
    砥石との接触面積が広いため、面積の大きな加工物を研削する際に使用されます。
  2. 立軸円テーブル型
    複数の加工物をテーブル上に設置します。垂直に砥石を押し当てて被削材を研削します。
    そのため、複数の部品を同時に、均一の厚さで加工することが可能です。
  3. 横軸角テーブル型
    砥石軸がテーブル面に対して平行であるため砥石の側面を使用した研削方法です。精度の高い研削が可能であるため、仕上げ工程で使用されます。
  4. 横軸円テーブル型
    立軸円テーブル型同様に複数の加工物をテーブルに設置することで、同時加工が可能です。精度の求められる部品を量産する際に使用されます。

内面研削

内面研削とは

内面研削 (英: internal grinding) とは、工作物の穴の内周面を研削する加工方法です。

内研やインターナル (英: internal) とも呼ばれます。砥石は切削加工で刃物に該当し、内面研削では工作物の穴よりも小さくて砥石主軸が長い砥石が用いられます。そのため、砥石の剛性が低くなりやすく、砥石自体の高速回転も必要です。

したがって、内面研削盤の主軸には高剛性と高精度が重要になります。一般的に砥石は、結合剤によって炭化ケイ素や酸化アルミのような硬い砥粒を固めて作ります。砥石には自主作用があり、研ぐことなく長時間使用可能です。

工作物が大きくて回転が困難なときには、砥石軸に遊星運動を与えて研削します。一般的に加工中の内径測定が難しく、自動サイクル式が多いです。

内面研削の使用用途

内面研削は、円筒形状の工作物の内面や内径の加工に使用可能です。工作物の具体例として、シリンダー、ギア、金型、ベアリングなどの内径や内輪が挙げられます。他の部品が筒の中を滑りながら動いて被削材の形状や表面粗さを所定の精度で仕上げます。

例えば、プラネタリ形 (英: planetary type) では砥石軸が回転しつつ遊星運動が起こり、工作物自体が回転せずに内面に沿って研削可能です。そのため、プラネタリ形は回転時にバランスが取りにくい形状の工作物や大きい製品の内面研削に向いています。

内面研削の原理

内面研削では、砥石の一点が内径に当たるように穴に差し込んで回転させながら加工します。前加工に関係なく、砥石1個だけで複数の穴径の加工に対応可能です。

内面研削ではワークの穴に入れて加工するため、穴の内径と比べて小さいサイズの砥石を使用します。穴の長さに合わせて砥石軸の長さが必要です。小さい砥石では摩耗しやすくなり、ワークの精度を損います。

その一方で、砥石軸が長いとたわむため精度に影響します。すなわち剛性が高い砥石と砥石軸が必須です。

内面研削の構造

普通形、プラネタリ形、センタレス形、シュー形などの内面研削盤があります。

1. 普通形

普通形は砥石を穴の中に挿入して砥石とワークが回転しながら削り取る構造です。主軸方向に砥石が行き来して加工可能です。プラネタリ形と比べて普通形の方が加工精度が優れています。

2. プラネタリ形

プラネタリ形は加工軸方向への遊星運動により削り取る構造です。複雑な形状のワーク内面を加工する際に使用されます。

3. センタレス形

センタレス形ではワークを固定せずにワーク外周をロールで支持して削り取ります。加工部分が全長にわたり支持される構造のため均一に研削可能です。生産性に優れ、ワークの取り外しと取り付けが簡単です。

4. シュー形

センタレス形の一種にシュー形があり、ワーク外径をシュー2つで支持する構造です。ワークの端面を基準に磁力で吸い寄せてワークが回転します。

内面研削の種類

内面研削の加工方法には、中ぐり加工、段付き加工、テーパ加工の3種類があります。

1. 中ぐり加工

中ぐり加工は元々存在する穴を広げます。精度が高い研削加工であり、切削加工より時間が必要です。

2. 段付き加工

段付き加工では直線の穴に段を付けます。砥石先の摩耗が多いため砥石の面直しに時間を取られ、加工時間が長いです。内径奥に研削逃げを作って砥石摩耗を減らせます。

3. テーパ加工

少し角度を付けた研削加工です。普通形で削り取って角度を付けて斜めにスライドしながら加工します。

内面研削のその他情報

内面研削に使用する道具の選び方

内面研削は、自動車部品などの製品やパーツに用いる加工法として有用です。砥石と砥石軸の剛性が仕上がりの精度に影響するため、加工の際には常に考慮する必要があります。

1. 砥石
ワークの穴径と比較して砥石は小さいため、研削盤の砥石よりも摩耗しやすいです。摩耗した砥石を使用するとワークの表面にうねりが生まれて仕上がりの精度が低くなります。そのため砥石表面の状態の確認が重要です。

2. 砥石軸
砥石軸には部品をワークの穴に挿入するため、長さが必要です。サイズが小さいと細くなり、剛性が低くなる可能性があります。

円筒研削

円筒研削とは

円筒研削とは、円筒状の加工物の外面を研削する加工方法です。

円筒研削に円筒研削盤を使用します。研削盤は回転する研削砥石を加工物に当てて表面を除去し、平滑な面を作る機械です。研削盤の中でも、円筒状の加工物を対象とした機械が円筒研削盤です。研削砥石と逆方向に回転する加工物を当てて、円筒研削を実現します。

砥石を使用するため、高精度な加工が可能です。砥石は砥粒、結合材、気孔の3つの要素で作られています。結合剤は砥粒と呼ばれる鉱物質の結晶粒子と結合し、気孔は研削で切り屑が入るポケットです。

砥石は加工物に対して径方向に移動し、加工物は軸方向に移動します。砥石と加工物の移動方法の違いで、トラバース研削、アンギュラ研削、プランジ研削の3種類に分類可能です。

円筒研削の使用用途

円筒研削では加工物の形状に合わせて研削種類を使い分ける必要があります。

1. トラバース研削

砥石の幅よりも長い加工物を研削したい場合には、トラバース研削を行うと面粗さが向上します。重量があり移動が困難な加工物には、砥石台が移動できるトラバース研削が選ばれています。

2. アンギュラ研削

アンギュラ研削は加工物が段付き形状でも外周面と端面を同時に加工可能です。

3. プランジ研削

プランジ研削は砥石の幅よりも幅が小さい加工物を対象とする場合が多く、加工物に対して強い力を加えられます。

円筒研削の原理

円筒研削は加工物を両端から固定でき、高精度の研削が可能です。

1. トラバース研削

トラバース研削は砥石を固定し、加工物を左右に平行移動して研削します。

2. アンギュラ研削

アンギュラ研削はコマの形状のアンギュラ砥石と呼ばれる砥石を使用する研削方法です。アングルスライドやアンギュラスライドとも呼ばれ、加工物の斜めから砥石で削り取ります。

3. プランジ研削

プランジ研削は砥石を動かし、加工物を固定する方法です。

円筒研削の種類

1. トラバース研削

トラバース研削は砥石よりも長くて段差のない場合に適しています。非常に精度が高いため加工面の仕上がりが美しく、鏡面加工が施された円筒が作れます。

ただし加工物が長いと中央がたわみやすいです。シャフトの回転で摩擦抵抗が大きくなってシールが切れ、油漏れなどのトラブルが起きる頻度も高いです。

2. アンギュラ研削

アンギュラ研削では斜めの角度に設定されているため、加工物の円筒部と端面をまとめて加工できます。効率良く段付きのワークを削り取り、短時間で部品全体の加工が可能です。

トラバース研削のように美しい鏡面や高精度の製品に仕上げることは困難で、細かく精度の高い凸凹を実現できません。主にNC装置が使用され、動作のプログラムが複雑です。経年の劣化で補正する必要があり、大量生産では注意が必要です。

3. プランジ研削

プランジ研削は工作物や砥石をスライドさせずに研削でき、量産部品を加工可能です。砥石に押し当てた加工物が左右に動かず力が強く伝わって効率的に研削できます。動力効率が良く機械がダメージを負わず耐久性が高いです。

しかし砥石の幅以上のワークの切削ができません。深い穴などの加工ではチップが詰まる場合があり、切り屑の排出が重要です。

円筒研削のその他情報

円筒研削の注意点

機械加工の加工精度は高くないため、研磨や研削の工程の追加が必要です。旋盤加工も刃先によっては平面の加工が難しいです。そのため、円筒研削で砥石を押し付け、旋盤切削で作られた山を削るとコストダウンに繋がります。ただし、1段階以上工程が増えて仕掛在庫が増加します。

高精度寸法では、円筒研削によって品質が安定する場合も多いです。円筒研削を用いる際には前工程で残す取り代に注意が必要です。

高精度の旋盤工程を実現しても、焼き入れ工程の熱によって寸法が変化します。そのため、後工程の円筒研削で歪を修正します。つまり旋盤工程や焼き入れ工程などの前工程との連携が重要です。

細穴放電加工

細穴放電加工とは

細穴放電加工 (英: small hole electric discharge machining) とは、丸棒やパイプ状の電極に電気を流し、加工物へ非常に小さな穴をあける加工のことです。

細穴放電加工は、水や油などの加工液をかけながら、丸棒やパイプ状の電極に電気を流し、回転させて加工物に近づけていきます。電極を回転させて加工することで加工速度を上げ、真円度の高い穴をあけることができます。

放電した電極を加工物に近づける際に発生する火花で、溶融や切除が行われ穴を開けます。加工液の中で火花を発生させると、金属の溶けた部分が液体で冷やされて飛び散ります。この動作を繰り返し行って完成させます。放電加工に使う電極の材料は、主に銅、グラファイト、タングステンなどです。

細穴放電加工の使用用途

細穴放電加工は、導電性のある対象物に放電する電極を近づけて行われ、導電性があればどのような素材でも加工できます。加工物に直接接触しないため、バリやカエリのような小さな出っ張りもできません。硬い素材、柔らかい素材、粘り気のある素材など様々なものに穴を開けられます。

使用用途は飛行機などで使われるタービンブレードの冷却穴加工、医療部品への穴加工などです。また、ワイヤー放電加工のスタート穴を開ける際にも使用されます。

圧力がかからず、ひずみが生じないため、薄い素材にも使用可能です。電極の種類によって、穴の形を変えることもできます。例えば、パイプ状の電極は空洞部分には電気が流れないため、芯の残った状態の穴をあける場合に使うことができます。

細穴放電加工の特徴

1. 微細穴加工ができる

直径0.02mm程度の微細な穴加工が可能です。µオーダーの高精度で加工ができます。また、深穴加工も可能です。ドリルでの深穴加工は、アスペクト比30ぐらいが限界ですが、放電加工はアスペクト比が100程度の加工に対応可能です。

2. 素材を選ばない

導電性の素材であれば、軟らかい材料でも、硬い材料でも加工できます。材質は、鋼材、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、超硬材をはじめ、タングステン、タンタル、モリブデン、チタンなどの高融点金属や、導電性のセラミックスなどの難素材も、すべて可能です。

3. 素材のひずみが少ない

放電加工は、電極からの放電により非接触で加工するため、素材に加工の圧力がかかることがありません。したがって、素材の変形やひずみが小さいことが特徴です。また、極薄素材も穴加工が可能です。

4. バリ・カエリができない

ドリルによる切削加工は、バリ・カエリを除去する工程が必要ですが、放電加工はバリ・カエリの発生が無く、後処理の必要がありません。

5. 球面・斜面の穴あけが可能

ドリル加工では、球面や斜面に穴あけるのは困難を伴いますが、放電加工では、容易に穴あけが可能で、高精度で加工できます。

細穴放電加工のその他情報

1. 細穴放電加工のデメリット

電極の作成が必要
放電加工は、加工部分に対応する専用の電極を作成する必要があります。また、加工時に放電をして熱で素材を溶かすため、加工物だけではなく、放電加工機側の電極も熱によって少しずつ溶けて消耗します。 消耗品としての電極が必要です。

加工時間が長い
放電加工は、素材を熱で溶かして加工するため、切削加工と比較して、加工時間が長くなります。

2. 電極に使用する材料

放電加工に使用する電極は、様々な材料が使用されます。


コスト面から銅が最も多く使われます。銅は熱伝導に優れ、電気抵抗が小さい特徴があります。熱膨張係数が大きいのはデメリットです。

グラファイト
グラファイトは黒鉛とも呼ばれ、ダイヤモンドや石炭と同じ炭素でできています。グラファイトは耐熱性に優れ、熱膨張係数が銅の1/3程度です。電極作成の効率が高く、硬い対象物の荒加工に多く使われます。

銅タングステン
銅タングステンは、銅とタングステンを混合した素材です。高温に耐え、形状安定性が高い素材です。機械加工性に優れ、加工による消耗が少ないメリットがあり、硬い素材の穴加工に使われます。コストが銅の数十倍と高いのが難点ですが、多くの加工に使用されます。

銀タングステン
銀タングステンは、銀とタングステンを混合した材料です。特に硬い素材の加工に適していますが、銅の100倍近くの価格であり、高精度が必要な場合などに限定されます。