放電加工機とは
放電加工機とは、アーク放電によって発生する熱で加工物を溶かして加工する工作機械のことです。加工物が電気を通す材質であれば、硬さに関係なく加工できる特徴を有し、主に金属加工に使用されます。
放電加工は、液体中の電極と加工物との間で放電させて熱により加工物を溶かし、溶けた部分を液体で冷やして飛散させる方法です。高硬度材の加工で、切削加工では刃が立たない場合でも、精密な形状に加工ができます。
放電加工機の使用用途
従来の加工法では加工が困難なものが、放電加工で可能になります。まず高硬度材料の加工用途があります。六角穴、キー溝及び角出し加工は、刃物にとらわれません。
ねじ加工では、加工を忘れて焼き入れをしてしまった場合などに、放電加工でねじを後加工します。また放電加工は、ドリル加工では不可能な細径深穴加工に使われます。
斜め穴も容易に加工可能です。人工欠陥と言って、微細な欠陥がある試験片を放電加工によって作ります。その他の事例として、精度の高い微細ギアの加工は、放電加工が適しています。細いワイヤーを用いたワイヤー放電加工は、インボリュートラインをきれいに仕上げ、中心部の穴を真円にします。
放電加工の原理
放電加工は、加工物を絶縁性の高い加工液の中に浸し、1秒間に1,000～10万回の放電を繰り返して加工します。電極と加工物を数十ミクロンの距離に保ちながら放電すると、金属は数千℃に達して溶融が始まります。
溶融した金属は加工液によって急激に冷やされ、気化爆発して加工面から吹き飛ばされます。そして加工液中で冷却されながら小さな粒となって飛散することで、加工物の表面が削られるのが放電加工の原理です。
放電加工機の種類
放電加工機は、次の3種類が実用されています。
1. 型彫放電加工機
型彫放電加工機は、放電によって電極の形状を加工物に転写する工作機械です。銅やグラファイトなどの電極を加工したい形の反転した形状に加工し、加工物に近づけると放電が始まり、電極と逆の形状に加工されます。電極のNC制御により、3次元の複雑な加工ができます。樹脂成形用の型などの加工によく使われます。
2. ワイヤー放電加工機
ワイヤー放電加工機は、直径0.05mmから0.3mm程度の非常に細いワイヤーを電極として用いて放電加工を行う機械です。黄銅のワイヤーがよく使われており、数値制御(NC)によってワイヤーを走行させて被加工物を求める形状に切断していきます。WEDMとも呼ばれます。
ワイヤー放電加工機の特徴は、電極の加工が不要なことと、非常に細いワイヤーを使って切断するため材料のロスが少ないことです。貫通させない底付きの形状の加工は不可能です。プレス加工用の金型などの加工に使用されます。
3. 細穴放電加工機
加工液の中で、棒状やパイプ状の電極を用いて、ワークを溶融・除去しながら非常に細い穴を開ける機械です。直径0.1mm以下の細い穴加工が可能です。電極と加工物とは非接触で加工されます。金型のエア抜き穴や精密ノズルなどの加工に使用されます。
放電加工機の構成
放電加工機の構成は、金属を加工する加工機と、それをコントロールする制御装置、及び加工液を供給する加工液供給装置の3つです。
1. 放電加工機本体
加工機には金属を加工する電極があり、噴射ノズルから加工液を噴射しながら加工物の金属に電極を押し当てるようにして加工していきます。さらに、放電加工が行われる部分に適量の加工液を満たしておく必要があるため、周辺を囲むように加工槽が設けられています。液面調整装置が付属しています。
2. 加工制御装置
加工制御装置はNC工作機械に必須の機能です。加工プログラムにデータを入力することによって、全く同じ加工製品を高い精度で作り続けることが可能になります。
3. 加工液供給装置
放電は絶縁状態の気体や液体に電気が流れる現象であり、加工液は絶縁体として機能します。水や油を主成分としたものが使われます。放電加工を補助する重要なもので、冷却や加工くずを除去する役割もあります。
放電加工機のその他情報
放電加工機の特徴
放電加工機の最大の特徴は、非常に硬い材料でも簡単に加工できることです。それに加えて、数ミクロン単位での精密な加工と複雑な形状の加工が可能です。
放電加工は、電極と加工物とが物理的に接触せずに加工する非接触方式なので、加工物の変形による精度不良が起きにくい特徴があります。薄い板でも容易に加工できます。
切削加工では通常バリが出ますが、放電加工ではバリが発生せず、バリ取り工程が不要です。また、刃物を使用しないので、内側の角が正確に加工できます。さらに、幅が0.1mm以下の深溝や穴の加工もできます。
放電加工にも弱点があります。放電加工は少しずつ溶かしながら加工するので、加工スピードが遅いことです。電極などの消耗品も多く必要で、大量生産には不向きと言えます。
参考文献
https://www.sodick.co.jp/st/tech/principle.html
https://morpha.co.jp/tech/edm/
https://jp.misumi-ec.com/tech-info/categories/machine_design/md11/c1342.html