放電加工（EDM）は、工具電極とワーク電極の間に発生するパルス放電によって瞬間的に発生する極めて高温によって金属を侵食し、部品を成形する方法です。
この図は放電加工装置の原理を示しています。パルスジェネレータの2つの極は、それぞれ工具電極とワークピースに接続されています。2つの極が加工液中で接近すると、ギャップ間の電圧によって加工液が分解され、火花放電が発生します。この放電により、放電チャネル内で瞬時に大量の熱が発生し、非常に高い温度（10,000℃以上）に達します。この高熱により、部品や工具表面のごく一部が溶融、あるいは蒸発し、微小なクレーターを残す浸食が発生します。
この放電加工が何度も繰り返されることにより、部品の表面は無数の微細なクレーターで覆われます。電極は連続的に下方に送り込まれ、工具電極の輪郭がワークピース上にほぼ転写され、部品の加工が完了します。
EDMマシンのコンポーネント
EDM マシンは、パルス電源、自動送り制御システム、マシン本体 (主要構造)、および加工液の循環および濾過システムで構成されています。
パルス電源
パルス電源の役割は、標準の50Hz交流電力を高周波パルス電力に変換することです。この電力は工具電極とワークピースに印加され、放電に必要なエネルギーを提供します。図に示すパルス発生器は基本型で、抵抗器（R）とコンデンサ（C）で構成されています。直流電源（E）は抵抗器（R）を介してコンデンサ（C）を充電します。コンデンサの両端の電圧が上昇すると、特定の限界に達し、工具電極（カソード）とワークピース（アノード）間のギャップが破壊され、火花放電が発生します。火花放電中、コンデンサは蓄積されたエネルギーを放出し、電極間の電圧が急激に低下し、作動流体は絶縁特性を取り戻します。その後、電源はすぐにコンデンサの再充電を開始します。このサイクルが継続的に繰り返され、1秒間に数千から数十のパルス放電が発生します。
EDMではパルス放電を使用する必要があります。各放電間のパルス間隔中、電極間の液体媒体は絶縁状態を回復するのに十分な時間が必要です。これは、次のパルスがギャップを破壊し、比較的近い別の場所で放電するために不可欠です。これにより、同じ場所での継続的な放電を防ぎ、安定した電気アークを形成します。安定した電気アークは長くなりすぎて、より深い溶融層を形成し、溶接または切断しか行えなくなり、寸法加工に必要な精度と滑らかな仕上がりを実現できなくなります。
EDM プロセスでは、ワークとツール電極の両方が侵食されます。ただし、侵食の速度は、陽極 (プラス端子に接続) と陰極 (マイナス端子に接続) で異なります。この現象は「極効果」と呼ばれます。ツール電極の摩耗を減らし、加工精度と生産効率を向上させるには、常に極効果を最大化することが望まれます。つまり、部品は可能な限り速く侵食し、ツールは可能な限りゆっくりと侵食する必要があります。したがって、EDM には DC パルス電源が必要です。AC パルス電源を使用すると、ワークとツールの極性が常に変化するため、全体の極効果はゼロになります。極効果は通常、パルス幅、電極材料、単一パルスのエネルギーなどの要因に関連しており、これらの要因が総合的に、特定のジョブに最適な極性の選択を決定します。
自動給餌制御システム
自動送り制御システムは、工具電極の送り速度を調整して、工具とワークピース間の必要な放電ギャップを維持し、パルス放電プロセスが正しく動作することを保証します。
機械本体
機械本体は、工具電極とワークピースをクランプ、固定、移動させるために使用される機械装置です。
作動流体循環・濾過システム
作動液循環・濾過システムは、加圧された状態で工具電極とワークピース間の隙間に清浄な作動液を流し込みます。これにより、侵食された粒子が速やかに除去され、その後、作動液は濾過されて継続的に再利用されます。現在、最も一般的な作動液は灯油またはマシン油です。
EDM機には様々な製品があり、加工方法に基づいて主に2つのタイプに分類できます。
- シンカー放電加工（形彫り放電加工）：この機械は、特殊な形状の工具電極を用いて、部品の対応する形状を加工します。シンカー放電加工は、特定の誘電体媒体内で工具電極とワークピース電極間のパルス放電による電食作用を利用する製造プロセスです。工具電極は通常、電解銅またはグラファイトで形成された成形電極で、任意の形状に加工できます。ワークピースに加工された形状が、対応する負のキャビティです。
- ワイヤ放電加工（ワイヤカット放電加工）：この機械は、ワイヤ電極を用いて部品に2次元のプロファイル形状を加工します。ワイヤ放電加工（WEDM）とも呼ばれるこの機械は、連続的に移動する細い金属ワイヤ（ワイヤ電極）を用いて、パルス放電によって金属を除去し、ワークピースを成形するという基本原理に基づいています。
- このプロセスは一般的に低速ワイヤ放電加工と高速ワイヤ放電加工に分類されます。通常、直径0.1mmから0.3mmのワイヤ電極を用いて、パンチ部品やダイキャビティなどの貫通孔ルールド表面部品を加工します。
ワイヤ放電加工（EDM）は、連続的に移動する金属ワイヤ（工具電極）とワークピース間のパルス放電によって生じる電気侵食を利用して部品を切断します。ワイヤカットに使用される電極ワイヤは非常に細く（通常、直径0.04mm～0.25mm）、モリブデン、タングステン、または銅で作られています。この加工法は、±0.005mmという極めて狭い公差と、3.2μm～1.6μmの表面粗さ（Ra）という高い精度を実現できます。精密で狭く複雑なキャビティの加工が可能で、金型や成形工具の製造に使用されます。
この図はワイヤ放電加工装置を示しています。ワイヤスプールは回転方向を交互に切り替えることでワイヤを送り出します。パルス電源から加工エネルギーが供給され、連続的に移動するワイヤとワークピースの間に放電が発生します。ワークピースを保持するCNCワークテーブルは、X軸とY軸に沿って独立して移動することができ、これらを組み合わせることで様々な動作経路を作成し、部品を所望の形状に加工します。
シンカー放電加工と比較して、ワイヤ放電加工は専用の工具電極を必要としません。さらに、電極として機能する金属ワイヤは加工中常に動いているため、摩耗がほとんど発生しません。同じ部品を加工する場合、ワイヤ放電加工は標準的なシンカー放電加工よりも切削する材料の総量が少なく、生産効率が大幅に向上すると同時に、機械の稼働電力も低減できます。
EDMの特徴と用途
EDMは、材料の強度、硬度、靭性、融点に関わらず、電気伝導性に優れた金属材料の加工に適しています。そのため、耐熱鋼、焼入れ鋼、超硬合金など、従来の加工では加工が難しい材料の加工にも効果的な方法です。
加工中、工具とワークは直接接触しないため、切削抵抗は発生しません。そのため、工具電極には純銅やグラファイトなどの軟質材料を使用できます。また、薄肉部品、小穴、狭い溝の加工も、工具やワークの剛性が加工に過大な影響を与えることなく、容易に行うことができます。さらに、複雑な形状のキャビティや三次元曲面をワンステップで加工できるため、加工面積が広くなりすぎて切削抵抗が過剰になる心配もありません。
放電加工サービス電圧、電流、周波数、パルス幅などの調整された電気パラメータのセットは、加工仕様と呼ばれます。これらの仕様は、異なる加工ニーズに合わせて、粗加工と仕上げ加工の2種類に分けられます。加工仕様の選択は、部品に求められる寸法精度と表面粗さに密接に関連しています。一般的に、仕上げ加工仕様を用いた穴あけ加工の寸法誤差は0.05mm程度、キャビティ加工では約0.1mm程度で、表面粗さ（Ra）は3.2μmから0.8μmの範囲です。EDMは、以下を含む非常に幅広い用途に使用されています。
- 打ち抜きダイス、伸線ダイス、紡糸口金などの各種穴の加工。
- 鍛造金型、ダイカスト金型、プラスチック金型などの3次元曲面キャビティを加工します。
- 銘板やタグの切断、切断、表面強化、彫刻、マーキングを行います。
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