EDM加工、放電加工、研削加工

ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING (EDM), also referred to as SPARK-EROSION or ELECTRODISCHARGE MACHINING, SPARK ERODING, DIE SINKING_cc781905-5cde-3194-bb3b -136bad5cf58d_or WIRE EROSION, is a NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING process where erosion of metals takes place and desired shape is obtained using electrical discharges in the form火花の。また、いくつかの種類の EDM も提供しています。つまり、 NO-WEAR EDM、WIRE EDM (WEDM)、EDM GRINDING (EDG)、型彫り EDM、放電加工、マイクロ EDM、m-EDM_cc781905 です。 -5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d_and ELECTROCHEMICAL-DISCHARGE GRINDING (ECDG)。当社の EDM システムは、成形ツール/電極と、DC 電源に接続され、電気的に非導電性の誘電性流体に挿入されたワークピースで構成されています。 1940 年以降、放電加工は製造業で最も重要かつ一般的な生産技術の 1 つになりました。

 

2つの電極間の距離が短くなると、電極間の体積の電界強度が誘電体の強度よりも大きくなり、誘電体が破壊され、最終的に2つの電極間に電流が流れるブリッジが形成されます。強力な電気アークが発生し、ワークピースの一部と工具材料の一部をかなりの熱で溶かします。その結果、両方の電極から材料が除去されます。同時に、誘電性流体が急速に加熱され、アーク ギャップ内の流体が蒸発します。電流の流れが止まるか、または停止すると、周囲の誘電性流体によって気泡から熱が取り除かれ、気泡はキャビテーション (崩壊) します。気泡の崩壊と誘電性流体の流れによって生じる衝撃波は、ワークピース表面から破片を洗い流し、溶融したワークピース材料を誘電性流体に取り込みます。これらの放電の繰り返し率は 50 ～ 500 kHz、電圧は 50 ～ 380 V、電流は 0.1 ～ 500 アンペアです。鉱油、灯油、蒸留水および脱イオン水などの新しい液体誘電体は、通常、固体粒子を (破片の形で) 運び去り、電極間容積に運ばれ、誘電体の絶縁特性が復元されます。電流が流れた後、2 つの電極間の電位差が破壊前の状態に戻るため、新しい液体絶縁破壊が発生する可能性があります。当社の最新の放電加工機 (EDM) は、数値制御された動きを提供し、誘電性流体用のポンプとフィルタリング システムを備えています。

 

放電加工 (EDM) は、主に硬質金属や従来の技術では加工が非常に困難な金属に使用される加工方法です。 EDM は通常、導電体であるあらゆる材料で機能しますが、EDM を使用して絶縁セラミックを機械加工する方法も提案されています。融点と融解潜熱は、放電ごとに除去される金属の量を決定する特性です。これらの値が高いほど、材料の除去速度が遅くなります。放電加工プロセスには機械的エネルギーが含まれないため、ワークピースの硬度、強度、靭性は除去率に影響しません。放電周波数または放電あたりのエネルギー、電圧および電流を変化させて、材料の除去率を制御します。材料除去率と表面粗さは、電流密度の増加とスパーク周波数の減少に伴い増加します。軟化および再硬化のための熱処理を必要とせずに、EDM を使用してプリハードン鋼の複雑な輪郭または空洞を切断できます。この方法は、チタン、ハステロイ、コバール、インコネルなどの金属または金属合金で使用できます。 EDM プロセスのアプリケーションには、多結晶ダイヤモンド ツールの成形が含まれます。 EDM は、電解加工 (ECM)、ウォーター ジェット切断 (WJ、AWJ)、レーザー切断などのプロセスとともに、非伝統的または非従来型の機械加工方法と見なされます。一方、従来の機械加工方法には、旋削、フライス削り、研削、穴あけ、および材料除去メカニズムが本質的に機械力に基づく他のプロセスが含まれます。放電加工 (EDM) 用の電極は、グラファイト、真鍮、銅、および銅 - タングステン合金でできています。電極径0.1mmまで対応可能です。工具の摩耗は EDM の寸法精度に悪影響を与える望ましくない現象であるため、極性を反転させ、銅製の工具を使用して工具の摩耗を最小限に抑えることにより、 NO-WEAR EDM と呼ばれるプロセスを利用しています。

 

理想的に言えば、放電加工 (EDM) は、電極間の誘電性液体の一連の分解と回復と見なすことができます。しかし実際には、電極間領域からの破片の除去は、ほとんど常に部分的です。これにより、電極間領域の誘電体の電気特性が公称値とは異なり、時間とともに変化します。電極間距離 (スパーク ギャップ) は、使用する特定のマシンの制御アルゴリズムによって調整されます。 EDM のスパーク ギャップは、残念ながら破片によって短絡することがあります。電極の制御システムは、2 つの電極 (ツールとワークピース) の短絡を防ぐのに十分な速さで反応しない場合があります。この不要な短絡は、理想的なケースとは異なり、材料の除去に寄与します。誘電体の絶縁特性を回復するためにフラッシング動作を最重要視し、電流が常に電極間領域のポイントで発生するようにし、それによってツール電極の望ましくない形状変化 (損傷) の可能性を最小限に抑えます。そして工作物。特定の形状を得るために、EDM ツールは、ワークピースに触れることなく、ワークピースに非常に近い目的のパスに沿って誘導されます。使用中のモーション コントロールのパフォーマンスには細心の注意を払っています。このようにして、多数の電流放電/火花が発生し、それぞれがツールとワークピースの両方からの材料の除去に寄与し、そこで小さなクレーターが形成されます。クレーターのサイズは、当面の特定のジョブに設定された技術パラメーターの関数であり、寸法はナノスケール (マイクロ EDM 操作の場合など) から荒加工条件で数百マイクロメートルの範囲になる場合があります。ツールのこれらの小さなクレーターは、「ツールの摩耗」と呼ばれる電極の段階的な浸食を引き起こします。ワークピースの形状に対する摩耗の有害な影響を相殺するために、加工作業中にツール電極を継続的に交換します。場合によっては、電極として継続的に交換されるワイヤを使用してこれを実現します (この EDM プロセスは、 WIRE EDM  とも呼ばれます)。時々、工具電極を使用して、実際に機械加工プロセスに関与するのはごく一部であり、この部分は定期的に交換されます。これは、例えば、ツール電極として回転ディスクを使用する場合です。このプロセスは、 EDM GRINDING と呼ばれます。私たちが展開するさらに別の技術は、摩耗を補うために、同じ EDM 操作中にサイズと形状が異なる一連の電極を使用することで構成されます。これを複数電極技術と呼び、ツール電極が目的の形状を負に複製し、通常は垂直方向 (つまり、z 軸) の単一方向に沿ってブランクに向かって前進する場合に最も一般的に使用されます。これは、ワークピースが浸されている誘電性液体へのツールのシンクに似ているため、 DIE-SINKING EDM (_cc781905-5cde- 3194-bb3b-136bad5cf58d_CONVENTIONAL EDM or RAM EDM)。この操作のマシンは、 SINKER EDM と呼ばれます。このタイプの EDM の電極は複雑な形状をしています。通常は単純な形状の電極をいくつかの方向に沿って動かし、回転させることで最終的なジオメトリを取得する場合、これを EDM MILLING と呼びます。摩耗量は、操作に使用される技術パラメータ (極性、最大電流、開回路電圧) に厳密に依存します。たとえば、in micro-EDM (別名 m-EDM) では、これらのパラメータは通常、深刻な摩耗を引き起こす値に設定されています。そのため、蓄積されたノウハウを使用して最小化する領域での摩耗は大きな問題です。たとえば、グラファイト電極の摩耗を最小限に抑えるために、ミリ秒以内に制御可能なデジタル発生器は、電食が起こると極性を反転させます。これは、浸食されたグラファイトを電極に連続的に堆積させる電気めっきと同様の効果をもたらします。別の方法、いわゆる「ゼロ ウェア」回路では、放電の開始と停止の頻度を最小限に抑え、可能な限り長時間放電を維持します。放電加工における材料除去率は、次のように見積もることができます。

 

MRR = 4 x 10 exp(4) x I x Tw exp (-1.23)

 

ここで、MRR の単位は mm3/min、I の単位はアンペア、Tw はワークピースの融点 (K-273.15K) です。 exp は指数を表します。

 

一方、電極の消耗率 Wt は、

 

重量 = ( 1.1 x 10exp(11) ) x I x Ttexp(-2.38)

 

ここで、Wt は mm3/min で、Tt は K-273.15K での電極材料の融点です。

 

最後に、ワークピースと電極 R の摩耗率は、次の式から取得できます。

 

R = 2.25 x Trex(-2.38)

 

ここで、Tr はワークピースと電極の融点の比です。

 

 

 

シンカー EDM :

 

 CAVITY TYPE EDM or VOLUME EDM とも呼ばれるシンカー EDM は、絶縁液に浸された電極とワークピースで構成されています。電極とワークピースは電源に接続されています。電源は、両者の間に電位を生成します。電極がワークピースに近づくと、流体内で絶縁破壊が発生し、プラズマ チャネルが形成され、小さなスパーク ジャンプが発生します。電極間スペースの異なる場所が、そのようなすべての場所で同時にスパークを発生させることを可能にする同一の局所電気特性を有する可能性は非常に低いため、通常、スパークは一度に 1 つずつ発生します。これらのスパークは、電極とワークピースの間のランダムなポイントで毎秒何十万回も発生します。ベースメタルが侵食され、その後スパークギャップが増加すると、プロセスが中断されることなく継続できるように、CNC マシンによって電極が自動的に下げられます。当社の装置には、「オン時間」と「オフ時間」として知られる制御サイクルがあります。オン時間設定は、スパークの長さまたは持続時間を決定します。オン時間が長くなると、そのスパークとそのサイクルの後続のすべてのスパークに対してより深いキャビティが生成され、ワークピースの仕上げが粗くなり、その逆も同様です。オフ時間は、1 つの火花が別の火花に置き換わる期間です。オフ時間が長くなると、誘電性流体がノズルを介して洗い流され、侵食された破片が一掃され、それによって短絡が回避されます。これらの設定はマイクロ秒単位で調整されます。

 

 

 

ワイヤー EDM :

 

In WIRE ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING (WEDM), also called WIRE-CUT EDM or WIRE CUTTING, we feed a誘電性流体のタンクに沈められた工作物を通る真鍮の細い一本鎖金属ワイヤ。ワイヤー EDM は、EDM の重要なバリエーションです。ワイヤーカット EDM を使用して、300mm もの厚さのプレートを切断したり、他の製造方法では機械加工が困難な硬質金属からパンチ、ツール、ダイを作成したりします。帯鋸での輪郭切断に似た工程で、スプールから常時繰り出されるワイヤーを上下のダイヤモンドガイドで挟み込みます。 CNC 制御のガイドは x-y 平面内で移動し、上部ガイドも z-u-v 軸内で独立して移動できるため、テーパー形状や遷移形状 (底部の円、底部の四角形など) を切断することができます。トップ）。上部ガイドは、x–y–u–v–i–j–k–l– の軸の動きを制御できます。これにより、WEDM は非常に複雑で繊細な形状を切断できます。最高の経済的コストと加工時間を実現する当社の装置の平均切削カーフは、Ø 0.25 の真鍮、銅、またはタングステン ワイヤを使用して 0.335 mm です。ただし、当社の CNC 装置の上下のダイヤモンド ガイドは約 0.004 mm の精度であり、Ø 0.02 mm のワイヤを使用すると、切断パスまたはカーフを 0.021 mm まで小さくすることができます。そのため、非常に狭いカットが可能です。切断幅はワイヤの幅よりも大きくなります。これは、ワイヤの側面からワークピースにスパークが発生し、侵食が発生するためです。この「オーバーカット」は必要であり、多くのアプリケーションでは予測可能であり、したがって補正することができます (マイクロ EDM では、これはあまり当てはまりません)。ワイヤ スプールは長く、0.25 mm ワイヤの 8 kg スプールの長さは 19 km 強です。ワイヤの直径は 20 マイクロメートルまで小さくすることができ、ジオメトリの精度は +/- 1 マイクロメートル程度です。ワイヤーは比較的安価であるため、通常は一度だけ使用し、リサイクルします。 0.15 ～ 9 m/min の一定速度で移動し、切断中は一定のカーフ (スロット) が維持されます。ワイヤーカット EDM プロセスでは、誘電性流体として水を使用し、その抵抗率やその他の電気的特性をフィルターと脱イオン装置で制御します。水は、切削屑を切削ゾーンから洗い流します。フラッシングは、特定の材料厚さの最大送り速度を決定する上で重要な要素であるため、一定に保っています。ワイヤ EDM の切断速度は、単位時間あたりに切断される断面積で表されます。たとえば、厚さ 50mm の D2 工具鋼では 18,000 mm2/hr です。この場合の直線切断速度は 18,000/50 = 360mm/hr になります ワイヤ EDM の材料除去速度は次のとおりです。

 

MRR = Vf xhxb

 

ここで、MRR の単位は mm3/min、Vf はワークピースへのワイヤの送り速度 (mm/min)、h は厚さまたは高さ (mm)、b はカーフです。

 

b = dw + 2s

 

ここで、dw はワイヤの直径、s はワイヤとワークピースの間のギャップ (mm) です。

 

当社の最新の多軸 EDM ワイヤ切断マシニング センターには、より厳しい公差に加えて、2 つの部品を同時に切断するためのマルチ ヘッド、ワイヤ切断を防止するための制御、ワイヤ切断の場合の自動セルフ スレッド機能、プログラムされた機能などの機能が追加されています。操作、直線および角度切断機能を最適化するための加工戦略。

 

ワイヤ EDM は、材料の除去に高い切削力を必要としないため、残留応力が低くなります。パルスあたりのエネルギー/電力が比較的低い場合 (仕上げ作業など)、残留応力が低いため、材料の機械的特性の変化はほとんどないと予想されます。

 

 

 

放電研削 (EDG) : 研削砥石には研磨剤が含まれておらず、グラファイトまたは真鍮で作られています。回転するホイールと工作物の間で繰り返される火花により、工作物の表面から材料が除去されます。材料除去率は次のとおりです。

 

MRR = K×I

 

ここで、MRR の単位は mm3/min、I は電流の単位はアンペア、K はワークの材料係数 (mm3/A-min) です。部品に細いスリットを入れるために、放電研削を頻繁に使用します。 EDG (Electrical-Discharge Grinding) プロセスを ECG (Electrical Chemical Grinding) プロセスと組み合わせることもあります。このプロセスでは、グラファイト ホイールからの放電が酸化膜を破壊し、電解液によって洗い流されて、化学作用によって材料が除去されます。このプロセスは、 ELECTROCHEMICAL-DISCHARGE GRINDING (ECDG) と呼ばれます。 ECDG プロセスは比較的多くの電力を消費しますが、EDG よりも高速なプロセスです。当社では主にこの技術を用いて超硬工具を研削しています。

 

 

 

放電加工の用途:

 

原型制作：

 

EDM プロセスは、金型製造、工具および金型の製造、特に生産量が比較的少ない航空宇宙、自動車、電子産業向けのプロトタイプおよび生産部品の製造に使用されます。シンカー EDM では、グラファイト、銅タングステン、または純銅の電極が希望の (ネガ) 形状に機械加工され、垂直ラムの端でワークピースに供給されます。

 

硬貨の金型製作:

 

硬貨 (スタンピング) プロセスによってジュエリーやバッジを製造するための金型を作成する場合、ポジティブ マスターはスターリング シルバーで作成できます。得られたネガ ダイは硬化され、ドロップ ハンマーで使用され、青銅、銀、または低強度の金合金のカットアウト シート ブランクから打ち抜かれたフラットが生成されます。バッジの場合、これらの平面は、別の金型によって曲面にさらに成形される場合があります。このタイプの EDM は、通常、油性誘電体に浸して実行されます。完成品は、ハード（ガラス）またはソフト（塗料）エナメルおよび/または純金またはニッケルで電気メッキすることによってさらに洗練される場合があります。シルバーなどの柔らかい素材には、洗練された手彫りが施される場合があります。

 

小さな穴の掘削:

 

当社のワイヤーカット EDM マシンでは、小穴ドリル EDM を使用してワークピースに貫通穴を作成し、ワイヤーカット EDM 操作のためにワイヤーを通すことができます。小さな穴あけ専用の個別の EDM ヘッドが当社のワイヤー カット マシンに取り付けられているため、必要に応じて事前に穴あけを行うことなく、大きな硬化プレートを腐食して仕上げることができます。また、ジェット エンジンで使用されるタービン ブレードのエッジに穴の列をドリル加工するために、小穴 EDM を使用します。これらの小さな穴を通るガスの流れにより、エンジンは他の方法よりも高い温度を使用できます。これらのブレードが作られている高温で非常に硬い単結晶合金は、高アスペクト比のこれらの穴の従来の機械加工を非常に困難にし、不可能にさえします。小穴 EDM の他の応用分野は、燃料システム コンポーネント用の微細なオリフィスを作成することです。統合された EDM ヘッドに加えて、X-Y 軸を備えたスタンドアロンの小穴ドリル EDM マシンを配置して、止まり穴または貫通穴を加工します。 EDMドリルは、フラッシング剤および誘電体として電極を流れる蒸留水または脱イオン水の一定の流れでチャック内で回転する長い真鍮または銅のチューブ電極で穴を開けます。一部の小穴ドリル EDM は、100 mm の軟鋼または硬化鋼に 10 秒未満で穴を開けることができます。この穴あけ操作では、0.3 mm ～ 6.1 mm の穴をあけることができます。

 

金属崩壊加工：

 

また、工作物から壊れたツール (ドリル ビットまたはタップ) を除去するという特定の目的のために、特別な EDM マシンも用意しています。このプロセスは「金属崩壊加工」と呼ばれます。

 

 

 

利点と欠点 放電加工:

 

EDM の利点には、次の機械加工が含まれます。

 

- 従来の切削工具では作成が困難な複雑な形状

 

- 非常に厳しい公差に非常に硬い材料

 

- 従来の切削工具が過度の切削工具圧力によって部品を損傷する可能性がある非常に小さな加工物。

 

・工具とワークが直接接触しません。そのため、デリケートな部分や弱い素材でも歪みなく加工できます。

 

・良好な表面仕上げが得られます。

 

・非常に細かい穴も簡単に開けられます。

 

 

 

EDM の欠点は次のとおりです。

 

- 材料の除去速度が遅い。

 

- ラム/シンカー EDM 用の電極を作成するために使用される追加の時間とコスト。

 

・電極の消耗によりワークのシャープコーナーの再現が困難。

 

・消費電力が大きい。

 

- ''オーバーカット'' が形成されます。

 

- 加工中に過度の工具摩耗が発生します。

 

- 非導電性材料は、プロセスの特定のセットアップでのみ機械加工できます。