放電加工機とは?種類と構造、基礎知識を解説します

2023-11-20

金属を切ったり削ったりする場合、対象となる金属よりも硬い素材を用いる必要があります。

木の棒を使っても金属は傷つけられませんが、ダイヤモンドをこすりつけると簡単に傷がついてしまうのは、ダイヤモンドが金属よりも硬いからに他なりません。

切削加工機に超硬加工が施されているのも、ウォータージェットで高圧ポンプを使用するのも、すべて金属よりも硬い状態を作り出すため。ただ、加工する素材が硬くなっていけばいくほど、対応が難しくなっていくのは言うまでもありません。

今回紹介する「放電加工機」は、そんな硬度の高い金属を加工するのに用いられる加工機。

金属加工機の一種で、放電の技術を活用することで、高硬度な金属を高精度に加工することができます。

切削加工機では対応できない素材でも簡単に思い通りの形状に加工することができる放電加工機の仕組みや技術、種類や構造などを詳しく紹介していきます。

放電加工機とは

放電加工機とは、アーク放電によって生じる熱で加工物を溶かして加工する機械のこと。地球上で最も硬い物質、「ダイヤモンド」と比較すると、鉄の硬さは半分程度です。そのため、鉄の加工に使うドリルには、鉄よりも硬く加工された素材を使用しています。

しかし、中には、ダイヤモンドに近い硬さを持つ超硬合金のようなものも存在します。超硬合金の加工は硬度が高すぎるため、切削加工機での加工が困難です。

一方、金属を溶かして加工する放電加工機なら、1000分の1mmという高い精度で加工することが可能です。

参考:放電加工(EDM)の基礎知識(原理、メリット・デメリット、電極)

放電加工機の種類

金属加工機にさまざまな種類があるように、電気のエネルギーを活用して超硬合金を加工できる放電加工機にも、さまざまな種類があります。中でも多く用いられているのが下記の5種類。それぞれに違った特徴を持っているので、簡単にご紹介します。

●形彫り放電加工機

●ワイヤ放電加工機

●細穴放電加工機

●NC放電加工機

●小型放電加工機

形彫り放電加工機

形彫り放電加工機は、木に彫刻刀で版画を彫るように、超硬合金を決まった形状に削っていくことに特化した機械です。主に鉄などを流し込んで形を作る「型枠」の製造に使われています。型枠づくりに特化していることから「転写する加工法」とも呼ばれています。

加工したい金属に電極を押し付けることで、短時間に放電、溶解、爆発などを繰り返し、金属を目的の形状に変化させます。

ワイヤ放電加工機

細いワイヤー状の電極を用いることで、糸ノコで金属を切断するように超硬合金を分断していく放電加工機です。

鉄を溶かすほどの熱を生み出す放電加工は、対象の金属を削る際にワイヤー自体も消耗します。そのため、ワイヤーを巻き取り、常に新しいワイヤーから金属に放電を続ける仕組みになっています。

ワイヤーの直径は0.1mmほどで、銅やタングステン、グラファイトなどが使用されます。ちなみに、ワイヤーは種類によってコストだけでなく、強度や効率も変化します。

他にも、放電エネルギーや加工スピード、加工液の種類によって表面の粗さが変化します。そのため、電極にどんな素材を使い、どれくらいのエネルギーで、どれくらいのスピードで加工していくかが仕上がり面の美しさにも影響します。

<ワイヤーカットの表面粗さ(例)>

通称 カット 仕上げ面粗さ
1stカット 15μm~18μm
中粗 2ndカット 10μm~13μm
仕上げ 3rdカット 3μm~5μm
鏡面 4thカット 1μm~2μm

細穴放電加工機

棒状もしくは、パイプ状の銅や真鍮などを使用し、対象となる金属に電極を近付けて放電する細穴加工機は、従来の機械では実現できないような細い穴を開けることができる加工機です。最小直径は0.1mm以下で、メーカーによっては0.02mmという微細な穴をあけることができる機械も開発されています。

しかも、その精度は高く、切削加工機ではドリルが滑ってしまうような斜面でも、求める深さや大きさの穴あけが可能です。

NC放電加工機

一般的に工作機械にロボットの動作を取り入れ、物体をX軸・Y軸・Z軸で数値制御しながら加工していく機械のことをNC装置と呼びます。この制御は放電加工機でも取り入れられていて、NC放電加工機と呼ばれています。

形彫り放電加工機の場合、目的の加工を実現させるため、事前に工具電極を加工しておく必要がありました。一方「NC形彫り放電加工機」は、物体に対し、加工機が自ら移動して放電加工を行うため、数値制御をしておくことでより精度の高い加工が可能となります。

小型放電加工機

重量約4~5kg。手に持って運ぶことができるコンパクトサイズの放電加工機です。

機械も加工物も完全固定されているわけではないので、0.1mmの精度が求められるような細かい調整はできませんが、どこでも簡単に持ち運びできる利便性があります。

一般的には、放電加工ではなく、超音波振動が使われている、いわゆる「超音波カッター」を指すケースが多いです。

放電加工機の構造

放電加工機は、大きく分けると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、さらに、加工中に加工液を供給する加工液供給装置の3つに分かれています。

放電加工機本体

加工機には、金属を加工する電極があり、セットされた噴射ノズルから加工液を噴射しながら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。

加工槽に送られる加工液は液面調整装置などで管理され、加工液供給装置と連携をとりながら液量を一定に保っています。

加工制御装置

加工制御装置はNC工作機械に無くてはならない機能。加工機を人体で例えるなら、制御装置は脳の部分にあたります。加工プログラムにデータを入力することによって、まった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。

加工制御装置があることで、大量生産の技術が飛躍的にアップしているのは言うまでもありません。

加工液供給装置

放電加工において重要な役割を担っているのが加工液。

切削加工であれば、液体を吹きかけなければ切削機が止まってしまい、うまく加工ができなくなってしまいます。しかし、放電加工はドリルを使用しないため、一見するとそれほど必要ないようにも思えます。

放電は絶縁状態の気体や液体に電気が流れる現象のことを言います。

そのため、加工液は絶縁体として機能し、なおかつ放電が発生した際に加工を手助けする役割を担っています。主に水が使用されますが、場合によって油が使用されるケースも増えています。

ただし、油を使用する場合、熱によって引火したり、臭気や肌荒れなどの被害があったりしたため、現在では加工性を維持しつつ、引火しにくく人体への影響が少ない加工液が求められるようになっています。

放電加工機は、高電圧の電気による感電や、高温の素材に成分の油が引火する危険性などがあるため、仕組みをきちんと理解した上で作業に臨むことが重要です。

 

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