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放電加工

研磨以外にも、金属に表面仕上げ加工をする方法があるのをご存知でしょうか。こちらでは、放電加工について、特徴やメリット・デメリット、加工の種類、加工に適した対象物の素材、そして研磨加工との違いなどについて、わかりやすくまとめています。

放電加工とは

放電加工では、ワークと電極の間、つまり金属同士の間に連続的に放電をすることで、断続的な火花を生じさせていきます。1秒間あたり、およそ1000回~10万回の火花が発生しており、その温度は6000°Cにも達します。

ちなみに、放電は加工液の中でおこなわれます。放電の影響でワークは高温になるため、溶解していくのですが、そのことにより、加工液が沸騰します。そして、沸騰すると、小さな規模ですが、水蒸気爆発が発生します。ワーク一部がその爆発によって吹き飛ばされるため、不必要な部分を取り除くことができるのです。

参照元:METAL SPEED
(https://www.metal-speed.com/onepoint/about-electric-discharge-machining/)

放電加工のメリット

加工の精度を上げることができる

一般的な切削加工などと比較すると、放電加工なら、かなり高精度な加工をすることが可能です。ワークを、より正確な寸法に仕上げられるわけです。また、細かい形状であっても、問題なく加工できます。

ワークに応じた準備などの手間をはぶくことができる

加工が難しいワークであっても、それほどの手間をかけずに加工をおこなうことが可能です。砥石ではなく電気エネルギーを使用して加工するため、たとえば、とても硬いワークの場合にも、特別な切削工具などを準備する必要がないのです。

放電加工においては、熱の影響でワークが変形することはほとんどありません。というのは、加工液がワークを冷却し続けているからです。ですから、放電加工は、変形の心配をせずに加工することができる手間のかからない方法であるといえます。

ワークへの負担を抑えることができる

ワークに直接接触することなく、放電によって溶解した後、彫りすすめていく加工方法なので、応力が発生しません。そのため、加工をほどこすことによるワークへの負担がとても小さいです。

放電加工のデメリット

加工するのに時間がかかる

放電を幾度も繰り返しておこなうことで、徐々にワークを溶かしていく作業が必要です。そのため、手間はそれほどかからない一方、作業時間は長くなります。製品を一度に大量生産したい場合には、放電加工はおすすめの加工方法であるとはいえないでしょう。

加工できるのは導電性がある素材のみ

電気を通さないワークの場合には、放電加工をするのは不可能です。硬い素材にはとても強い加工方法ですが、通電性のない素材に対しては、どうすることもできません。

電極に摩耗が生じる

放電加工をおこなうときに火花が発生しますが、その火花が、電極を徐々に溶かしていってしまいます。特に、角部が一定以上摩耗してしまうと、型彫り放電加工の場合、ワークを思い通りの形状に仕上げることは難しくなります。電極が摩耗してきたら、サブ電極などに取り換えるなどしてから作業を続行する必要があります。

放電加工の種類

ワイヤ放電加工と型彫り放電加工について、それぞれの特徴や加工方法などを見ていきましょう。

ワイヤ放電加工

ワイヤ放電加工では、ワイヤで、ワークを目的の形になるよう切り抜いていく方法がとられます。ワイヤ放電加工をおこなう場合には、一般的にNC放電加工機を使用するケースが多いようです。NC放電加工機とは、数値制御でX軸とY軸に動かして、固定されたワークを目的の形に仕上げていくことができる加工機です。

電極として使用するワイヤ線は、真鍮製です。直径はおよそ0.02~0.35mmで、そこから放電する火花を使って、金属のワークに加工をほどこしていきます。そのため、一般的な切削などでは加工するのが非常に難しい硬度の高い金属のワークやとても細長い形状のワークなどであっても、問題なく加工できるのが特徴です。

また、途切れることなく冷却されつづけているため、ワークが熱で変形するリスクも少なく、そのため充分な厚みがないワークであっても、加工が可能です。ただ、加工に時間がかかるという欠点があるため、製品を大量生産したい場合などには、適しているとは言い難いでしょう。

参照元:METAL SPEED
(https://www.metal-speed.com/onepoint/about-electric-discharge-machining/)

型彫り放電加工

加工形状を反転させた形状の電極を放電させ、ワークを掘っていくのが型彫り放電加工による加工方法です。ワイヤ電極の貫通が不要であるため、幅ひろいタイプの形状の転写をすることができます。上述のワイヤ放電加工の場合と同様、NC放電加工機を使用しておこなうのが一般的です。

型彫り放電加工では「仕上げたいワークの形状に合う電極」を使って加工していきます。ここが、ワイヤ放電加工との違いです。ただ、形状に合うように専用の電極を作成する必要があるため、トータルの作業時間はどうしても長くなります。

また、電極が消耗してしまっている状態では、ワークを思い通りの形状に仕上げるのはかなり難しくなります。ですから、高精度の仕上がりを実現するためには、作業をスタートする前に、あらかじめ複数の電極を交換用に準備しておくことが大切です。

放電加工に適した素材

通電するものであれば、高硬度の金属であっても加工は容易です。モリデブンやチタン、インコネルなどといった硬い難削材なども、問題なく加工可能です。

放電加工の用途

高い頻度で使われているものを、安定的かつ効率よく生産するための金型の製造や、あるいは、もっと身近なアイテム・科学・医療などの幅広い分野で、大活躍している加工方法です。モールド金型やプレス金型、模型航空機の部品、新素材、半導体ほか、多岐にわたります。

放電加工と電解加工の違い

放電によって発生させた熱を使って、ワークを溶解・除去していくのが放電加工です。一方、電解加工の場合には、放電と電解液によって起こる化学分解を使って、加工をおこなっていきます。

ワイヤ放電加工機で鏡面加工

鏡面加工をおこなう際にワイヤ放電加工機を使う場合は、加工条件が重要ポイントとなります。通常であれば、2回~6回程度の加工で済みますが、鏡面加工だと、7回~10回程度の加工が必要になります。そうしなければ、鏡面加工レベルの面粗さを実現することが難しいためです。

また、使用する予定のワイヤ放電加工機に、面粗さをよりよくするための「オプション電源」が搭載されているかどうかも、あらかじめ確認しておきましょう。

型彫り放電加工機で鏡面加工

鏡面加工をするのに形彫放電加工機を使用する場合は、電極が重要なポイントとなります。仕上げたいワークの形状に適した高精度の電極でなければ、思い通りにワークを仕上げることは難しいです。

使用する型彫り放電加工機の搭載電源の状態なども大切ではありますが、ワークの仕上がりに強く影響する電極がしっかりと作成されているかどうかについても、しっかりと確認しておくようにしましょう。

参照元:放電加工機お役立ちナビ
(https://edm-expertnavi.com/560/)

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※ISO9001認定を取得、公式サイト上に研磨事例が掲載されている会社の中から、対応領域の種類が多い3社を選定(2021年6月調査時点)
※情報参照元:三陽工業(https://sanyou-ind.co.jp/company/)、大堀研磨工業所(http://www.ohorikenma.co.jp/quality.html)、東京ステンレス研磨興業(http://www.tskenma.com/company/history.php

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