形彫り放電加工
火花が、形のついた電極を、止まり穴の空洞に写し取る
形彫り放電加工(EDM:放電加工、ダイシンキングやラム EDM とも呼ばれる)は、小さな電気火花で金属に形のある空洞を焼き込む加工です。空洞のネガ(空洞でくぼむ場所が出っ張る形)に成形した黒鉛や銅の電極が、鋼に一度も触れることなく、鋼の中へ沈んでいきます。キャップ、スマートフォンのケース、自動車の内装トリムなど、多くのプラスチック部品用の金型の、深いリブや鋭い内側の角は、この方法でできています。
しくみ
電極を成形する。 黒鉛または銅の電極を、空洞とまったく逆のネガの形にフライス加工します。放電ギャップの余裕を残すため、少し小さめにつくります。
ワークを浸す。 鋼のブロックは、絶縁油(電気を通さない液体)を満たしたタンクの中のテーブルに置かれます。油は、火花が生じるまで電流を遮り、金属を冷やし、加工くずを運び去ります。
隙間を詰める。 サーボ(常に自分の位置を補正するモーター)が、わずかな隙間(通常は数百分の 1 ミリ)だけを残して、電極を下ろします。両者が触れ合うことはありません。
放電する。 パルス発生器が、短い電圧パルスを撃ちます。1 回ごとに油が絶縁破壊を起こし、およそ 8,000〜12,000 °C の火花が、微小なクレーターを溶かして蒸発させます。
洗い流して前進する。 パルスの合間に、油が加工くずをギャップから洗い流します。サーボはギャップを一定に保ち、電極は毎秒数千回の火花とともに、さらに深く沈んでいきます。
穏やかに仕上げる。 機械はより弱い火花に切り替えます。多くは新しい仕上げ用の電極と、小さな軌道運動を使います。小さな火花は小さなクレーターを残し、最終的な寸法と質感が得られます。
主なポイント
- 材料
- 電気を通すあらゆる材料:焼入れした工具鋼、炭化タングステン、チタン、ニッケル合金、銅。プラスチック、ガラス、ほとんどのセラミックスは不可
- 代表的な部品
- 金型とダイの空洞、深くて狭いリブとスロット、鋭い内側の角、焼入れした部品の止まりキー溝や内六角
- 部品サイズ
- 1 mm 未満の形状から、約 1 m 角の金型ブロックの空洞まで
- 精度
- 通常は約 ±0.01 mm。慎重に仕上げれば数ミクロン(1,000 分の数ミリ)
- 表面仕上げ
- つや消しで、細かいクレーターがある。粗さ Ra(表面の凹凸の平均の高さ)は、荒加工で約 10 µm、仕上げで約 0.2 µm
- 向いているロット数
- 1 点ものと工具(金型はすべて固有のもの)。小さな精密部品の中ロット
- 金型・設備コスト
- 機械はおよそ 10 万〜50 万ドル。形ごとに専用の電極が 1 つ。荒加工用と仕上げ用に複数になることも多い
- 速度
- 遅い:通常、毎分 2〜400 mm³ の金属を除去する。金型の空洞は、数時間から数日かかることも多い
強みと限界
強み
- 焼入れ鋼や超硬も、軟らかい金属と同じように切れる
- 切削力がないので、薄いリブや細かいディテールも残る
- 鋭い内側の角と、ほぼどんな形の深い止まりの空洞もつくれる
- 機械から出たままで、均一で再現性のある質感
限界
- 電気を通す材料にしか使えない
- 遅い:深い空洞では数時間から数日
- 形ごとに専用の電極が必要で、電極は消耗する
- 薄い再凝固層(再び固まった、脆い表皮)が残り、研磨が必要になることがある
使われる場所
- プラスチックの射出成形金型キャップ、ハウジング、コネクタ、自動車の内装部品の空洞
- ダイカストと鍛造アルミ製ハウジングや鍛造の手工具のための、焼入れしたダイ
- 航空宇宙ニッケル合金のタービンブレードの、形のついた冷却穴
- エレクトロニクス小さなコネクタ部品のための金型とプレス金型
- 工具室高価な部品に残った、折れたタップやドリルの除去
見分け方
- 小さな重なり合うクレーターでできた、均一でつや消しの「すりガラス」のような表面。一方向に走る工具痕はありません。
- 回転するカッターでは届かない、鋭い内側の角と、深くて狭いリブ。
- 成形されたプラスチック部品に見られる、均一で細かい粒状のつや消しの質感は、放電加工した型に由来することが多い(VDI 3400 のテクスチャ等級で評価)。
- 工場では:部品の精密な「ネガ」のように見える、暗い灰色の黒鉛電極。
比較
動画を見る
Practical Machinist · 放電加工の基本的な物理を、初心者向けに
temmy candra wijaya · 電極、ギャップ、火花のアニメーション
Defiance Machine · 油の中で空洞を焼き込んでいく、実際の機械
Sodick Inc. · 無人運転のための、自動電極交換
実写真を見る
- Wikipedia:Electrical discharge machining — 原理図、形彫りとワイヤ放電加工の機械
- Wikimedia Commons の写真検索
覚えておこう
- 形彫り放電加工は、油の中の小さな火花で、形のついた電極を、どれほど硬くても、電気を通す金属に写し取ります。
- 遅く、専用の電極が必要ですが、金型、ダイ、そのほかでは作れない形のためには、元が取れます。
- 鋭い内側の角と、均一でつや消しのクレーター状の表面を探してください。
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