JP2001062632A - Metal machining method and device - Google Patents
Metal machining method and deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、金属を所定形状に
切断加工するための装置および方法に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for cutting a metal into a predetermined shape.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、金属に対して切断・切削加工
を行う場合、アブレーシブウォータージェット加工や、
ワイヤ放電加工が用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, when cutting or cutting metal, abrasive water jet processing,
Wire electrical discharge machining has been used.
【０００３】アブレーシブウォータージェット加工は、
ノズルから高圧噴射されるウォータージェットに研磨材
（アブレーシブ）を混入してなるアブレーシブウォータ
ージェットを被加工物に当てることにより金属を削り、
切断加工するものである。[0003] Abrasive water jet processing is
Abrasive water jet made by mixing abrasive material (abrasive) into water jet sprayed from nozzle at high pressure, cuts metal by applying to the workpiece,
It is to be cut.
【０００４】ワイヤ放電加工は、ワイヤ電極を陰極と
し、陽極としたＸＹステージ上の被加工金属を数値制御
装置によりワイヤ電極に対して相対移動させながら、両
極間に加工液を介した状態でパルス状の放電電力を発生
させて放電痕の累積を進めることによって糸鋸式に被加
工物を切断加工するものである。In wire electric discharge machining, while a metal to be processed on an XY stage having a wire electrode as a cathode and an anode is relatively moved with respect to the wire electrode by a numerical controller, a pulse is applied while a machining fluid is interposed between the both electrodes. In this method, a workpiece is cut in a jigsaw manner by generating discharge power in the form of a circle and accumulating discharge traces.
【０００５】また、ワイヤ放電加工装置と同一の装置構
成で電解加工を行う場合もある。これは、被加工物を陽
極とし、陰極電極と共にアルカリ性電解液中につけて通
電し、加工部分を電解させて生じた陽極酸化膜が電解液
中に溶出して取り除かれることによって切断加工を行う
ものである。[0005] In some cases, electrolytic machining is performed using the same apparatus configuration as the wire electric discharge machining apparatus. In this method, a workpiece is used as an anode, and the workpiece is immersed in an alkaline electrolyte together with a cathode electrode, and a current is applied. The anodic oxide film formed by electrolyzing the processed part is eluted into the electrolyte and removed to perform cutting. It is.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の金属加工方法および加工装置に対して、さら
に装置寿命が長く、加工コスト全体が低減できる金属加
工方法および装置が望まれている。例えば、アブレーシ
ブウォータージェット加工では、ウォータージェットに
研磨材を混入させるにあたり、研磨材のコストやこの使
用後の研磨材の処理、ノズルの寿命が短くなる等の問題
がある。However, there is a demand for a metal processing method and apparatus which can provide a longer apparatus life and reduce the entire processing cost than the conventional metal processing method and processing apparatus as described above. For example, in the abrasive water jet processing, when the abrasive is mixed into the water jet, there are problems such as the cost of the abrasive, the processing of the abrasive after the use, and the shortening of the nozzle life.
【０００７】また、ワイヤ加工装置を用いた放電加工や
電解加工では、電極であるワイヤの消耗を考慮して、ワ
イヤを巻き上げローラで送行させながら加工を行い、巻
き取ったワイヤは使い捨てられている。このような多量
のワイヤの消費はコスト高となり、また、ワイヤ自体が
扱いが難しく、加工中にねじれや断線が生じる可能性も
あり、電流の制限が必要であるなど、作業効率の低下を
招くものであった。Further, in electric discharge machining or electrolytic machining using a wire machining apparatus, in consideration of the consumption of the wire as an electrode, the wire is processed by being fed by a winding roller, and the wound wire is thrown away. . The consumption of such a large amount of wire increases the cost, the wire itself is difficult to handle, and there is a possibility that twisting or disconnection may occur during processing, and a reduction in working efficiency, such as the need to limit current, is caused. Was something.
【０００８】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、研磨
材やワイヤ等の後処理が必要であったり、それ自身ある
いは装置の破損を招いたり、コスト高になるような材料
を必要とせず、効率的な金属加工が行える方法および装
置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to eliminate the need for a post-treatment such as an abrasive or a wire, or the use of a material that may cause damage to the device itself or the apparatus, or increase the cost. Another object of the present invention is to provide a method and apparatus capable of performing efficient metal working.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係る金属加工方法は、導電
性水溶液の線状ジェット流と金属被加工物とを各々電極
とし、ジェット流と被加工物との間の放電により被加工
物の加工対象部分を徐々に表面から除去して加工を行う
ものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a metal working method, wherein a linear jet stream of a conductive aqueous solution and a metal workpiece are used as electrodes, respectively. The processing is performed by gradually removing the processing target portion of the workpiece from the surface by the discharge between the flow and the workpiece.
【００１０】また、請求項２に記載の発明に係る金属加
工方法は、電解液の線状ジェット流と金属被加工物とを
各々電極とし、ジェット流と接する部分の被加工物表面
を電気化学的に分解せしめると共に、分解物をジェット
流で除去して加工を行うものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a metal working method, wherein a linear jet flow of an electrolytic solution and a metal work are used as electrodes, respectively, and the surface of the work in contact with the jet flow is electrochemically formed. In addition to the decomposition, the processing is performed by removing the decomposition product by a jet stream.
【００１１】また、請求項３に記載の発明に係る金属加
工装置は、加工タンク内に支持された金属被加工物に対
して導電性水溶液又は電解液からなる加工液の線状ジェ
ット流を噴射するノズルと、被加工物とノズルとを相対
移動させる駆動機構と、ノズルへ加工液を加圧供給する
加工液供給装置と、ジェット流と被加工物との間に電圧
を印可する加工電源装置とを備えたものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a metal working apparatus for jetting a linear jet stream of a working liquid made of a conductive aqueous solution or an electrolytic solution onto a metal workpiece supported in a working tank. Nozzle, a driving mechanism for relatively moving the workpiece and the nozzle, a machining fluid supply device for supplying a machining fluid to the nozzle under pressure, and a machining power supply device for applying a voltage between the jet stream and the workpiece. It is provided with.
【００１２】本発明の請求項１に記載の金属加工方法に
おいては、導電性水溶液の線状ジェット流を電極として
被加工物に放電加工を行うものである。即ち、ワイヤ放
電加工のワイヤの代わりにジェット流が用いられるもの
である。In the metal working method according to the first aspect of the present invention, electrical discharge machining is performed on a workpiece using a linear jet stream of a conductive aqueous solution as an electrode. That is, a jet stream is used instead of the wire for wire electric discharge machining.
【００１３】従って、本発明の金属加工方法では、断線
したりコストのかかるワイヤを用いることなく、研磨材
を混入しないジェット流を利用するため、線状ジェット
流を形成するためにノズルを用いる場合も、アブレーシ
ブジェット加工のようにノズルへの負担がなくなり、低
コストで効率の良い金属加工が可能となる。Therefore, in the metal working method of the present invention, since a jet stream that does not mix abrasives is used without using a wire that is disconnected or costly, a nozzle is used to form a linear jet stream. In addition, the burden on the nozzle is eliminated as in the case of the abrasive jet processing, and low-cost and efficient metal processing can be performed.
【００１４】また、通常の放電加工では、両極間に集中
放電が発生しないように、加工液を介在させて加工粉や
分解物の蓄積を防いでいるが、本発明の方法によれば、
電極が線状ジェット流で構成されているため、加工粉や
分解物を放電加工と同時にジェット流が排除してしまう
ので、加工液の循環等の手間が省ける。Further, in ordinary electric discharge machining, a machining fluid is interposed to prevent accumulation of machining powder and decomposed products so that concentrated electric discharge is not generated between the two electrodes. However, according to the method of the present invention,
Since the electrodes are constituted by the linear jet flow, the jet flow is eliminated at the same time as the electric discharge machining of the machining powder and the decomposed product, so that the work such as the circulation of the machining fluid can be omitted.
【００１５】さらに、電極である線状ジェット流は、そ
れ自体に加工能力があるので、金属以外の対象物を加工
することができる。従って、金属部材と非金属部材との
複合体であっても加工できるため、本発明による加工可
能な被加工物金属の形態は従来の放電加工方法に比べて
非常に幅の広いものとなる。Further, since the linear jet flow as an electrode has a processing capability by itself, it is possible to process an object other than a metal. Accordingly, since a composite body of a metal member and a non-metal member can be machined, the form of the workable metal according to the present invention is much wider than that of the conventional electric discharge machining method.
【００１６】また、本発明の請求項２に記載の金属加工
方法においては、導電性水溶液の線状ジェット流を電極
として被加工物に電解加工を行うものである。即ち、ワ
イヤ電解加工のワイヤの代わりにジェット流が用いられ
るものである。In the metal working method according to a second aspect of the present invention, the workpiece is subjected to electrolytic processing using a linear jet stream of a conductive aqueous solution as an electrode. That is, a jet stream is used instead of the wire for wire electrolytic processing.
【００１７】従って、本発明の金属加工方法では、断線
したりコストのかかるワイヤを用いることなく、研磨材
を混入しないジェット流を利用するため、線状ジェット
流を形成するためにノズルを用いる場合も、アブレーシ
ブジェット加工のようにノズルへの負担がなくなり、低
コストで効率の良い金属加工が可能となる。Therefore, in the metal working method of the present invention, since a jet stream that does not mix abrasives is used without using a wire that is disconnected or costly, a nozzle is used to form a linear jet stream. In addition, the burden on the nozzle is eliminated as in the case of the abrasive jet processing, and low-cost and efficient metal processing can be performed.
【００１８】また、通常の電解加工では、両極をアルカ
リ性の電解液中につけて通電して電解加工を行うために
多量の電解液が循環させられているが、本発明の方法に
よれば、電極が電解液の線状ジェット流で構成されてい
るため、電極そのものが従来の電解液の働きを持つの
で、別個に電解液を循環させるための手間が省ける。In ordinary electrolytic processing, a large amount of electrolytic solution is circulated in order to carry out electrolytic processing by immersing both electrodes in an alkaline electrolytic solution, and according to the method of the present invention, Is constituted by a linear jet flow of the electrolytic solution, the electrode itself has the function of the conventional electrolytic solution, so that it is not necessary to separately circulate the electrolytic solution.
【００１９】また、従来の電解加工では、電解により発
生する陽極酸化膜をアルカリ等の溶解性電解液に溶出し
て取り除いていたが、本発明においては、ジェット流が
当接して被加工物表面に形成された酸化膜は、ジェット
流の流圧により自ずと取り除かれ流れ去るため、酸化膜
に対して不溶性の電解液であっても、酸化膜は容易に除
去され、被加工物の加工は良好に進行できる。In the conventional electrolytic processing, the anodic oxide film generated by the electrolysis is removed by elution in a soluble electrolyte such as an alkali. However, in the present invention, the jet flow contacts and the surface of the workpiece is removed. The oxide film formed on the substrate is naturally removed and flowed off by the flow pressure of the jet stream, so even if the electrolyte is insoluble in the oxide film, the oxide film is easily removed, and the workpiece is processed well. Can proceed.
【００２０】また、本発明による電解加工においても、
電極である線状ジェット流自体が加工能力をもつため、
金属部材だけでなく非金属部材も加工可能であるため、
本発明による加工可能な被加工物金属の形態は、金属・
非金属複合体を含み、従来の電解加工方法に比べて非常
に幅の広いものとなる。In the electrolytic processing according to the present invention,
Since the linear jet flow itself, which is an electrode, has processing capability,
Because it is possible to process not only metal members but also non-metal members,
The form of the workable metal according to the present invention is a metal
It contains a non-metallic composite and is much wider than conventional electrolytic processing methods.
【００２１】さらに、本発明の請求項３に記載の金属加
工装置においては、加工タンク内に支持された金属被加
工物に対して、駆動機構でノズルを相対移動させなが
ら、加工液供給装置から加圧供給される導電性水溶液又
は電解液からなる加工液の線状ジェット流を噴射するも
のであり、加工電源装置によってジェット流と被加工物
との間に電圧を印可することにより、被加工物を放電加
工あるいは電解加工を行うものである。Further, in the metal working apparatus according to the third aspect of the present invention, while the nozzle is relatively moved by the drive mechanism with respect to the metal work supported in the working tank, the working fluid is supplied from the working fluid supply apparatus. This is to inject a linear jet stream of a working fluid consisting of a conductive aqueous solution or an electrolytic solution supplied under pressure, and to apply a voltage between the jet stream and the workpiece by a machining power supply device to process the workpiece. An object is subjected to electric discharge machining or electrolytic machining.
【００２２】即ち、本発明による加工装置は、放電加工
においては、所定条件において、陽極とした被加工物に
対して陰極とされた導電性水溶液の線状ジェット流をノ
ズルから噴射させながら両極間にパルス電力を加えつ
つ、前記ノズルに対して被加工物を相対移動させること
によって、ジェット流より被加工物にパルス状放電電流
を発生せしめ、相対移動に伴う放電痕の蓄積で被加工物
を所定形状に切断加工することができるものである。That is, in the electric discharge machining, the machining apparatus according to the present invention is configured such that, under predetermined conditions, a linear jet stream of a conductive aqueous solution, which has been used as a cathode, is ejected from a nozzle to a workpiece, which has been used as an anode, between the two electrodes. While applying pulse power to the workpiece, the workpiece is moved relative to the nozzle to generate a pulsed discharge current in the workpiece from the jet flow, and the workpiece is accumulated by accumulating discharge marks due to the relative movement. It can be cut into a predetermined shape.
【００２３】一方、電解加工においては、所定条件にお
いて、陽極とした被加工物に対して陰極とされた電解液
の線状ジェット流をノズルから噴射して当接させながら
両極間に通電し、前記ノズルに対して被加工物を相対移
動させることによって、被加工物のジェット流当接部分
を電解すると共に分解物をジェット流で除去せしめ、相
対移動に伴うこのような電気分解の進行で被加工物を所
定形状に加工することができるものである。On the other hand, in the electrolytic processing, under a predetermined condition, a linear jet flow of an electrolytic solution, which is a cathode, is jetted from a nozzle to a workpiece, which is an anode, and a current is applied between both electrodes while being brought into contact therewith. By relatively moving the workpiece with respect to the nozzle, the portion of the workpiece that is in contact with the jet flow is electrolyzed, and the decomposed product is removed by the jet stream. The workpiece can be processed into a predetermined shape.
【００２４】このように、本発明の金属加工装置では、
従来装置で電極として使われていたワイヤに代わってノ
ズルから噴射される導電性水溶液又は電解液からなる加
工液の線状ジェット流を電極とするため、従来装置のよ
うに研磨材やワイヤを用いるのに起因する装置への負担
や破損、コスト高の問題は解消される。Thus, in the metal working apparatus of the present invention,
In order to use a linear jet stream of a working solution consisting of a conductive aqueous solution or electrolyte solution injected from a nozzle instead of the wire used as an electrode in the conventional device as an electrode, use an abrasive or a wire as in the conventional device Thus, the problem of the burden on the device, the breakage, and the high cost caused by the problem can be solved.
【００２５】なお、本発明の金属加工装置における駆動
機構は、位置固定された被加工物に対してノズルを移動
させる構成であっても、位置固定されたノズルに対して
被加工物を移動させる構成であってもどちらでもかまわ
ない。The driving mechanism in the metal working apparatus of the present invention moves the nozzle with respect to the nozzle whose position is fixed, even if the nozzle is moved with respect to the work whose position is fixed. The configuration may be either.
【００２６】被加工物を移動させる場合には、被加工物
を支持されている加工タンクごと、例えば従来のワイヤ
加工装置と同様にＸＹＺステージ等の駆動装置を用いて
ノズルに対して相対移動させる構成が簡便である。When the workpiece is to be moved, the workpiece is moved relative to the nozzle using a driving device such as an XYZ stage, for example, similarly to a conventional wire processing apparatus, for each processing tank supporting the workpiece. The configuration is simple.
【００２７】特に、両極間の距離は、加工の進行によっ
て増大しようとするため、良好な放電発生あるいは電解
が継続できるように、離れすぎたりすることがないよう
に自動制御によって追尾しながらノズルと被加工物との
位置関係を維持しながら両者の相対移動を行うのが好ま
しい。In particular, since the distance between the two poles tends to increase with the progress of machining, the nozzle and the nozzle are tracked by automatic control so as not to be too far apart so that good discharge can be generated or electrolysis can be continued. It is preferable that the relative movement between the two be performed while maintaining the positional relationship with the workpiece.
【００２８】また、本発明で加工液として用いられる導
電性水溶液あるいは電解液には、ＮａＣｌ，ＮａＨＣＯ
３ ，ＮａＮＯ３ などの電解質成分の水溶液を用いれ
ば、加工液調整も扱いも容易である。The conductive aqueous solution or the electrolytic solution used as the working fluid in the present invention includes NaCl, NaHCO
3 , the use of an aqueous solution of an electrolyte component such as NaNO 3 facilitates preparation and handling of a working fluid.
【００２９】[0029]
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態としての金
属加工装置を図１の概略構成図に示す。本装置は、加工
タンク内に設置された載置台上に金属被加工物を支持固
定し、加工液を噴射するノズルを被加工物に対して相対
移動させるものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a metal working apparatus as one embodiment of the present invention. In this apparatus, a metal workpiece is supported and fixed on a mounting table installed in a processing tank, and a nozzle for jetting a processing liquid is relatively moved with respect to the workpiece.
【００３０】本実施形態による加工装置は、主に、内部
に被加工物１０を支持固定する載置台２を備えた水槽か
らなる加工タンク１と、加工液の線状ジェット流２０を
被加工物に対して噴射するノズル３と、このノズル３へ
加工液をポンプで加圧供給する加工液供給装置４と、ノ
ズル３を支持すると共に被加工物１０に対して相対移動
させるＸＹＺステージ機構５と、被加工物１０とジェッ
ト流２０となる加工液にそれぞれ電圧を印可する加工電
源装置６とを備えている。The processing apparatus according to the present embodiment mainly comprises a processing tank 1 comprising a water tank provided with a mounting table 2 for supporting and fixing a workpiece 10 therein, and a linear jet flow 20 of a processing liquid. A working fluid supply device 4 for supplying a working fluid to the nozzle 3 with a pump under pressure, and an XYZ stage mechanism 5 for supporting the nozzle 3 and moving the working fluid relative to the workpiece 10. And a machining power supply device 6 for applying a voltage to the workpiece 10 and the machining fluid to be the jet stream 20, respectively.
【００３１】従って、加工液に導電性水溶液を用い、加
工液供給装置４から加圧供給されてノズル３から噴射さ
れる線状ジェット流２０および被加工物１０に加工電源
装置６によってそれぞれパルス電圧を印可し、ジェット
流２０を陰極、被加工物１０を陽極としてジェット流２
０から被加工物１０面へパルス放電を発生せしめなが
ら、ＸＹＺステージ機構５によりノズル３を被加工物１
０に対して設計図面に沿った所定進路で相対移動させて
いくと、前記放電により生じた被加工物１０面の放電痕
が累積し、切断加工が進行する。Therefore, using a conductive aqueous solution as the working fluid, the processing power supply device 6 applies pulse voltage to the linear jet stream 20 which is supplied under pressure from the working fluid supply device 4 and is jetted from the nozzle 3 and the workpiece 10. Is applied, and the jet stream 20 is used as a cathode and the workpiece 10 is used as an anode.
The nozzle 3 is moved by the XYZ stage mechanism 5 from the workpiece 1 to the workpiece 1 while generating a pulse discharge from 0 to the workpiece 10 surface.
When the workpiece is relatively moved with respect to 0 along a predetermined course along the design drawing, the discharge marks on the surface of the workpiece 10 generated by the discharge accumulate, and the cutting process proceeds.
【００３２】このとき、両極間に放電により生じた加工
粉、分解物は加工と同時にジェット流２０によって除去
されるため、両極間に堆積して集中放電の発生は回避さ
れ、良好な切断加工が行える。At this time, the machining powder and decomposition products generated by the discharge between the two electrodes are removed by the jet stream 20 at the same time as the processing, so that the generation of the concentrated discharge due to the accumulation between the two electrodes is avoided and a good cutting process is performed. I can do it.
【００３３】また、加工液に電解液を用い、ジェット流
２０を陰極、被加工物１０を陽極として加圧電源装置６
により電圧を印可して両極間に通電することにより、被
加工物１０面のジェット流２０当接部分に電解による酸
化膜を形成せしめると共にこの酸化膜をジェット流２０
で除去しながらノズル３を被加工物１０に対して所定進
路で相対移動させて行くと、電解加工による被加工物１
０の切断加工が進行する。A pressurized power supply 6 is formed by using an electrolytic solution as a working fluid and using the jet stream 20 as a cathode and the workpiece 10 as an anode.
By applying a voltage between the two electrodes and applying a voltage between the two electrodes, an oxide film is formed by electrolysis at a portion where the jet flow 20 is in contact with the surface of the workpiece 10 and the oxide film is formed by the jet flow 20.
When the nozzle 3 is moved relative to the workpiece 10 along a predetermined course while being removed by the
0 cutting process proceeds.
【００３４】上記構成をもつ図１の加工装置において、
厚さ０．１８ｍｍの鋼板，厚さ１ｍｍのアルミニウム
板，厚さ３ｍｍのアルミニウム板の３つの被加工物に対
して、各々加工液として２０ｗｔ％食塩水を用いて放電
切断加工を行った結果を以下に説明する。なお、加工条
件は、各被加工物について、ノズル噴射口径０．３ｍ
ｍ，噴射水圧１ＭＰａ，電圧５００Ｖ，ノズル・被加工
物間距離２ｍｍ，を共通とする。 まず、厚さ０．１８
ｍｍの鋼板を、載置台２の上に固定し、ＸＹＺステージ
機構５による駆動制御でノズル３をその先端が前記鋼板
表面から２ｍｍの距離に来るようＺ方向で移動し位置決
めし、２０ｗｔ％食塩水の加工液を加圧供給して線状ジ
ェット流２０を形成させる。In the processing apparatus of FIG. 1 having the above configuration,
The results of electrical discharge cutting of three workpieces, a steel plate having a thickness of 0.18 mm, an aluminum plate having a thickness of 1 mm, and an aluminum plate having a thickness of 3 mm, each using a 20 wt% saline solution as a working fluid, are shown. This will be described below. The processing conditions are as follows: For each workpiece, the nozzle orifice diameter is 0.3 m.
m, injection water pressure 1 MPa, voltage 500 V, and distance between nozzle and workpiece 2 mm. First, the thickness 0.18
mm is fixed on the mounting table 2, and the nozzle 3 is moved and positioned in the Z direction by driving control of the XYZ stage mechanism 5 so that the tip thereof is at a distance of 2 mm from the surface of the steel plate. Is supplied under pressure to form a linear jet stream 20.
【００３５】ジェット流２０を陰極、鋼板を陽極として
両極に加工電源装置から５００Ｖの電圧を印可しつつ、
ノズル３をＸＹＺステージ機構５の駆動制御によりＸ方
向に移動させ、前記鋼板の被加工開始部位である側端部
に近づけていく。ジェット流２０が前記鋼板の側端部に
接近して放電が発生したら、その放電発生状態が継続す
るように維持しながら、ノズル３を鋼板内側に向かって
移動させて行く。Using a jet stream 20 as a cathode and a steel plate as an anode, a voltage of 500 V is applied to both electrodes from a processing power supply device.
The nozzle 3 is moved in the X direction by the drive control of the XYZ stage mechanism 5 so as to approach the side end portion of the steel plate, which is the processing start position. When the jet stream 20 approaches the side end of the steel sheet and discharge occurs, the nozzle 3 is moved toward the inside of the steel sheet while maintaining the state where the discharge is generated.
【００３６】この放電発生状態の継続を伴うノズル３の
移動によって、鋼板に金属溶融の放電痕による切欠きが
累積し、切断が進行する。この場合、約６ｍｍ／ｍｉｎ
の速度で切断加工が進んだ。また、単位時間あたりの除
去面積としての加工速度は、０．０１４ｍｍ２／ｓ で
あった。By the movement of the nozzle 3 accompanying the continuation of the discharge generation state, notches due to the discharge trace of the metal melting are accumulated in the steel plate, and the cutting proceeds. In this case, about 6 mm / min
Cutting progressed at the speed of. The processing speed as a removal area per unit time was 0.014 mm 2 / s.
【００３７】なお、上記切断加工の際に、カレントトラ
ンス（１Ａ／１Ｖ）およびオシロスコープ７を用いて放
電中の電流値の計測を行った。その結果は、図２の電流
波形図に示すように、４０ｍＡ程度の電流しか流れてい
なかった。これはジェット流の抵抗が大きいためと思わ
れる。At the time of the cutting, the current value during discharge was measured using a current transformer (1 A / 1 V) and the oscilloscope 7. As a result, as shown in the current waveform diagram of FIG. 2, only a current of about 40 mA flowed. This seems to be due to the high resistance of the jet flow.
【００３８】より効率的な切断加工を行うために電流値
の増加を実現するには、導電性水溶液の電解質濃度を上
げる、あるいはより導電率の高い加工液を用いる他に、
電圧を上げたり、ジェット流の流速を上げる等の加工条
件を適宜設定すれば良い。特に、ジェット流の速度を上
げることの効果は、電解液中のイオンの移動速度を上げ
ることで電荷の移動速度の増加、即ち電流値の増加が見
込めるという考えに基づくものである。このジェット流
の流速向上は、加工部位の溶融物の除去もより速やかに
行えるのでさらなる加工効率の向上に寄与すると思われ
る。To realize an increase in the current value for more efficient cutting, in addition to increasing the electrolyte concentration of the conductive aqueous solution or using a processing liquid having a higher conductivity,
Processing conditions such as increasing the voltage or increasing the flow velocity of the jet stream may be set as appropriate. In particular, the effect of increasing the speed of the jet flow is based on the idea that increasing the moving speed of ions in the electrolytic solution can increase the moving speed of charges, that is, increase the current value. It is considered that the improvement of the jet flow velocity contributes to the further improvement of the processing efficiency because the melt at the processing portion can be removed more quickly.
【００３９】次に、上記鋼板の場合と同じ加工条件で厚
さ１ｍｍのアルミニウム板について放電加工を行った。
その結果、加工時間５分でアルミニウム板の側端部に内
側方向への深さ約０．４ｍｍの放電痕が形成された。Next, electrical discharge machining was performed on an aluminum plate having a thickness of 1 mm under the same processing conditions as in the case of the steel plate.
As a result, a discharge mark with a depth of about 0.4 mm was formed inward at the side end of the aluminum plate in a processing time of 5 minutes.
【００４０】さらに、同様の加工条件で厚さ３ｍｍのア
ルミニウム板について放電加工を行った。その結果、加
工時間１０分でアルミニウム板の側端部に内側方向への
深さが表面側で約０．６ｍｍ、裏面側で約０．３ｍｍの
放電痕が形成された。Further, electrical discharge machining was performed on an aluminum plate having a thickness of 3 mm under the same machining conditions. As a result, discharge marks having a depth of about 0.6 mm on the front side and about 0.3 mm on the back side were formed at the side end of the aluminum plate in the processing time of 10 minutes.
【００４１】放電痕は、表面側でだれてしまう傾向にあ
り、このだれは、厚みが大きいほど顕著に現れていた。
しかしながら、以上の結果から、３ｍｍという比較的厚
みの大きい金属板でも、本実施形態による加工装置で切
断加工が可能であることが確認できた。The discharge traces tend to be dripped on the surface side, and the dripping appears more remarkably as the thickness increases.
However, from the above results, it was confirmed that the cutting device according to the present embodiment can cut a metal plate having a relatively large thickness of 3 mm.
【００４２】以上のように、本実施形態による加工装置
では、導電性水溶液のジェット流を電極として放電加工
が行えるので、従来のワイヤ放電加工のように電極が断
線したりよじれたりして扱いが煩雑でコストがかかると
いう問題が発生することなく、また、ノズルの寿命を短
縮するような研磨材を用いることもなく、装置への負担
が小さいと共に、放電によって生じた溶融物をジェット
流で除去しながらの加工という非常に効率的な放電加工
が行える。As described above, in the machining apparatus according to the present embodiment, electric discharge machining can be performed using the jet stream of the conductive aqueous solution as an electrode, so that the electrode is broken or twisted as in the conventional wire electric discharge machining, so that it can be handled. The burden on the apparatus is small, and the melt generated by the discharge is removed by a jet stream without causing the problem of complicated and costly use, and without using an abrasive that shortens the life of the nozzle. Very efficient electric discharge machining, that is, machining while performing.
【００４３】次に、図１に示した加工装置による金属板
の電解加工を行った結果を示す。この電解加工は、厚さ
０．１８ｍｍの鋼板に対して、以下の加工条件で行っ
た。即ち、銅製のノズルを用い、ノズル噴射口径０．３
ｍｍ，噴射水圧１ＭＰａ，電圧１５０Ｖ，ノズル先端・
被加工物間距離１０ｍｍで、電解液として２０ｗｔ％食
塩水を用いて行った。Next, the results of electrolytic processing of a metal plate by the processing apparatus shown in FIG. 1 will be described. This electrolytic processing was performed on a steel plate having a thickness of 0.18 mm under the following processing conditions. That is, using a copper nozzle, the nozzle orifice diameter 0.3
mm, injection water pressure 1MPa, voltage 150V, nozzle tip
The test was performed at a distance of 10 mm between the workpieces and using a 20 wt% saline solution as an electrolytic solution.
【００４４】厚さ０．１８ｍｍの鋼板を、載置台２の上
に固定し、ＸＹＺステージ機構５による駆動制御でノズ
ル３をその先端が前記鋼板表面上の被加工開始部位上に
くるまでＸ方向に移動させ、さらにＺ方向の移動で鋼板
表面から２ｍｍの距離に位置決めする。A steel plate having a thickness of 0.18 mm is fixed on the mounting table 2, and the nozzle 3 is moved in the X direction by the drive control of the XYZ stage mechanism 5 until the tip of the nozzle 3 comes to the processing start position on the surface of the steel plate. , And further moved in the Z direction to a position of 2 mm from the steel sheet surface.
【００４５】そこで、２０ｗｔ％食塩水の加工液を加圧
供給して線状ジェット流２０を形成させると共に、ジェ
ット流２０を陰極、鋼板を陽極として両極に加工電源装
置から１５０Ｖの電圧を印可することにより、電解加工
を開始する。ジェット流２０が当接した鋼板表面部位で
は、電解が生じ、分解物である酸化膜は発生と同時にジ
ェット流で押し流される、鋼板は部分的に切欠かれ除去
される。ここでは鋼板に穿孔状の加工痕を形成せしめ
た。従って、ノズル３をＸＹＺステージ機構５の駆動制
御によりＸ方向に移動させることによって、この鋼板の
電解による穿孔が累積して切断加工が進行する。Therefore, a processing liquid of 20 wt% salt solution is supplied under pressure to form a linear jet flow 20, and a voltage of 150 V is applied to both poles of the jet flow 20 from the processing power supply device using the jet flow 20 as a cathode and a steel plate as an anode. Thus, the electrolytic processing is started. Electrolysis occurs at the surface of the steel sheet contacted by the jet stream 20, and an oxide film, which is a decomposition product, is washed away by the jet stream at the same time as the generation. The steel sheet is partially cut away and removed. Here, perforated processing marks were formed on the steel plate. Therefore, by moving the nozzle 3 in the X direction by the drive control of the XYZ stage mechanism 5, the perforations due to electrolysis of the steel sheet accumulate and the cutting process proceeds.
【００４６】この電解加工における加工速度は、鋼板の
単位時間あたりの除去面積として測定したところ、０．
０１３ｍｍ２／ｓ であった。本電解加工では、放電現
象も観察され、純粋な電解加工であるとは言えないが、
前記放電加工の場合とほぼ一致する加工速度で電解加工
が行えることが明らかとなった。なお、ジェット流２０
を陽極、被加工物を陰極と極性を逆にした場合を試した
ところ、被加工物には何ら変化は生じず、ノズル３の噴
射口内部が電解加工されていた。The processing speed in this electrolytic processing was measured as a removal area per unit time of the steel sheet.
013 mm 2 / s. In this electrolytic machining, a discharge phenomenon was also observed, and it cannot be said that it is pure electrolytic machining,
It has been clarified that electrolytic machining can be performed at a machining speed substantially equal to that of the electric discharge machining. The jet flow 20
When the polarity of the workpiece was reversed from that of the cathode, no change occurred in the workpiece, and the inside of the injection port of the nozzle 3 was electrolytically machined.
【００４７】さらに、前記電解加工条件（ノズル噴射口
径０．３ｍｍ，噴射水圧１ＭＰａ，電圧１５０Ｖ，２０
ｗｔ％食塩水の電解液）において、ノズル３の先端と被
加工物１０との距離変化に対する電流値の変化を測定し
た。距離は、２ｍｍから３２ｍｍまでを２ｍｍ刻みの変
化でそれぞれ電流値を測定した。その結果を図３の線図
に示す。図中、白三角形（△）は理論値であり、黒四角
形（■）は実測値である。Further, the electrolytic processing conditions (nozzle injection port diameter 0.3 mm, injection water pressure 1 MPa, voltage 150 V, 20
The change in the current value with respect to the change in the distance between the tip of the nozzle 3 and the workpiece 10 was measured in an electrolyte solution (wt% saline solution). As for the distance, the current value was measured from 2 mm to 32 mm in steps of 2 mm. The results are shown in the diagram of FIG. In the figure, white triangles (△) are theoretical values, and black squares (■) are measured values.
【００４８】なお、この理論値は、以下の手順で求め
た。まず、一般に、抵抗Ｒ(Ω)は、Ｒ＝Ｋ（Ｌ／Ａ）の
式１（Ｋ：定数(Ω・m)，Ｌ：長さ (m)，Ａ：断面積(m
２ )）で表すことができる。また、オームの法則と前
記式１とを合わせると、電流Ｉ(A) は、Ｉ＝（ＡＥ）／
（ＫＬ）の式（Ｅ：電圧(V) ）で表現できる。The theoretical value was obtained by the following procedure. First, generally, the resistance R (Ω) is expressed by the following equation (1) of R = K (L / A) (K: constant (Ω · m), L: length (m), A: cross-sectional area (m
2 )). Also, when Ohm's law is combined with Equation 1, the current I (A) is I = (AE) /
It can be expressed by the expression (KL) (E: voltage (V)).
【００４９】ここで、ジェット流２０を長さＬ、断面積
Ａの抵抗体と考え、上記実験で得られたノズル先端・被
加工物間距離が２０ｍｍの時に実測された電流値を用い
て定数Ｋを求めた。即ち、Ｋ＝｛7.07(mm２)×150(V)｝
／｛0.35(A) ×20(mm)｝＝151.5(Ω・mm)となる。逆に
このＫ値を用いて求めた電流値が図３に示した理論値で
ある。Here, the jet flow 20 is considered to be a resistor having a length L and a cross-sectional area A, and a constant is determined by using a current value actually measured when the distance between the nozzle tip and the workpiece is 20 mm obtained in the above experiment. K was determined. That is, K = {7.07 (mm 2 ) × 150 (V)}
/{0.35 (A) x 20 (mm)} = 151.5 (Ω · mm). Conversely, the current value obtained using this K value is the theoretical value shown in FIG.
【００５０】図３の結果から明らかなように、抵抗体と
してのジェット流２０の長さ、即ちノズル先端・被加工
物間距離が短いほど電流値が大きくなっており、実測値
と理論値とはほぼ一致していた。As is apparent from the results shown in FIG. 3, the current value increases as the length of the jet stream 20 as a resistor, that is, the distance between the nozzle tip and the workpiece decreases, and the measured value and the theoretical value are different. Were almost identical.
【００５１】さらに、加工条件をノズル噴射口径０．３
ｍｍ，電圧１５０Ｖ，ノズル先端・被加工物間距離１０
ｍｍ，２０ｗｔ％食塩水の電解液を用いて、噴射水圧を
１ＭＰａ，２ＰＭａ，３ｐＭａと変化させて前記鋼板に
電解加工を行った。各水圧条件における電流値を測定し
たところ、差は見られなかった。しかし、穿孔状の加工
痕を観察してみると、水圧が高くなるに従って孔の径は
大きくなっていた。これは、水圧を上げるに従ってジェ
ット流が広がって、被加工物表面上での電解液当接面積
が大きくなったためであると考えられる。また、加工深
さについて焦点深度法で測定したところ、深さはいずれ
もほぼ同じであったが、除去体積としては水圧が高いほ
ど増加している。Further, the processing conditions were set to a nozzle orifice diameter of 0.3.
mm, voltage 150V, distance between nozzle tip and workpiece 10
The steel sheet was subjected to electrolytic processing while changing the injection water pressure to 1 MPa, 2 PMa, and 3 pMa using an electrolytic solution of 20 mm wt. When the current value was measured under each water pressure condition, no difference was observed. However, when observing perforated processing marks, the diameter of the holes increased as the water pressure increased. This is considered to be because the jet flow spread as the water pressure was increased, and the electrolyte contact area on the workpiece surface was increased. When the working depth was measured by the depth of focus method, the depths were almost the same in all cases, but the removal volume increased as the water pressure increased.
【００５２】以上の結果から、本実施形態の加工装置に
よる電解加工では、ノズル噴射口径だけでなく、ノズル
先端・被加工物間距離や、噴射水圧の調整によって、微
細加工から高速加工まで、幅広い加工種類を選択できる
可能性が明らかとなった。From the above results, in the electrolytic processing by the processing apparatus of the present embodiment, not only the nozzle orifice diameter but also the distance between the nozzle tip and the workpiece and the injection water pressure are adjusted to cover a wide range from fine processing to high-speed processing. It became clear that the processing type could be selected.
【００５３】なお、以上の実施形態では、ノズルを位置
固定された被加工物に対して移動させる構成を持つ加工
装置について示したが、もちろん、ノズルの方を位置固
定し、被加工物をノズルに対して移動させる構成として
も良い。In the above-described embodiment, the processing apparatus having a configuration in which the nozzle is moved with respect to the workpiece whose position is fixed has been described. However, it is needless to say that the nozzle is fixed in position and the workpiece is It is good also as a structure moved to.
【００５４】このような構成の加工装置としては、例え
ば、図４の概略構成図に示すような従来のワイヤ放電加
工装置に用いられている駆動系を利用したものが簡便で
ある。即ち、被加工物１０を内に支持する加工タンク１
１をＸＹＺステージ機構１５上に載置し、ステージ機構
１５を制御装置１７からサーボモータＭを介して駆動制
御することにより、加工タンク１１ごとタンク内の載置
台１２上に固定された被加工物１０をノズル１３に対し
て移動させるものである。As a machining apparatus having such a configuration, for example, an apparatus utilizing a drive system used in a conventional wire electric discharge machine as shown in a schematic configuration diagram of FIG. 4 is simple. That is, the processing tank 1 for supporting the workpiece 10 therein.
1 is mounted on the XYZ stage mechanism 15, and the stage mechanism 15 is drive-controlled by the control device 17 via the servomotor M, so that the work piece fixed together with the processing tank 11 on the mounting table 12 in the tank. 10 is moved with respect to the nozzle 13.
【００５５】本装置では、ノズル１３へ加工液をポンプ
で加圧供給するための加工液供給装置１４だけでなく、
加工タンク１１内に溜る噴射後の加工液の回収部も設け
た。これによって、タンク１１内に噴射後加工液が溢れ
て加工作業を中断させることなく、溜った加工液を適宜
排出できるため、連続加工が行える。In this apparatus, not only the working fluid supply device 14 for supplying the working fluid to the nozzle 13 under pressure by a pump, but also
A collecting section for the processing liquid after the injection accumulated in the processing tank 11 is also provided. Accordingly, the accumulated processing liquid can be appropriately discharged without interrupting the processing operation by overflowing the processing liquid after the injection into the tank 11, thereby performing continuous processing.
【００５６】以上のように、本実施形態による加工装置
では、電解液のジェット流を電極として電解加工が行え
るので、従来のワイヤ加工のように電極が断線したりよ
じれたりして扱いが煩雑でコストがかかるという問題が
発生することなく、また、ノズルの寿命を短縮するよう
な研磨材を用いることもなく、装置への負担が小さいと
共に、電解によって生じた酸化膜ををジェット流で除去
しながらの加工という非常に効率的な電解加工が行え
る。As described above, in the processing apparatus according to the present embodiment, since the electrolytic processing can be performed using the jet stream of the electrolytic solution as an electrode, the electrode is disconnected or twisted as in the conventional wire processing, and handling is complicated. This eliminates the problem of high cost, does not use abrasives that shorten the life of the nozzle, reduces the load on the device, and removes oxide films generated by electrolysis with a jet stream. A very efficient electrolytic processing can be performed.
【００５７】なお、以上の実施の形態においては、２０
ｗｔ％の食塩水を加工液として用いた場合を示したが、
本発明における放電加工方法あるいは電解加工方法で
は、これに限定されるものではなく、加工液として用い
られる導電性水溶液または電解液の種類および濃度は、
被加工物の種類、厚さを考慮して最も好ましいものを適
宜選択するものである。また、電圧やジェット流の流速
等の加工条件も、被加工物に応じて適宜最適な条件に設
定すれば良い。In the above embodiment, 20
The case where wt% saline was used as the working fluid was shown.
In the electric discharge machining method or the electrolytic machining method according to the present invention, the type and concentration of the conductive aqueous solution or the electrolytic solution used as the working fluid are not limited thereto.
The most preferable one is appropriately selected in consideration of the type and thickness of the workpiece. Processing conditions such as a voltage and a flow rate of a jet flow may be appropriately set to optimal conditions according to a workpiece.
【００５８】[0058]
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明による放電
加工方法によれば、電極やノズルなど、装置への負担も
なく、また分解物も容易に除去でき、低コストで効率的
な金属加工が行えるという効果がある。As described above, according to the electric discharge machining method of the present invention, there is no burden on the apparatus such as electrodes and nozzles, and decomposition products can be easily removed. There is an effect that can be done.
【００５９】また、本発明による電解加工方法によれ
ば、電極やノズルなど、装置への負担もなく、また分解
物も容易に除去でき、低コストで効率的な金属加工が行
えるという効果がある。Further, according to the electrolytic processing method of the present invention, there is an effect that there is no burden on an apparatus such as an electrode and a nozzle, and that a decomposed product can be easily removed, and metal processing can be performed efficiently at low cost. .
【００６０】さらに、本発明の金属加工装置では、導電
性水溶液あるいは電解液からなる加工液のジェット流を
電極として用い、分解物の除去を行いながら金属の放電
加工あるいは電解加工を効率よく低コストで行うことが
できる。Further, in the metal working apparatus according to the present invention, a jet flow of a working liquid composed of a conductive aqueous solution or an electrolytic solution is used as an electrode to efficiently perform metal electric discharge machining or electrolytic machining at a low cost while removing decomposition products. Can be done with
【図１】本発明の一実施の形態による金属加工装置の概
略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a metal working apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示した装置を用いて鋼板に放電加工を行
った際に放電中の電流値を測定した結果を示す電流波形
図である。2 is a current waveform diagram showing a result of measuring a current value during electric discharge when electric discharge machining is performed on a steel sheet using the apparatus shown in FIG.
【図３】図１に示した装置を用いて鋼板に電解加工を行
った際に、ノズル先端・被加工物間距離の変化に対する
電流値の変化を示した線図（縦軸：電流値（Ａ），横
軸：ノズル先端・被加工物間距離（ｍｍ））である。FIG. 3 is a diagram showing a change in current value with respect to a change in the distance between a nozzle tip and a workpiece when electrolytic processing is performed on a steel sheet using the apparatus shown in FIG. 1 (vertical axis: current value ( A), horizontal axis: distance between nozzle tip and workpiece (mm)).
【図４】本発明の他の実施の形態による金属加工装置の
概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a metal working apparatus according to another embodiment of the present invention.
１，１１：加工タンク ２，１２：載置台 ３，１３：ノズル ４，１４：加工液供給装置 ５，１５：ＸＹＺステージ機構 ６，１６：加工電源装置 ７：オシロスコープ １７：制御装置 １８：加工液回収部 Ｍ：サーボモータ １０：被加工物 ２０：ジェット流 1, 11: processing tank 2, 12: mounting table 3, 13: nozzle 4, 14: processing liquid supply device 5, 15: XYZ stage mechanism 6, 16: processing power supply device 7: oscilloscope 17: control device 18: processing liquid Collection unit M: Servo motor 10: Workpiece 20: Jet flow
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 毛利 尚武 愛知県名古屋市天白区久方２丁目12番地１ 豊田工業大学内 (72)発明者 古谷 克司 愛知県名古屋市天白区久方２丁目12番地１ 豊田工業大学内 (72)発明者 安藤 直人 愛知県名古屋市天白区久方２丁目12番地１ 豊田工業大学内 (72)発明者 村椿 良司 富山県魚津市本江2410 株式会社スギノマ シン内 (72)発明者 西田 信雄 富山県魚津市本江2410 株式会社スギノマ シン内 (72)発明者 中川 泰伸 富山県魚津市本江2410 株式会社スギノマ シン内 Ｆターム(参考） 3C059 AA01 AA02 AB03 EA02 ED01 JA04 JA05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Naotake Mohri 2-12-1, Kugata, Tenpaku-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture Inside Toyota Institute of Technology (72) Inventor Katsushi Furuya 2--12, Kugata, Tempaku-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture 1 Inside the Toyota Institute of Technology (72) Inventor Naoto Ando 2-12-12 Hisagata, Tenpaku-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture Inside the Toyota Institute of Technology (72) Inventor Ryoji Muratsubaki 2410 Motoe, Uozu City, Toyama Prefecture Shingin Suginoma Co., Ltd. (72 ) Inventor Nobuo Nishida 2410 Motoe, Uozu-shi, Toyama Pref. (72) Inventor Yasunobu Nakagawa 2410 Motoe, Uozu-shi, Toyama Pref.
Claims (3)
加工物とを各々電極とし、ジェット流と被加工物との間
の放電により被加工物の加工対象部分を徐々に表面から
除去して加工を行うことを特徴とする金属加工方法。A linear jet stream of a conductive aqueous solution and a metal workpiece are used as electrodes, respectively, and a portion to be machined of the workpiece is gradually removed from the surface by electric discharge between the jet stream and the workpiece. A metal working method characterized by carrying out working.
とを各々電極とし、ジェット流と接する部分の被加工物
表面を電気化学的に分解せしめると共に、分解物をジェ
ット流で除去して加工を行うことを特徴とする金属加工
方法。2. A method according to claim 1, wherein the linear jet stream of the electrolytic solution and the metal workpiece are used as electrodes, respectively, and the surface of the workpiece in contact with the jet stream is electrochemically decomposed, and the decomposed product is removed by the jet stream. A metal working method characterized by carrying out working.
に対して導電性水溶液又は電解液からなる加工液の線状
ジェット流を噴射するノズルと、被加工物とノズルとを
相対移動させる駆動機構と、ノズルへ加工液を加圧供給
する加工液供給装置と、ジェット流と被加工物との間に
電圧を印可する加工電源装置とを備えたことを特徴とす
る金属加工装置。3. A nozzle for injecting a linear jet stream of a working liquid composed of a conductive aqueous solution or an electrolytic solution onto a metal workpiece supported in a processing tank, and a relative movement between the nozzle and the workpiece. A metal working apparatus comprising: a driving mechanism; a working fluid supply device that pressurizes a working fluid to a nozzle; and a working power supply device that applies a voltage between the jet stream and the workpiece.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23682599A JP2001062632A (en) | 1999-08-24 | 1999-08-24 | Metal machining method and device |
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|---|---|---|---|
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ID=17006351
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|---|---|
| JP (1) | JP2001062632A (en) |
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