JP2007050487A - 導電性材料から成るワークを切断する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤ放電加工とウォータジェット加工の複合によって導電性材料から成るワークに貫通穴を短縮された加工時間で精密に形成する方法を提供する。
【解決手段】導電性材料から成るワーク２０を要求寸法２６の形状へ切断する方法。荒加工であるファーストカットで、上面から底面へ向かって広がる傾斜面２４を有する貫通穴２２をワーク２０中に切断する。仕上げ加工であるセカンドカットで、貫通穴２２を要求寸法２６へ仕上げる。ファーストカットはウォータジェット加工によって、セカンドカットはワイヤ放電加工によって行われる。切断片２８は傾斜面２４によって貫通穴２２から円滑に落下できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属やグラファイトのような導電性材料から成るワークを切断する方法に関し、特に、ウォータジェット加工がワイヤ放電加工に複合された切断方法に関する。

ワイヤ放電加工は、導電性材料から成るワークを、数μｍ以下の形状精度、数μｍＲｚ以下の面粗さで複雑な形状に加工できる。工具は、φ０．１ｍｍ〜φ０．３ｍｍの黄銅のワイヤ電極である。垂直に張架されたワイヤ電極は、導電性のワークとの間に微小な加工間隙を形成するよう位置決めされる。ワイヤ電極をワークに接触させず加工間隙に放電を発生させることによってワークは精密に加工される。したがって、ワークは、超硬合金のような難切削材であってもよい。

金型や精密部品を加工する際、多くの場合、ワイヤ放電加工はいくつかのステップに分けて行われる。第１のステップで、大きな電気エネルギによっておおよそ要求寸法の形状がワーク中に荒く切断される。第１のステップにおける荒加工はファーストカットと呼ばれる。加工速度を上げるためには、加工間隙により大きな電気エネルギを供給することが必要である。しかしながら、電気エネルギは、ワイヤ電極を溶断させてしまわない程度に制限される。現在、加工速度は、φ０．３ｍｍの亜鉛鍍金された特殊黄銅ワイヤ電極を使用した場合に、２５０ｍｍ２／ｍｉｎ〜５５０ｍｍ２／ｍｉｎ程度である。その後に続く複数のステップで、電気エネルギは段階的に小さくされる。こうして、要求寸法の形状が高精度にワーク中に切断され、切断面が所望の粗さに仕上げられる。このような複数のステップは、総称してセカンドカットと呼ばれる。

出願人は、特願２００４−３０２９７６において、ファーストカットをウォータジェット加工によって行い加工時間を短縮することを提案した。ウォータジェット加工では、超高圧水がノズルへ供給され、ウォータジェットがノズルからワークの表面へ向けて噴射される。ウォータジェットは、種々の材料、例えば、紙、ガラス、木材、金属、プラスチック、コンクリート、セラミック及びウェーハの切断、孔開け及び研削に利用されている。切断能力を高めるため、ガーネットやアルミナ等の砥粒が超高圧水に添加される。砥粒を含むウォータジェットは、ワイヤ放電加工の１０倍近い加工速度で、鋼製のワークを切断できるようになってきている。ワークがグラファイト材の場合、１００００ｍｍ２／ｍｉｎ程度の加工速度が可能である。

ワイヤ放電加工とウォータジェット加工を一つの工場内で使用できる環境は知られている。特許文献１は、中央にワーク移動ステーションが設けられ、その周囲にワイヤ放電加工ステーション、形彫放電加工ステーション、レーザ加工ステーション、放電被覆加工ステーション及びウォータジェット加工ステーションが配置されたＦＭＳを開示している。特許文献２に示される工場では、ワイヤ放電加工装置、レーザ加工装置及びウォータジェット加工装置が並べて設置され、ワークがパレットを使って移動させられる。

特開昭６２−１２０９６０号公報（第３頁） 特許第２９２８３２３号公報（第３頁）

そのような公知の環境は、ワイヤ放電加工におけるファーストカットをウォータジェット加工によって置き換えるために用意されたものではなかった。本発明は、ワイヤ放電加工とウォータジェット加工の複合によって導電性材料から成るワークに貫通穴を短縮された加工時間で精密に形成する方法を提供することを目的とする。その他の本発明によって得られる利点は、追って詳細に説明される。

本発明により導電性材料から成るワークを要求寸法の形状へ切断する方法は、
ウォータジェット加工によって上面から底面へ向かって広がる傾斜面を有する貫通穴をワーク中に切断するステップと、
切断片が貫通穴から除去されたことを確認するステップと、
ワイヤ放電加工によって貫通穴を要求寸法へ仕上げるステップを含む。

好ましくは、本発明の方法は切断片を落下させるステップを含む。
さらに、好ましくは、傾斜面の角度はワークの厚さが５０ｍｍ以上のとき少なくとも５度である。

本発明の方法によれば、ウォータジェット加工によって底面に向かって広がるよう傾斜した切断面が形成されるので、不要な切断片は円滑に人手を介さずに落下する。また、切断片をワークから除去するための追加の装置をウォータジェット加工装置に設ける必要が無い。

導電性材料から成るワークを切断する方法が、図１、２及び３を参照して以下に説明される。
まず、金属又はグラファイトのワーク２０が、ウォータジェット加工装置に固定される。ワークを支持する種々の手段がウォータジェット加工装置に使用されてきた。例えば、キャッチャータンクの底面から直立する多数の金属製支持板が知られている。そのような支持板は、互いに平行に又は格子状に配置されている。あるいは、ワークを真空吸着する手段が知られている。図示された実施例では、切断片を収容可能な空間をワーク２０の下に確保できる支持手段が使用されている。一対のワークスタンド３４が、十分な大きさの空間をおいて互いに平行に配置されている。ワーク２０は適当な締付治具（図示しない）によってワークスタンド３４に水平に固定される。ワークスタンド３４はセラミック製テーブル３２の上に直立し、テーブル３２は公知のキャッチャータンクの底面に載置されている。水で満たされたキャッチャータンクは、ワーク２０を貫通したウォータジェットのエネルギを吸収する。多数のセラミック球３６が、一対のワークスタンド３４の間でテーブル３２の上に設けられている。セラミック球３６は、ウォータジェットのエネルギを偏向させテーブル３２の損傷を減少させる。

ウォータジェット加工装置は、標準的な切断ヘッド１０を備えている。切断ヘッド１０は、砥粒としてのガーネットと４１０ＭＰａの超高圧水が供給される混合室、ノズル１２、ハイトセンサ１４、Ａ軸モータ及びＢ軸モータを含んでいる。切断ヘッド１０は、水平なＸ−Ｙ平面内で水平に移動可能であるとともに、垂直なＺ軸の方向に移動可能である。ノズル１２は下端に１ｍｍの開口を有する。ノズル１２に並置されたハイトセンサ１４はワーク２０の上面の高さを接触によって検出する。検出信号は数値制御装置（図示しない）へ供給される。数値制御装置は、Ｚ軸モータを駆動しノズル１２をワーク２０の上面から数十ｍｍ上方へ位置させる。ノズル１２は、さらに、Ｘ−Ｙ平面内で移動させられ、切断開始点へ位置させられる。

砥粒を含む超高圧水が、ノズル１２によってウォータジェット１３を形成し、ワーク２０へ向けて噴射させられる。こうして、要求寸法２６の貫通穴よりもわずかに小さい貫通穴２２を切断するためのファーストカットが始まる。説明を簡単にするため、図２中に示されるように、製品は垂直な切断面を有する要求寸法２６の貫通穴をもつこととする。ノズル１２は、貫通穴２２の切断面２４が上面から底面へ向かって広がるよう、Ａ軸モータ又はＢ軸モータの回転によって傾斜させられる。ノズル１２は、プログラム経路にしたがって、設定速度でＸ−Ｙ平面内で移動させられる。プログラム経路の上に形成される切断溝の幅はおよそ１．５ｍｍである。切断面２４の粗さは、ワークの材質や加工条件によるが、２５〜３５μＲｚである。貫通穴２２の切断が完了すると、不要な切断片２８は傾斜面２４によって円滑にワーク２０から落下する。傾斜面２４の角度θは、厚さ５０ｍｍ以上のワークで少なくとも５度であれば、落下の際に貫通穴２２の中で引っ掛かりにくい。

もし、切断片２８が貫通穴２２の中に引っ掛かったままワーク２０が移動させられると、ワーク２０やウォータジェット加工装置が損傷を受けるかもしれない。そのような損傷を防止するため、標準的な切断ヘッド１０に備わったハイトセンサ１４が切断片２８の落下を確認する。ハイトセンサ１４は貫通穴２２の上に位置させられＺ軸の方向にワーク２０の底面と同じ高さまで降下させられる。もし、ハイトセンサ１４が貫通穴２２の中に切断片２８を検出した場合、ノズル１２は貫通穴２２のほぼ中心に移動させられる。切断片２８を落下させるため、低圧水がノズル１２から貫通穴２２へ向けて適当な時間だけ噴射させられる。その後、ハイトセンサ１４が切断片２８の落下を確認するとファーストカットは終了する。場合によっては、ファーストカットは、ウォータジェット加工による追加のステップを含んでも良い。追加のステップでは、切断面２４は所望寸法２６の貫通穴と同じように垂直に切断される。このような、追加のステップは、ワーク２０の厚さが大きい場合や、傾斜面２４の角度θが大きい場合に、好ましい。

次に、図３中に示されるように、ワーク２０はセカンドカットのためワイヤ放電加工装置に固定される。ワイヤ放電加工装置は、水平なＸ−Ｙ平面内で移動可能な加工槽を備えている。セラミック製テーブル４２が加工槽の底面に載置され、一対のワークスタンド４４が互いに平行にテーブル４２の上に設けられている。ワーク２０は適当な締付治具（図示しない）によってワークスタンド３４に水平に固定される。ワイヤ電極４０は、自動ワイヤ挿通装置（ＡＷＴ）によって、貫通穴２２を通って上側及び下側ガイドユニット４６、４８の間に張架される。誘電性液が加工槽の中へ供給され、ワーク２０は誘電性液に浸される。

電気エネルギの供給によって、ワーク２０の切断面２４とワイヤ電極４０との間に放電が発生させられる。ワイヤ電極４０は、設定速度で、ワーク２０に相対的にプログラム経路の上を移動させられる。ワイヤ電極４０のプログラム経路は段階的に拡大され、垂直面をもつ要求寸法２６の貫通穴が形成される。最後のステップでは、小さな電気エネルギによって、切断面は要求される粗さへ仕上げられる。こうして、セカンドカットは終了する。

ワイヤ放電加工装置では、切断片２８の落下は、ワーク２０の下に位置する下側ガイドユニット４８に損傷を与えるかもしれない。本発明によれば、ワイヤ放電加工に先立って不要な切断片２８がワーク２０から除去されている。したがって、そのような損傷の恐れが無いと共に、ワイヤ電極４０の挿通が容易に行われる。

本発明の方法に使用するウォータジェット加工装置を示す斜視図である。 ウォータジェット加工装置に固定されたワークの断面図である。 ワイヤ放電加工装置に固定されたワークの断面図である。

符号の説明

１０ 切断ヘッド
１２ ノズル
１３ ウォータジェット
１４ ハイトセンサ
１６ Ａ軸モータ
１７ Ｂ軸モータ
２０ ワーク
２２ 貫通穴
２４ 切断面
２６ 要求寸法
２８ 切断片
３２ テーブル
３４ ワークスタンド
３６ セラミック球
４０ ワイヤ電極
４２ テーブル
４４ ワークスタンド
４６ 上側ガイドユニット
４８ 下側ガイドユニット

Claims (11)

1. ウォータジェット加工によって上面から底面へ向かって広がる傾斜面を有する貫通穴をワーク中に切断するステップと、切断片が貫通穴から除去されたことを確認するステップと、ワイヤ放電加工によって貫通穴を要求寸法へ仕上げるステップを含む、導電性材料から成るワークを要求寸法の形状へ切断する方法。
2. 傾斜面の角度はワークの厚さが５０ｍｍ以上のとき少なくとも５度である請求項１に記載の切断方法。
3. 切断片を落下させるステップを含む請求項１に記載の切断方法。
4. ウォータジェット加工によって上面から底面へ向かって広がる傾斜面を有する貫通穴をワーク中に切断するステップと、ワイヤ放電加工によって貫通穴の傾斜面を要求寸法の垂直面に形成するステップを含む、導電性材料から成るワークを要求寸法の形状へ切断する方法。
5. 傾斜面の角度はワークの厚さが５０ｍｍ以上のとき少なくとも５度である請求項４に記載の切断方法。
6. 切断片が貫通穴から除去されたことを確認するステップを含む請求項４に記載の切断方法。
7. 切断片を落下させるステップを含む請求項４に記載の切断方法。
8. ウォータジェット加工によって上面から底面へ向かって広がる傾斜面を有する貫通穴をワーク中に切断するステップと、ウォータジェット加工によって貫通穴の傾斜面を垂直面に形成するステップと、ワイヤ放電加工によって垂直面を要求寸法に仕上げるステップを含む、導電性材料から成るワークを要求寸法の形状へ切断する方法。
9. 傾斜面の角度はワークの厚さが５０ｍｍ以上のとき少なくとも５度である請求項８に記載の切断方法。
10. 切断片が貫通穴から除去されたことを確認するステップを含む請求項８に記載の切断方法。
11. 切断片を落下させるステップを含む請求項８に記載の切断方法。
    

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