JPH0929546A - 電極低消耗放電加工方法 - Google Patents

電極低消耗放電加工方法

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JPH0929546A
JPH0929546A JP20538995A JP20538995A JPH0929546A JP H0929546 A JPH0929546 A JP H0929546A JP 20538995 A JP20538995 A JP 20538995A JP 20538995 A JP20538995 A JP 20538995A JP H0929546 A JPH0929546 A JP H0929546A
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discharge
electrode
machining
workpiece
discharge machining
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JP20538995A
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Yasuo Kimoto
保夫 木本
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超硬合金,焼入れ鋼等の難削材料の仕上げの
電極低消耗放電加工を実現する。 【解決手段】 銅電極の工具電極8を陰極性とし、超硬
合金,焼入れ鋼等の難削材料の工作物6を陽極性とし、
絶縁性の加工液中において、放電時間を陽イオンが工具
電極8に到達し難い短時間にして放電時間に対する放電
電流ピーク値を大きくした単極性の高電流密度火花放電
により、電子衝撃で工作物6を放電加工する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超硬合金,焼入れ
鋼等の難削材料の工作物を、電極の消耗を極めて少なく
して放電加工する電極低消耗放電加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電極低消耗放電加工においては、
工具電極を陽極性,工作物を陰極性とし、絶縁性の加工
液中で単極性の過度アーク放電をくり返し、陽イオンの
衝撃を利用して工作物を放電加工している。
【0003】このとき、電極の消耗を極力抑えるため、
放電電流ピーク値ip (A)に比して各1回の放電時間
Tdをほぼip /Td<0.2(A/μs )になるよう
に伸長し、例えばip =20AのときにTd=100〜
200μs にしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の電極低消耗
放電加工方法の場合、超硬合金,焼入れ鋼等の難削材料
の工作物については、陰極電流密度が一般的な放電加工
と同様104 〜106 A/cm2 程度であり、しかも、放
電時間Tdが長くなるため、表面あらさが10μm R
max 以下の仕上げの放電加工は行えず、また、電極消耗
率が重量消耗率で12%,体積消耗率で20%にもな
り、低消耗放電加工の一応の目処としている1%には程
遠く、仕上げの低消耗放電加工が行えない問題点があ
る。
【0005】本発明は、従来は不可能とされていた超硬
合金,焼入れ鋼等の難削材料の仕上げの電極低消耗放電
加工を実現することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の電極低消耗放電加工方法においては、銅
電極の工具電極を陰極性とし、超硬合金,焼入れ鋼等の
難削材料の工作物を陽極性とし、絶縁性の加工液中にお
いて、放電時間を陽イオンが工具電極に到達し難い短時
間にして放電時間に対する放電電流ピーク値を大きくし
た単極性の高電流密度火花放電により、電子衝撃で工作
物を放電加工する。
【0007】したがって、本発明の電極低消耗放電加工
方法の場合、工具電極と工作物の極性が従来方法と逆に
なり、絶縁性の加工液中での単極性の火花放電により、
電子の衝撃を利用して工作物が放電加工される。
【0008】このとき、放電時間が短くなる程陰極電流
密度が大きくなり、しかも、放電電流のほとんどが電子
流になり、放電のパワーが工作物に局所的に集中する。
【0009】そして、放電時間を陽イオンが工具電極に
到達し難い極めて短い時間に設定することにより、陰極
電流密度が107 A/cm2 オーダー以上の強大な放電電
力密度のパワーが半径方向の膨張を抑えて瞬時工作物に
加えられ、このくり返しにより、工具電極の消耗なく超
硬合金,焼入れ鋼等の難削材料の仕上げの放電加工が行
え、従来は不可能であった難削材料の電極低消耗放電加
工が実現する。
【0010】そして、放電時間Tdを1μs 以下にして
放電電流ピーク値ip (A)/Td(μs )を10以上
にすることが、現実に即して最も好適である。
【0011】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の1形態に
ついて、図1を参照して説明する。図1は本発明が適用
される放電加工回路を示し、正,負の電源端子1p,1
n間に100〜400Vの直流電源が印加され、FET
等の電子スイッチ2がオンすると、電源端子1pから電
子スイッチ2,加工用コンデンサ3,充電抵抗4を介し
て電源端子1nに電流が流れ、加工用コンデンサ3が一
端3pを正,他端3nを負とする極性に充電される。
【0012】この加工用コンデンサ3の一端3pに振動
抑制抵抗5を介して超硬合金,焼入れ鋼等の難削材料の
工作物6が接続され、加工用コンデンサ3の他端3nに
回路インダクタンス(自己インダクタンス)7を介して
銅電極の工具電極8が接続され、白灯油,純水等の絶縁
性の加工液中に、5μm程度の所定ギャップ長離して工
作物6と工具電極8とが従来と逆の極性,すなわち工作
物6を陽極性,工具電極8を陰極性にして設けられる。
【0013】そして、加工用コンデンサ3が充電される
と、その端子間電圧により、工具電極8,工作物6の間
に火花放電が生じ、工具電極8からの電子の衝撃が工作
物6に加えられる。
【0014】このとき、加工用コンデンサ3は一端3p
から振動抑制抵抗5,工作物6,工具電極8,回路イン
ダクタンス7を介して他端3nに放電し、端子間電圧が
低下する。
【0015】そして、加工用コンデンサ3の端子間電圧
の変化が微分回路等からなる放電検出回路9により検出
され、この検出回路9の検出出力により、放電加工中は
電子スイッチ2がオフし、直流電源からの後述の不要な
持続電流の工具電極8,工作物6間の放電ギャップへの
流入が遮断されて阻止される。
【0016】また、回路インダクタンス7に応じた10
Ω程度の振動抑制抵抗5により加工用コンデンサ3,回
路インダクタンス7による振動が阻止され、工具電極
8,工作物6の火花放電は、工具電極8を陰極性,工作
物6を陽極性とする単極性の放電になる。
【0017】そして、直流電源による加工用コンデンサ
3の充電と,このコンデンサ3の放電とのくり返しによ
り、工具電極8,工作物6間に単極性の火花放電がくり
返し発生し、工作物6の所要の放電加工が行われる。
【0018】ところで、放電による陽、陰極パワー配分
の理論計算によると、工具電極8を陰極性,工作物6を
陽極性とした場合、各1回の火花放電の放電時間Tdを
1μs 以下にできるだけ短くして工具電極8,工作物6
間の放電路の半径方向の膨張(拡散)を抑制し、放電時
間Tdに対する放電電流ピーク値ip を大きくして陰極
電流密度を107 〜108 A/cm2 のオーダーにすれ
ば、放電電流のほとんどが電子電流になり、この瞬時の
単極性の火花放電のくり返しにより、超硬合金,焼入れ
鋼等の難削材料の表面あらさ10μm Rmax 以下の仕
上げの放電加工が行える。
【0019】すなわち、10-6〜10-7秒の瞬時に工具
電極8,工作物6間に発生する放電は、その放電ギャッ
プ電圧波形から過渡アークに近いものとして扱えるた
め、電子放出に対するT−F理論及びマッケオン(Mack
eown)の式を適用することができる。
【0020】この理論及び式に基づき、陰極性電極の仕
事関数4eV,陰極温度3000Kとして扱える工具電極
8等の電極材料につき、陰極電流密度が5×106 A/
cm2,1×107 A/cm2 ,5×107 A/cm2 ,5×
108 A/cm2 のときの電子電流密度(A/cm2 )/陰
極電流密度(A/cm2 )を求めると、つぎの表1に示す
ようになる。
【0021】
【表1】
【0022】この表1からも明らかなように、陰極電流
密度を107 〜108 A/cm2 のオーダー,好ましくは
5×107 A/cm2 以上にすると、工具電極8,工作物
6間の放電電流のほとんどが電子電流になる。
【0023】このとき、放電時間が10-6〜10-7μs
の瞬時であり、工具電極8,工作物6間の放電が半径方
向に広がらないため、陽極性の工作物6は超硬合金,焼
入れ鋼等の難削材料であっても、高電子電流密度の高温
電子の局所的な衝撃を受けて加工される。
【0024】そして、工作物6の1回の火花放電による
加工範囲が微小であるため、工作物6の加工後の表面あ
らさが10μm Rmax 以下になり、仕上げの放電加工
が行える。
【0025】さらに、放電ギャップ電力のほとんどが陽
極側の工作物6で消費され、このとき、陽イオン電流密
度が非常に小さく、工具電極8に対する陽イオンの衝撃
が非常に小さくなって放電ギャップ電力の陰極側での配
分消費は非常に少なくなる。
【0026】しかも、放電時間が1μs (1×10-6s
)以下,すなわち陽イオンが陰極の工具電極8に到達
し難い瞬時であれば、工具電極8は陽イオンの衝撃を受
けることがなく、消耗しない。
【0027】したがって、図1の放電加工回路において
は、工具電極8,工作物6間のギャップ長,回路インダ
クタンス7等の回路条件を考慮して加工用コンデンサ
3,振動抑制抵抗5等の放電回路定数を調整し、放電時
間Tdを1μs 以下(好ましくは0.5μs 以下)と
し、放電電流ピーク値ip (A)/放電時間Td(μs
)を10以上に大きくして陰極電流密度を5×107
A/cm2 以上に高くし、超硬合金,焼入れ鋼等の難削材
料の低消耗放電加工を実現する。
【0028】つぎに、図1のいわゆるラザレコン回路
(RC回路)構成の放電加工回路においては、直流電源
からの電流も電極消耗の重要な因子の1つであり、放電
時間中は直流電源から工具電極8,工作物6間の放電ギ
ャップへの持続電流の流入を阻止する必要がある。
【0029】すなわち、図2に示すように図1の構成か
ら電子スイッチ2,放電検出回路9を省き、電源端子1
pに加工用コンデンサ3の一端を直結したラザレコン回
路構成の放電加工回路を形成し、この回路の加工用コン
デンサ3を500pF,振動抑制抵抗5を10Ωとし、充
電抵抗4を3〜30KΩの範囲で変えながら電源端子1
p,1n間に100〜400Vの直流電源10を印加し
て放電加工をくり返し、電極消耗率を測定した結果、図
3に示すように、充電抵抗4の抵抗値を大きくする程、
電極消耗率が小さくなった。
【0030】これは、図2の放電加工回路の場合、工具
電極8,工作物6間に単極性の火花放電が生じる間(火
花放電中)は、加工用コンデンサ3の一端から工作物
6,工具電極8を介して加工用コンデンサ3の他端にこ
のコンデンサ3の放電電流が流れるとともに、電源端子
1pから工作物6,工具電極8を介して電源端子1nに
直流電源からの直接的な持続電流も流れ、この持続電流
によっても工具電極8の消耗原因である陽イオンの発生
量が変化し、充電抵抗4を大きくする程、持続電流が減
少して陽イオンの発生が少なくなるからである。
【0031】したがって、図1の放電加工回路において
は、電子スイッチ2及び放電検出回路9を備え、火花放
電中は電子スイッチ2をオフして前記持続電流の放電ギ
ャップへの流入を阻止し、持続電流による電極消耗を防
止する。
【0032】そして、図1の放電回路において、放電電
流ピーク値ip を5Aに固定し、放電時間Tdを0.5
μs ,1μs に変えて工作物6の放電加工をくり返し、
重量電極消耗率(%)を測定した結果、つぎの表2に示
すように、1%,3%となり、従来は不可能であった超
硬合金,焼入れ鋼等の難削材料の表面あらさ10μmR
max 以下の電極低消耗放電加工が行えた。
【0033】
【表2】
【0034】この電極低消耗放電加工の場合、この加工
のみで工作物6の仕上げ加工まで行えるため、従来の放
電加工のように荒加工から仕上げ加工まで何工程も加工
をくり返す必要がなく、加工時間や労力の大幅な軽減が
図れ、しかも、加工精度も大幅に向上する。
【0035】そして、回路構成等は図1のものに限定さ
れるものではなく、例えば加工用コンデンサ3及び充電
抵抗4,振動抑制抵抗5の大きさは、工作物6等に応じ
て設定すればよい。
【0036】
【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。工具電極8と工作物6の極性が従来方法と逆にな
り、絶縁性の加工液中での単極性の火花放電により、電
子の衝撃を利用して工作物6が放電加工され、このと
き、放電時間は陽イオンが工具電極8に到達し難い極め
て短い時間に設定され、陰極電流密度が大きくなって強
大な放電電力密度のパワーが半径方向の膨張を抑えて瞬
時工作物6に加えられ、このくり返しにより、陽イオン
による工具電極8の消耗なく、従来は不可能であった超
硬合金,焼入れ鋼等の難削材料の仕上げの放電加工を行
うことができ、難削材料の電極低消耗放電加工が実現で
きる。
【0037】そして、放電時間Tdを1μs 以下にして
放電電流ピーク値ip (A)/Td(μs )を10以上
にすることにより、最も現実に即した好ましい電極低消
耗放電加工が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の1形態の回路ブロック図であ
る。
【図2】図1の直流電源の電流の影響を説明する回路ブ
ロック図である。
【図3】図2の電極消耗率の特性図である。
【符号の説明】
6 工作物 8 工具電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅電極の工具電極を陰極性とし、超硬合
    金,焼入れ鋼等の難削材料の工作物を陽極性とし、 絶縁性の加工液中において、放電時間を陽イオンが前記
    工具電極に到達し難い短時間にして前記放電時間に対す
    る放電電流ピーク値を大きくした単極性の高電流密度火
    花放電により、電子衝撃で前記工作物を放電加工するこ
    とを特徴とする電極低消耗放電加工方法。
  2. 【請求項2】 放電時間を1μs 以下にして放電電流ピ
    ーク値ip (A)/放電時間Td(μs )を10以上に
    したことを特徴とする請求項1記載の電極低消耗放電加
    工方法。
JP20538995A 1995-07-18 1995-07-18 電極低消耗放電加工方法 Pending JPH0929546A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8138441B2 (en) * 2006-12-22 2012-03-20 Corning Incorporated Step-down plunge electrodischarge machining
JP2012166323A (ja) * 2011-02-16 2012-09-06 Mitsubishi Electric Corp 放電加工装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS529196A (en) * 1975-07-11 1977-01-24 Hitachi Zosen Corp Electro-erostion method

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