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電解加工法の研究

北御門良夫

Researches on Electrolytic Machining Process

YoshioKitamikado

Synopsis

   El・。t・・lyti・m・・hi・i・9・f・・nd・・ti・9 mat・・i・ls i・a・el・・t…hemi・・l p，・ce、、 that i、 ・・c・mpli・hed by the・acti・・，・imil・・thllt whi・h・cc・rs・t the…d・i・・。・1・・t・・lyti・b・th， Since the ultimate object of machining is to produce tho accurate foTm of machin parts， tlle nccuracy of machining， the surface finish，and tlle productivlty of the proces日come illtQ question ． The se points should be taken into accf｝unt UI assessing the prospects of the ・lect・・lytic m・・hi・g m・th・d・．1・thi・・t・dy we h・v・m・d・・t・nk i・whi・h w・・kpi・・e・a・・ machind， to improve the stream of elctrolyte，   1・緒   言 電解加工法においても他の金属加工法におけると同 じく，加工速度と加工精度が，この加工法の価値を左 右する二大要素である。従ってこの二つのことに関し て従来多くの研究が行われている。ζ二れらの研究にお いて’電解液の流れが加工而の精度に陪恕を及ぼすこ とが分った。尚，この流れの状態が，電極の短絡をお こさないで加工を続けることができる辰大加工電流に も関係あるものと思われる。  これらのことを考え，この研究では加工液の安定な 琉れを得る方法として，工具電極の中心に電解液の排 牌を作1〕，酬液は加：［面を通った麓モの排1」Ll・1：1 を通って外部に排出されるようにした。この方法によ って・加工速度及び加工精度を増すことが出来た。 なお以下本文中には次の様な記号を使用した。 V・・湿源電圧（。・1・） 1’p・両醐踊圧（。・1・） V・：liu解液を除く回路抵抗による電圧低下（・。lt）  v：分解電圧  （volt） ∫・・回路を流れる全頂流（Amp）  in 1空田流  （AmP） D・・工具電極直径（皿m）

Dp・工作物直径（mm）

1 d：田解藏出入口径（mm） P：爾解槽内液圧力  （lcg／em2） Rol両電極閻隙の抵抗 （o） r ：回路抵抗  （Ω） 1：加工申の電極間隙 （mm）  ：稲解液排出口位置の奮1心量  （mm）

  2，実験装置

 工具電極の軸力向に通った孔を経て｛7Lt解液を加工面 に供給する問は，液は加工而で流れの方向を急変し， 且つ流れの断面ffiが急に］広大され，従って流れが不安 定になる。即ち，渦流を起し易い。そこでこの研究で は，第1図に示した容器を作1），加圧ポンプによって ごの容器に圧入ざれた犯解液は，加工面を通過後，工 具電極の排出口を経て外部に導かれる様にした。砥解 容器は50気圧に充分耐える様にし，容器そのものは加 工物とは爾気的に絶縁し，工具電極と同電位になる様 にした。尚，容器底面，側面には絶縁板をつけてこれ らの面から工作物に流れる電流すなわち空電流を防い だ。この結果この爾流は第2図に示す様に加工卍流に 比べ極めて小さい。これによって両極間の田位差が知 れていればこの電流も据1られるので，この実験値の整 理にはこの出流をうi8慮して補JI三した。電源には，亜酸 化銅三相全波整流器，1（｝∼3⑪volt，300 AmP．回路の

（a）

ピlii違一已「’コ

   （b）       （c）      撮 、＜、  楯   ト’．一一一二］

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Fig，1−Schemutic dif唱r正1m oい輪npparatus     for this study． （4叫’｝

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電 流

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P＝30 ”S／cm， 阪；・1〔intmφ

1＿一一＿L−Lal−」」LL」」＿L

5

io Fig，2W“stc Current： 旧．（1幽♪ 電掻電仙 途中にO．02』？の安定抵］）tを入れた。TIZ解液加圧ポン プは3辿で50kg／Clll：までのものを用いた。排出液の 清池には沈澱描を用い，ほぽ逼i明に近くまで清浄でき たa工具刊拡極材としては，四，六黄銅を用い，この軸 心に提1解液排1．［：1路を作った。工作物はすぺてS20C棒 材を月」いた。

3．異験方法

 冊解液としてはNnc1溶液で水1，000ccに食塩200gr を溶解したものを35°C−−40°Cに加熱して使用した． 加：1ニカ法としては一定刑流法，すなわち，工具阯極の 送りを加減して加工寵流が常に一定になる様にした． f吐源在入れ，加工取流が所定の澄流に達してから， tl，5111111の搾さの加：Eをどれも行った。加：〔液を加工 面に燃給する方法としては，加工槽内のi夜圧をポンプ によって一定圧に保つ｝蜘こした。

4．実験結果

 4．1 電極間隙と電気抵抗  条件がすべて同じであって・且つ両｛U極則の祀｛立差 と砒流値とが同じ二つの場合については・その冊極期 隙も鵠；しいとラミう者えから，未知ではあるが，一定の 閲極閥隙を作り，これに大きざの與った爾位差を与え てこの冊隙が示す田気抵抗値を験ぺた。二つのIluwaに ついて測定した。一一つは｛砒極聞阻位岩…7．4 volt，爾琉 100Ampの場合，他の一つは田極捌1賦｛1叱差8．O volt， 弛流80Ampの場合で，躯1翼（a）（b）に示す結果を 得たnこの間隙f血を長さ測定器を用いて臓接測定するtl ことは，液圧，測∬ヒ圧笛の影拙1で謡1差が大きくなる恐 れがあるので，ここでは次の様な1栗作を行った．第一の 」鋤合は，両｛亟「IS］ Ilt圧7．4vo！t，加工丁［1流100Ampの加工 の進行中，送りと瓢源のみを同時に切断して，この条件 の特の加工間隙を確保した。この附隙に他の大きさの 極聞『皿圧（第1i授）を加えた時の冊流を測定したもので ある。後者も同槌にして’一・…一定聞隙を保つ様にしたもの である。尚，この間隙の示す田気抵抗値を算山する場 合には次の式を用いて加工に直接潤係ない紐流どこ の場合の分解佃圧の影響を1除いた。

R。一鴇

Ro：両極間の抵抗  （9） Vp：両極間の電位差 （volt ）

v：分解IE圧

Io：±卍流

io：空氾流

Tfi1〕le 1     （皿） 、「‘》＝10．07、「olt Vp＝＝ 7．4  〃 1＝ 100Ampの場合

Vo

13．0 15，2 18，2 19．6 22．0 26．0 （b） （volt） （Amp） （Amp）

V・1

9，0 ］0．4 12．4 13．2 14、S 1ア．2 120 160 200 220 240 300 Vo＝＝10．07、101t VP＝：8．0 ” 1 ＝80Ampの掲合 vロ

1

Vp

1

1 13．0 15．2 19．6 22．0 26．o

2

9．9 11．8 15．0 16．4 19，0 100 120 1170 210 250  工奥電極径

｛離蝪日径

Dt＝16mm

d＝2mrn

P ＝ 3Qkg． ！cnt”

電 解 加 工 法 の 研 究 （A・vvp） ： と 二【00    10 CVp一ひ） 20CVoet） Fig．3Currents between tl w・rking Gape． 両者共にfE流，湿Ll三の関係は，第3図ab原点を通る 薮線であらわされる。すなわち，電極閲の距離が一定 であれば一定の電気抵抗値前者で1ま0．062口後者では 0．100になる。両湿極閲を流れる祀流の多少がこの両 砒極の間を流れる躍解液の流れに影響し，従って電気 抵抗にもちかいがある1かとも思われたが，阻流の多少 による膨櫻はないものと考えられる。 4・2加工中における電極間隙の大きさと    その電気抵抗 電解槽に液圧が働いている場合に1ま，工具剛亟には 上向きの力か作用し，従って槽内が大気圧の場合に比 べると，両電極の相互間隔が異ることになる。この故 に加工中の電働臓を知るに1よぴ肛中の工期唖の （Ω） ｜．o 弍 sc5 礼 D‘＝1fimmψ P＝30kg／cm7  ＝2mφ

 哨／’

        1，0        2，0  tmm       電  柱  1；） 臨 Fig． 4 The Ele。t，i、 re、i、tanc。。f．、he g。pes，

3

v」．｝ 0」 汀aos 培 1；．° 桔         0．1       02  （胃刑，        電 樟 1胡 』li Fig．5 Thc Electric resist口：lce of the g｛1pe5． 位置を測り，これと工作物の加工面との距離を測らな ければならない。このためには加工の途中氾源と送り を同時に停止し，この状態でDial Gaugeを工臭電極 にセットしてから，工具阻極を移動し閲隙を測ったa その結果，間隙が大きな範UHでは第4図の如く間隙と 抵抗との間の関係はほぼ直線で1あらわされるが，その 延昆はP｝t点を通らない槌である。第5図の実験は原点 の近くの状況で尖際の加工にはこの範囲の条件が使わ れるものであるが，ほぼ直線関係に近い。これも明ら かに原点を通らない。然しこのことについては，両極 面の精度がこの両極面の間隙の大きさに近ずきモの影 響が著るしく作用するからとも考えられる。以上，砒 極面積，出解液の条件が同じなら，電極間隙とそれが 示す氾気抵抗の大きさとの間には，ほぼ直線関係にあ ることが分った。すなわち，このii廷験の条件の範囲で は，湿気的条件によって電気抵抗値が乱されることは なく，間隙と直線的関係を保つことが確かめられたp

5，加工精度

 5．1加工面精度  加工而精度を考える上において，電解液の流れの作 用によって，刑解液を却工面に供給するためのNOzzle の周りにできる大きな隆起撲様がある。これを防ぐた めに工の実験に用いる如き加圧琉解槽によって電解液 の流れが安定なConvergent Currentになる様にした。 この結果，工具電極の申心より加工面に爾解液を供給 する方法では写真に見られる通り，実際加工に使用ざ れると思われる条件ではすぺて｛1正解液の流れによると 思われる模様，然かも著るしい閲i起を示している。 （写責6．abc）これに対して加圧電解栖を用いたこ の方法では，工具頂極の排液口が電極の巾心にある時 には，上の写真の条件では全く1陛起換様は見られなく

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【 イ 錨， b vl、（Vtiltl） 1．1（八） ［Xkg／じm2） cl（111111） tL 11 TOO 20  3  b 11．5 ’）00  30

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    ‘ハfeluch’‘，lyLe， 起IJ：見られ．ない、，尚1このノ∫法1．二よると，：1：具iじ賎の N・x・，］L，からi匡仙1憂御嚇すz・刀法に比ぺぞ，と，同じタi 件ドにおいて・b逓かに大き2貼と大加工氾流を得られる 特質がある／．tこのこと「」：・加二．1：辿度を1V’）寸のみでrmく 1川．．1：梢度をよぐsj’る上に大きな刈点である烏（写真7， （tbccl） IL ← ’ c ［1

1

h ‘・イ弓∼←、s・・ d  5．2  カn工訂多4犬  彫刻などの場合に1弘｜係探い工↓↓】II極とこ才Lによって 加工された形状との1口いについては，加：1二条鯛こよっ て大ノ］；iがあるr．犯解液の仙）／［il状態．：1二作9勿の材質笛 これに別係するが，ここでは加工氾流すなわち加：［速 度の影響について験べ／こ。犯源他圧を15．〔｝volt一定に 保ち，加工犯流を】・1（｝AlllT）から2’10AmPまで5通りに ．変えた場合の加工形状の1所而形を炎18図1∼5のカー プにボした、，iu流が大なる程その形状カミエ↓↓fU極の形 状に忠実であることが分る．すなわち，加：1：1．11の両極朋 の】1』気抵抗は，140AmPの時の0．083Ωかtb2，to八mpの 1ほのO．031Ωに減じている。このことは後になる程加 工巾の｛じ極間の‘！1］離がより近いことを示している。一 戊∬U極川隙が瓠；しけ’れば，加コ：湿流の大小を問わづ’形 状の忠実度は同じになるのではないかと者えられるの で，’h夫に示す様な極llll電1」三と加］二IU流の｛ilt・合せによ って両画川の混女（抵抗かほぱO．O’iC）Ωになる禄な加工 条件を迦んだ、，これ1うの条件で加二【二し／こもののllM［ ilの 形か第9図ではどの場合も入口近くを除∪’は殆んど一 致しているものと見ることができる．加工SUMiの少な い条件の時日入口近くのミだれミが大きいのは、加工運 度が小ざいことによる彬響と思われる。この1釆に他IS すべて同じ条件では，1亟川抵抗が小ざレ、1ほ1すなわち旅 1川隙が小さい時郁，二1二具出極と加ココ杉状との頚似の程         ：L V1，（v【llり    9．0 1．（A）    200 ’v（kkt／c・ll・）l liO

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d （111n） e （111Sll） 2 5 7、ワ 250 ・10  2 7

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250   250 20 4 6 40 4 6 Fig．7 ’rh〔｝P：t｜tVI’n m〔u’kcd hy Lhe st1’lttttll     of e［ectvolyte．． Dw＝16．Vtlltnψ  ＝2ninvtl ∫∋ ＝UOIcgXc川i … t 5 しロ  lii ±1 6t

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なる“X，川．浪1い±・中心’ごなく・色ノζの「「1！度に蘭心さ したものでも，排出日『i…が2111mφを除けぱすべて1竃‘ Fig． S d・1・tl。・臼1・・h・．，［・・−th・p・・rith die     じ1uclric 1⊃i11．1111、c｛crsr 6

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Fig．9Thc 1】砒．sliiLpeh’W・】・kecl ln tlie ce：i’

電解 加 工 法 の 研究

度がよくなる。ll’‘接には加工据源の大小，加1：［連度， 剛碍UH三に左右されるのでなく，工具堤極と］二作物の 両皿極によって三j！に形成される電場の状態に、よるもの である・と考え15れる。従ってこのievhの状態が断期の 加工形状に鍛適なものになる様改藩されるぺきもので ある。

6，電極間最小電気抵抗

 田源田圧（V司を一定脆に保ってr置き，｛E極間隙を 徐々に縮めていくと，それに従って加工電流は増して 行くが，遂に短絡を起して加工不能の状態になる。こ の短絡を起す少し前で安定に加工が進む条件の時の加 工田流と，両極間犯1王とからこの時の刷隙の電儒［抵抗 を求めて見♪こ。第2表に見られる通り艮大加：1二電流の 時の極冊隙の抵抗値は電気的条Fl；すなわち極削のi’U 圧，電流に関藻なく殆んど同じ値を示している。極間 卍圧が大きくなるに従って僅かながら減少している様 にも思われる。電極断面積が小さい（1cma）場合に も同じことが云えるが，断｛面積2 cm2の場合に比ぺて 増大している。然し，この実験には工具i「U極が工作物 申に入り込んだ深さ（加］二深さ）や，蔽排田口の作用 によるコニ作物の中心に出』∈る突起の影恕なども者えら れるので，短絡を起す寸前の極1削抵抗値を敬ぺるため に第1図Cに示す通り，工作物の1血径より大きな直径 の砥極により．且つ工作物中心に突起ができない様に， 工作物の中心に耕…液口をあけた。このために加工深さ と排液FIの影響は取り除くことができたものと思う。 これによって測定した結果を下の第3表と第10図に示 す・工具電極LOcm2．1、5cm！．3 cm！．5 c：n：の各 々についてiE圧佃流を変えたものであるが，見る通り 3cm：にぱらつきがあるが，他の場合から判断して， 唖削の避電流の条1互1・がどんなであっても短絡が起 る寸前の両極閲の掲気1菖i抗は一定である、すなわち， 短絡が生ずるのは極開隙がある一定値に達した時であ ると考えられる。又第10図から見る如く工作1斬面積が 異る場合には，この抵抗もτ面積に従って大きく変化し Table 2     （め

工」1・lR

 5・S  170 0．024  6・5  220 0．023  ？・4  280 0．022 Table 3

Dw V・ 1・1

8．00       6．5       120 ”      7．9     155 ”      9．2     200 11．2        6．00       150 ”       6．70     220 ”      8．2     250 ”        9．2      280 ’

1ラ゜° ：：川1：1

”  7・3 29°−

19．5      4．7     200 ”      5．9     240 〃       6』

R

（b） e，042 0，042 0，040 0．0300 0．024 0．028 0．028 0．021 0．021 0，0205 0．0165 0．019 0．01日 25・・

p 5・7125・

_O．Ot8 006一 o．04一 0侃一 LO Fig．10 ヱ0    3．0    4．O    S．0    6．O Minimum gape−resistance ているpこのことは，湿解液槽内に浸された電極の面 積によって迎ってくることからして当然なことである が，面積の変り方に対して抵抗の変化の様相は金く輿 っているpすなわち，断面齪3cmコ以上になると面載 には無関係に一定値を取る様な傾向を示している。

Vp

6，8 8．3 9．2 1。

R

15e O．029 250 0．028 300 0，［｝2ア

｛棚径、mm＿では．｛‡量罐径＝：：1

5

7．結

論 （1） 電解液を周囲より加工面に圧入する本法によれ  ば，電解液の流れの乱れの結果と思われる凹凸の模  様を消すことができる。 （2）｛毬極間の閥隙を、在来の電解液を工艮醒極巾心  の噴出口より加工面に供給するものに比ぺ，小さく  することが出来，従って加工精度を上げることがで  きる。 （3） 加工断而脳が一一…定ならば，電圧稽流の関係によ  ることなく常に一定の大きさの間隙の時に短絡が起  る。然し，加工断面積が変わるとこの値も変わるが  断而顧の変化とは変化の傾向が異っている。 （ll召和41勾三8月31日受付）