回転加工電極方式による放電加工 利用統計を見る

回転加工電極方式による放電加工

北御門良夫

向山芳世

（昭和39年9月10日受理）

Electrical Discharge Machining

By Rotary Electrode Method

YoshioKitamihado YoshituguMukoyama

Sy皿Opsis   For the purpose of improving the increasing working speed’and decreasing electrode wear， we had already a report of experimental results on the rotary electrode discharge machining．   In this paper， we descride the relation between working speed and Circumferential speed， contact pressure， and electrode figure in relatively high discharge energy that improvement apParatus is operated．   As the results， we found out that contact pressure have need to be seted proportional to discharge energy， Electrode area have an effect on the working speed， and sitable wane electrodi increase working speed．

1 緒  言

 放電加工は従来比較的加工が困難とされていた強 靱、高硬度材料の加工を容易にし、且複雑な加工、高 精度加工を可能にした。然し加工速度の向上、電極消 耕比の減少、加工面の改善等の問題が残されている。 これらの欠点改善の一方法として、放電切断方式をも とにした加工電極が回転する方式の加工機を試作し て、奴結果を得た。（1）更に加工機を改良して、比較 的高い加工電流による加工及び加工電極の形状等につ いて実験した結果を報告する。

  2実験装置

 電源は直流発電機（29kW）を使用し、加工電流の調 節は主に発電機の励磁電流で行い、微小調節は回路に 挿入した液体抵抗（Nacl−Cu・−Fe）により調整した。加 工電極は11Pのモt−一ターで駆動し、回転数は励磁電流 及びvプeリで変えた。加工電極と被加工物との接触 圧力は、加工槽下部に取付けた油圧ラムシリンダーと このラムシリンダPに連結した別のラムシリンダ・一一の ラム上のwei；ghtを調整することで加減した。加工電 ク Fig．1 Experimental apParatus． 極は外径34mmφ，内径27mmipの軟鋼中空電極、被 加工物は40×80×5ε〃z勿の軟鋼板を研摩（5μH勿αめ したものである。加工液は無水珪酸ソーダの水溶液 （比重1．45）を使用し、粘性が加工速度に著しく影響を もつので、（2）ギヤーポンプで、加工槽と冷却槽を循 環し、加工中の液温の上昇を防止し、常に18∼21°C の範囲で実験を行った。

  3 実験結果及び考察

 3．1加工電流の影響  加工電流が40A以下の比較的低加工電流の場合は、 加工速度は加工電流に比例して増加するが（3）更に加

昭和39年12月

山梨大学工学部研究報告

第15号

工速度をあげるためには、加工電流をあげる必要があ る。加工電極の周速度4．72m／sec，接触圧力2 ・45kg／ cm2，接触面積2．24c勿2ぐ切欠き数2），を一定にして、 加工電流を39∼100・4迄変えて実験した。加工時間は 2分、各条件毎に5回の実験を行い、その算術平均値 を結果とした。第2図に示す如く、加工電流が70∼80 A附近迄は加工速度（W），電極消耗量（E）共に加工 電流に比例して増加しているが、20∼SOA LI上におい ては、加工速度、電極消耗量共に一定値に近づく。乙 れらの結果電極消耗比（E／W）は電極消耗量に似た傾 向を示す。加工電流が増加するにっれて、順次放電状 態が不安定になり、特に70A以上においては放電の断 続による極間の振動が大きくなり、加工液が周囲に激 しく飛散する様になる。オシロスコープで放電々圧波 形を観察すると、放電々圧が不揃いが多くなり、極間 が離れすぎ放電回数が少くなるのが認められる。

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 Fig．2 Effect of working current．  この方式は電解した珪酸ソt・・一ダ水溶液の被膜（100∼ lOOOa）が被加工物（陽極）表面に生じ、回転する加工 電極がこの被膜を擦過して短時間マeク放電が発生し 被加工物及び加工電極が消耗することを繰返して、加 工が行なわれる訳であるが、加工電流が増加していく と、1回のアーク放電による消耗量は大きくなってい くが、次の擦過に必要な極間距離の複元に時間を要す る為に、消耗の繰り返し数が少くなること、加工部分 の温度上昇が大きくなると同時に、加工液の蒸発飛散 が多くなって絶縁回復が遅くなること、加工液の熱変 質物の附着の度合いが大きくなることが観察される が、これらが消耗の進展を阻害して、加工速度が減少 してくるものと考えられる。加工電圧は18∼20V程度

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であるが、加工電流に対する加工効率（η）は60∼70A 附近にその最大値が存在する。これらの加工の際の加 工面粗さは、加工電流48Aで加工速度3．5g／”zi7zの とき30PtHmax，57Aで4．59／minのとき50μH勿αエ・ 75A，5．79／77zilzのとき75PtHmax程度である・加工 面の加工硬比は、加工電流39∼100Aの範囲では加工 電流による影響は明確でなく、平均して被加工物の加ニ 工前硬度に対して35％程度硬度が増している。  3．2 高電流における接触圧力の影響  加工電流の差異により、接触圧力の最適値が変って くることは当然考えられるが、加工効率が最大値を示 す70A附近における接触圧力の影響は加工電流72A・ 周速度4 ． 72m／sec，接触面積2．33cm2の場合・第3図 の如く3．7kg／cm 2附近に加工速度の最大値がある・こ の附近は電極消耗比も比較的に少い。加工電流が比較 的低い30Aの場合との比較にみられるように・加工電 流が大きくなると加工速度の最大値が接触圧力の大き い側に移動する。    Fig．3 Effect of Contact pressure・  これは放電エネルギーが大きくなると・1回の放電 による極間の反援力が大きく、従って電極接触の回数 が少くなる。そこで接触圧力を大きくする必要が生が る。  3．3 電極面積及び形状の影響  加工エネルギー、加工電極の周速度・接触圧力・加 工液等の加工に及ぼす因子に対し、電極の面積及び形 状が大きな影響を及ぼすことが考えられる。加工電極 の切欠き数（2）を一定にして、切欠き箇所の面積を変

回転加工電極方式による放電加工

え、比較的安定な加工が出来る加工電流40A・加工電 圧18 V，周速度4．72m／seら接触圧力2．45kg／cm2の 条任でその影響を調べた。切欠き箇所の面積が大きく なると、加工電極の面積が小になり、被加工物とめ接 触面積が小さくなる訳けで、加工速度に対する面積効 果が認められると同時に、切欠きが全然ない場合に比 較して、ある程度の切欠きをいれた場合の方が加工速 度が増加することは、加工部分えの加工液の循環が充 分に行われる結果であり、更に切欠き面積を増すと加 工液の循環は充分であるが、アr−一クの発生域が狭くな り、従って放電回数が少く加工速度は減少する。切欠 き部分の影響を詳しく知る為に、接触面積を一定にし て、切欠き数を変えて実験を行った。この場合の加工 条件は加工電流52・4，加工電圧18 V，周速度4．72ク？z／ sec， i接触圧力3．5kg／cm2，接触面積2．24cm2である。 切欠き数1∼8迄の範囲で行ったが、切欠き数2の場 合に最大加工速度が得られた。切欠き数の少い1の場 合には、形状が対称でなく放電が不安定となることX、 接触部分が1箇所にかたまっているので、接触効率が 悪く加工速度が小さい。逆に切欠き数が多い場合に は、一箇所の切欠き面積が小さく、加工液の循環が不 充分で、加工屑の排除不充分と合まって加工液の導電 性の増大、短絡などが頻発（4）して加工速度が小さくな る。切欠き面積を一定にして、切欠き数を2，4，8， の3段階に変えて周速度と接触圧力を変えた場合第6 図に示すように、切欠き面積が同一でも、周速度及び Table 1． Effect of wane Electrode area Contact area （cm2） 3．30 3．20 3．05 2．60 1．90 1．33

Wane

Ratio  0 0．023 0．106 0．212 0．424 0．585 Wor− king Speed （9／min） 1．9 2．6 3．2 3．0 2．5 1．7 Eiect− rode

wear

（9／min） 0．67 0．42 0．63 0．55 0．44 0．55

Wear

Ratio （％） 35．25 16．15 19．70 18．35 17．60 32．4（ Current dencity （A／cm2） 12．1 12．5 13．6 15．4 21．0 30．1 Effi− ciency （9／minA 2．64 3．61 4．44 4．17 3．47 2．36

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Fig．4 Effect of Contact area． （触倫

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Fig．5 Effect of wane Electrode・ π 鞠。 S・O 40 帥 AO    0       伽Yndb（ppt（％， Fig．6 Effect of Circumferential Speed．     Nu皿ber of wane＝2，4，8     Contact pressure＝2．3kg／cm2，3．2kg／cm2

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昭和39年12月

_{山梨大学工学部研究報告}

_第15号

接触圧力によって切欠き数の影響を考える必要があ る。比較的加工電極の周速度の小さい範囲では切欠き 数をある程度多くした方が加工速度が増加し、周速度 の大きい範囲では切欠き数が少い方が加工速度が大き い。これは加工電極が回転しているので、遠心力によ る加工液の飛散の度合いが異ることと原因するものと 考えられる。形状が対称で、放電が安定し、加工液の 循環が充分行われるような切欠き面積と切欠き数を、 周速度、接触圧力等の加工条件に適合して選択する必 要がある。  3．4 加工深さの影響  実際の加工に際して、加工深さによる加工速度、加 工精度等の変動が問題になる。本方式の場合加工電流 40A，加工電圧18V，周速度4．72m／ sec，切欠き数2， 接触面積2．24’cm2，接触圧力3．15kg／cm2のときの加 工深さによる加工速度の変化は第2表の如く、加工深 さが増すにっれて加工速度が減少する。これは加工液 が順次循環不充分になり、加工屑排除の劣化、極間の 短絡及び加工液変質物附着が主な原因と考えられる。 従つて深孔加工の場合は加工液圧の増加、加工電極の 中空部を通しての循環等の改善が考えられる。 Table 2． Relation between warking depth      and working Speed． 20°C）を使用して加行を行った。加工条件は加工電流 30・4加工電圧17乃周速度6．Om／sec， i接触圧力0．1∼ 0．5kg／6m2，加工電極の切欠き数2，接触面積2．54 cm2，である。珪酸ソーダ水溶液の場合と加工条件が 異る（特に接触圧力が小さくて加工が可能で1kg／cm2 以上では加工困難になる）ので一概に比較はできない が加工電流30A，を同一にした場合machine oi1を使 用したときの方が加工速度が約30％程度大きく、電極 消耗比は変らない。又加工深さ10mm附近では約45％ 程度が大きくなる。然し加工電流を35A以上にした場 合加工速度は著しく減少する。この加工液使用の欠点 ・は加工の際に加工部の温度上昇により、悪臭と煙が激 しく発生することである。放電切断の場合珪酸ソーダ 水溶液に、炭酸ソーダを添加すると加工速度が増すと 言われているが、この場合でも珪酸ソPダ水溶液（比 重1．50，20℃）1000ccに、炭酸ソーダ水溶液（50％） を100ccの割合いで添加すると、加工速度が10％程度 増加した。

4 結  言

Range of working depth       （mm） 0 ∼1．0 1．0∼2．3 2．3∼4．1 4．1∼6．7 6．7∼9．7 9．7∼lll．0 Working Speed    （9／min） 2．9 1．9 1．3 0．9 0．7 0．5

3．5加工液にmachine oi1を使用した場合

 珪酸ソPダ水溶液は、s比較的粘度が大きい為に加工 深さが大きくなると、加工部との加工液の循環が充分 に行なわれなくなる。そこでmachine oiユ（比重0．85， ① 放電エネルギーが増加すると、加工速度の最大  値は接触圧力の大きい側に移動する。即ち放電エ  ネルギーの増加につれて、接触圧力を増す必要が  ある。 ②本方式においても、加工エネルギーに対する最  適加工面積が存在する。 ③ 加工電極に適当な切欠きをっける事によって、  加工速度を増すことが出来、切欠きの位置，数、  面積等が重要な因子となる。 ④ 比較的小さい放電エネルギーの範囲では、加工  液にmachine oilを使用すると有効である。 文 献 ①，②，③，北御門良夫、向山芳世、山梨大学工学部研      究報告第12号、昭和36年12月   ④  篠原茂之、向山芳世、 精機学会講演会前      刷 昭和31年4月 1，0