伸線用WCダイスの放電加工

(1)

u.D.C.△21.9.018.5=d21.771.314.85l

伸線

用

WC

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Researches on the Electric

Spark

Machining _of Tungsten

Carbide

Drawing Die

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内容梗概本研究は,伸線用WCダイスの荒仕上加工に放電加工を応用し,ラッピング加工め欠点である形状精度をよくすることを目的として行ったものである｡実験は,異型ダイス用として電極振動型,丸孔ダイス用として電極回転型の実験装置を作製し･そのおのおのについて加工速度および電極の消耗比について比較検討した｡実験の結果つぎのことがあきらかになった｡ (1)振動型においては,電極消耗比が零となる放電条件が存在し,その条件では加工速度も極大となる｡ (2)回転型では,電極消耗比の零となる放電条件は存在するが,本実験の範囲内では加工速度が極大値をとる放電条件はみられない｡また電極消耗比は振動型に比較してきわめて少く実用上無視される｡ (3)電極消耗比が零あるいほほとんど零となる放電条件が存在することは,これを実用することにょりダイスの形状精度を向上できることおよび放電加工による倣い加工法の可能性を示唆している｡ (4)放電条件を適宜選ぶことにより,ラッピング加工面に匹敵した表面粗さがえられる｡以上の結果放電加工法は伸線用 WC ダイスの荒仕上加工法として十分所期の目的を果しうるものであることを知った｡

〔Ⅰ〕緒

近時加工度の高い線の需要が高まるにともない,電線の導体寸法も順次精度の高いものが要求されるようになってきた｡それには精密な寸法と形状をもった伸線用ダイスを安価に入手または自給することが先決問題である｡一方ダイス用材料としてほ細物仰繰にはダイヤモンドダイスが,中物および太物伸線にはWC(タングステンカーバイド,超硬質今金)ダイスを用いることが常識となり近頃でほ異型伸終にも WC _{ダイスが考えられるよ} うになってきた｡本論文においては放電加工を応用した WCダイスの加工法について述べる｡伸繰用WCダイスほ,従来主としてラッピング工作法によって力‖工されている｡ラッピング加工は,仕上り寸法精度の点ですぐれているが,加工速度およびダイスの形状精度に溝足しにくい欠点をもっている｡特に形状 l .1.-l

荒ラップ工程におけるラップ棒の

が原因であり,ダイス管理上の一院路となっている｡本研究はこうした現状に対処するため,近年研究(い(5) ならびに実用面において長足の進歩をとげつゝある放電

加工法をとりあげ,その最適加工条件を見出すとともに,

ラッピング加工にかわる加工法として実用できるかどうかについて検討するために行ったものである｡ * 日立電線株式会社電線工場工博 ** 日立電線株式会社電線工場＼御□工物第1国電棒振動型放電加工装置の概要および回路説明図

Fig.1.Schematic Diagram _of Vibration Type

Electric Spark Machine _andIt's Circuit

〔ⅠⅠ〕実験装置および実験要領

(1)実験装置伸線用ダイスの孔型は,その目的とする製品の断面形状によって定められ,異型および丸孔ダイ■スに大別される｡放加工を行う際にはこの点を考慮した装置を用いなければならない｡典型ダイスの放電加工はすでに当コニ

(2)

1306 _{昭和31年10月} ･り用動頗描 ⑳ 返L｣用ネジ ∈〉別子電凝〝%ノチャタンス匹

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＼＼Ⅶ石口工液日立評 _第38巻 _第10号電場迭同朋電第2図電極回転型放電加工装置の概要

Fig.2.Schematic Diagram _of Rotation

Type Electric _Spark _Machine

場において実用化されているので,今回はその最適加工条件を検討するに止めた｡したがってその実験装置は現用機と同じ電極振動型RC回路とした｡これを弟1図に示す｡丸孔ダイスの放電加工は特に真円精度が問題となるのでこの実験装置は電極回転型とし,ダイスの保持法は自動詞心を目的としてあらかじめ陽極側にグリップしたダイスを,固定した磁右上にのせ,電極をダイス孔に挿入するようにして設定した｡これを弟2図に示す｡電極の送りは両実験装置共時計用同期電動機を用い,プーリーと送りネジを介し継電器および可変抵抗よりなる簡単な日動制御によって行われる｡ (2)実験要領実験条件を弟1表に示す｡加工電流を短絡電流の60% にしたのは,理論および実験結果(6)より明らかにされていることによる｡

芸曾蒜表H

第3図加工電圧と加工速度ならびに電極消耗比との関係

Fig.3.Relation between Working Voltage,Working Speed _and Elec-trode Consumption Ratio

(彗∴芦軍票増加

第1表 WCダイスの放電加工実験条件

Tablel.Experimental Conditions _of Electric Spark Machining _of Tungsten

Carbide Drawing Die

注:()内の数字は軽油を加工液とした実験条件を示す｡加工量および電極消耗量は,それぞれの加工前後における重量を化学天秤によって求め,加工速度は単位時間当りの平均値をもって表わすことにした｡また電極消耗比はつぎのようにして表わす｡電極消耗比加工前の電極体積一加工後の電極体積加工前のダイス体積一加工後のダイス体積 T∵ニ∴.｢∴ :･ △ l ｣､､-｢△-J〝 ×100 (聖〕山〟叫棄嘩脾第4図加工電圧と加工速度ならびに電極消耗比との関係

Fig.4.Relation between Working Voltage, Working Speed _and Electrode

Con-Sumption Ratio

(3)

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用

WC ダイスの

放

電

加工 (頭ご出炭来増押切切倒 + (至当璧繋l』等岬

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第5図加工電圧と加工速度ならびに電極消耗比との関係

Fig.5.Relation between Working Voltage,

Working Speed _and Electrode Sumption Ratio ､､∵ 蓄電呈容量(〟′) Con-=鳥‥=巨 -ヽ､ユ遠出岬H□く出押H誓

､持

第7図蓄電器容量と加工速度との関係

Fig.7.Relation between Capacity _of

Electric Condenser _and Working Speed

これは電極重量が常に減少するとは限らず,Wが付着して増加する場合もあるので,プラスの場合にはW の体積に換算して加工体積との比をもとめなければならないからである｡

〔ⅠⅠⅠ〕実験結果とその老察

以上の要領で行った実験結果を弟3図∼弟11図(次頁参照)に示す｡弟3図∼弟9図(次頁参照)は振動塾, 仰 + ヰ､言演㌻) 頗肇H望第6図加工電圧と加工速度ならびに電極消耗比との関係

Working Speed _and Electrode

Con-Sumption Ratio

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Fig.8.Relation between Capacity _of

Electric Condenser _and Working Speed

(4)

1308 _昭 _和 ₃ ₁ _年 ₁₀ _月 _第38巻第10号 (長尽已∴哩嘲∵H∃ 【 ∴

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卸〝霊電罠容蔓(〟ハ第9図蓄電器容量と加工速度との関係

Fig･9･Relation _between _Capacity _of Electric Condenser _and Working Speed

注:鎖線は電極滴耗比零の位置を示す｡

(長ぜL壁肇Hコ只

第10図加工電圧と加工速度ならびに電極消耗

比との関係(電極回転型)

WorkingSpeedandElectrode Consumption

Ratio.(Electrode Rotation _Type)

弟10図∼弟11図は櫨回転型のものである｡これらの結果を総括するとつぎのようになる｡振動型の実験結果には従来の研究になかった現象が見られる｡すなわち加工速度の極大となる放電条件が存在し,かつその点ほ電摘消耗比の (またはほとんどとなるところに当っている｡この点を便宜上 Max.且｡とすれば,電圧および電流を増すにしたがいMax.ちは蓄電器容量の小さい方に移動する｡また加工速度ほ電流が増す程大きくなる｡たゞしMax.且0ほ電圧の低い方に移動する｡つぎに電極回転型に率いてほ,本実験の範囲内でMax.

昂は見当らず,加工速度は電圧の上昇とともにゆるい

煉斜をもって増加する傾向がある｡また電穐消耗比が零

(ミ皆)哩璽H望

(訳) 当雫顎増岬第11図加工電圧と加工速度ならびに電極消耗比との関係(電極回転型)

Fig.11.Relation _between Working Voltage,

WorkingSpeed _{andElectrodeConsumption}

Ratio.(Electrode Rotation _Type)

となる点は存在するが,その消末毛が+側にしろ一例にしろ実用上問題とならない程度である｡なお実験値のバラッキが目立っている｡以下これらの結について考察する｡本実験回路による放電は火花放電に属し,電極間の絶縁が完全に破壊された場合の過渡的なもので10 7∼10 8 秒の命である｡これは時間の経過にともないグローまたはアーク放電に移行するか消滅する｡本実験のように半導体的絶縁状態にある水を加工液とし,比較的低い電圧で行う放電では,アーク放 _{の占める時間が割合多い} ものと思われる｡Cuを陰極とした場合のアーク放電ほ電界放射型であり水素ガスの存在下でほ陰極側の異常消耗が現われる(7)｡たゞしこれはアーク柱の長い場合であり,一般の火花放電加工のようにアーク柱の欠如した状態では異常消耗ほ陽極側に起る｡木実験を観察するに放電中は盛んに気泡を発生して水面に浮んでくる｡これは水の電解作用と放電による高熱のため酸素と水素とに分解されるためと考えられる｡水蒸気の場合は冷水を通つて表面に気泡が浮んでくることほほとんどないであろう｡そこで振動型の実験結果についてつぎのように考える｡ _{圧の低い場合は寝間距離は小さくアーク柱のきわ} めて短い場合に属し,WC(陽極)側が消耗し電圧の上･一叫

(5)

-･-伸

線

用

イ

放

加ナトとともに(放電エネルギーの増加) ての量は増加する｡他方極間距離も長くなるわけでアーク柱も伸びてくると思われる｡そしてある電圧(放電エネルギー)に達して異常消耗の極性が逆転し,その点を境として加工速度は低下し,電極が消耗し始めるものと一l患われる｡陰極側にWが付着するのはスパークによる蒸着ばかりでなく,高熱 Fにおける電解作用によるものと考えられる｡(この現象は蓄器の瞳類によって変らない)アルコールにも蒸着現象が見られるが,油を加工液とした場合には放電条件のいかんにかゝわらずこうした現象はみられない｡恐らくノンポーラーな加工液では電解が起きにくいためであろう｡電極回転型でほ加工度極大となるところがなく,電極消末毛比も至つて少ない｡これは電極が同転するためアーク柱の成長が抑えられること回転によってアークが切れる喜竃昆容量:此紳√ 旭工電流:朗被m工材 _仰タイス電ノ睡:α/ ♪日工液:水 ⊥_ノ電圧零ト･･､･: 第12図放電電圧の _変化(振動型)

Fig.12.Change _of _{WorkingVoltage.(Vibration} _Type)

し1如J｣

第13図放電電圧の変化(回転型)

Fig.13.Change _of _{WorkingVoILage.(Rotation} _Type)

および電極の偏心 (1/10｡∼3/100mm)に基き平均極問距離が本圧範囲では余り変らないためと思われる｡振動型に比べて実験値がばらついているのもこの偏心によるものと思われる｡つぎにWCダイスとWCチップの電極消耗比が零となる条件がことなるのは材質の差異(タンガロイおよび不二工業)に基くもので,電極形状そのほかによるものではないようである｡これは振動型と回転型(弟る図と弟11図)を比較すればわかる｡すなわち同一被加工材質ではことなる電極形状および加工法でありながら電極消去毛比が零となる圧はほほ一致している｡第12図,第 13図はオヅシログラフによる放電電圧の変化を測定した例である｡原:波形は脈流が大きいので完全な直流を用い

ることにより現在より加工壌度を増すことができるもの

と考える｡なお回転型は短絡が多いので偏心ほできるだけ坂除くことが必要である｡放電加工条件とダイス面粗さに関する細は次回に譲ることにするが,回転型における表面粗さは圧を低く蓄電器容量を′J､さくすれば2∼3〃程度となり荒ラップ面に匹敵する｡また同沢面がえられる｡たゞ段階に行えはよい｡な条件で軽油を用いれば半光工加しるので加工を二電極回転型の加工速度はラッピング加工と比較Lて約 2倍位になっている｡以上を

〔ⅠⅤ〕結

言結するとつぎのようになる｡ (1)水を加工液としたWCダイスおよぴチップの加工においては,電極消耗比がとなる放電条件が存在する｡これは,電極形状をそのまま被加工物にうつすことができダイスの形状精度を向上させることができる｡また倣い加工へ応用できるであろう｡ (2)電極振動型においてほ,加工速度梅大となる条件と電極消耗比が零となる条件ほ一致する｡加工速度は放電加工として早い方ではないが,異型孔の穿孔はラッピングに比較してはるかに早い｡ (3)電極回転型においてほ加工速度ほ圧の上昇とともに増すが傾斜が緩かで一般の放電加工速度の形態とおもむきをことにする｡極消耗比はきわめてわずかで実用上無視できる｡したがって丸孔ダイスの荒加工に適用することができる｡たゞし電極の偏心に注意しなければならない｡表面粗さほ放条件を適当に選ぶことによりラッピング加工の荒仕上面よりすぐれた面をうる可能性がある｡回転型における加工速度ほラッピングの約2 倍程度であるが現場的には十分である｡最後に本研究実施に当り貴重な御助言と御討論をた東京大学倉藤尚雄博士を始め放電加工委員会の方々な

(6)

らぴに実験に協力された大須賀,阿盲弘茅根,大竹の諸君に厚く御礼申上げる｡参考文献 (1)倉藤:マシナリー19(2,3)142,253(昭31 -2,3) (2)左治木:精密機械柑(3)97(昭27-3) ) ) ) 3 4 5 ′し ′一lヽ .し鳳:精密機械19(6)213(昭28-6) Machinery:85(2181)488(Sept.,1954) Il･V･Harding:Wire&Wire _Prod.,29(12) 1435(Dec.,1954) 前田:精密機械19(9)332(昭28-9) 鳳,倉藤:放電加工18(昭29 _{コロナ社)} 日

立製作所社員社外寄稿一覧(昭和31年7月受付分)

執筆者所属協協協気気気電電電東東東開聞関オ∠ゝ J.く .∠ゝ 7三 ●､ Jぺ社火力発電技術協会日本原子力産業会議オーム社オーム社電気公論.社日本鉄道串碗工業協会械学日家新家化衛 _刊工業新聞レし ′1 文気電学工業生工 _{業協} 日本事務能率協日 _本電気協電気通信学産業科学協社会アグネ出版社東大工学部踪合試験所 Brookhaven National Laboratory 高分子化学刊行会オーム社日本原子力産業会議会社醐術肘‥･‥‥ 質電電気通信学電気通信学日本物理学 ●ヽ了ミ ●ヽ ⊥i 会産業労働福利協会日 _{本電機工業} 産直理業機械協業科学協工 _学 _社日本機械学 RH 回最CO 転近機の機立巻線よ緑絶の発ソるビをの撃けの衝お用に物験機試電鋳電る場圧 ,概絶縁欠要器題査験閉式の検直流発電機回転増幅機および磁気増幅器の試験法三相同期電動機三相誘導電動機および直流電動機の試験法名古屋変電所の _水 _素 _{冷却} _同 _{期調} _相 _磯研磨について客電車鋼体の強度解析について超音波の検出によるキャビテーション判定法について日漁脱機水枕ケツアルカ _リセメ最新 _型 _洗舶用ホーラーの工場におけるジ.型空気調和機用クー異周波アンテナの _並ラインから見 7 用機トイ造安ソ給人 ‖ソと全ス取管ワタグ法事電ン樹特扱理脂長についてぐその二) 管理動化不均等線路の伝送方程式と送端インピーダンス鋳造設備の近代化､管継手ネジ加工設備の近代化ステンレス鋼の選択について電子顕微鏡の永久磁石励磁方式に関する研究(1)

A New Permanent Magnet Leus Syste血of Electron

Micros甲pe 接着原子炉のシミュレータ日立 RLS _(RLG) _型 _r _線 _液 _面 _計量質立〓･ワニマレニ【1 レ分析計の型型配配ソ分分流流ラ子子電電ト当当ユ杜社レ空室真裏ォ管管についてきでの一ドタ一路路回回生ス管衛ジる全究究研研ののの術ビクの諸 _施策ついてカレータの _近 _代 _化 F-100型日立工場日 _立工場日立工場日立研究所日立工場目立工場日日日笠笠立工工工工工立立戸戸場場場場場多賀工場多賀工場亀戸工場栃木工場戸塚工場戸塚工場戸塚工場日立電線工場桑名工場安来工場中央研究所中央研究所中央研究所中央研究所中央研究所中央研究所中央研究所中央研究所中央研究所中央研究所中中中井是泉佐鷺木金佐宝飯伊小横坑林横林寺高古満坂入江小木木福鴨今和津田田田上井藤山村子藤迫島藤堀山山内下橋谷井田田口柴村村村井井鳥山山郁郁郁利良八軒重二文一吉重亮五直五豊隣正一朝定博博阿部善右工門阿部善右工門伴野正美小野実森岡道一上田光男細谷栄次郎佐々木立一鈴木実