EDM は、従来とは異なる精密加工技術です。機械部品の製造に広く利用されており、従来の加工方法にはない独自の利点があります。 従来の切断方法 特定の部品の加工に使用されます。特定の条件下では、放電加工により良好な表面仕上げの部品が得られます。また、設計図面の要件を良好に満たし、一定の加工精度を達成できるため、放電加工はますます普及しています。 さまざまな業界本稿の次の部分では、まず放電加工における表面粗さとは何か、そしてそれに影響を与える要因について解説します。次に、表面粗さの測定方法を紹介します。最後に、放電加工における表面粗さを改善する方法と、放電加工の適用分野について説明します。
EDM 表面仕上げとは何ですか?
EDM表面仕上げとは、EDMプロセスによって得られるワークピースの表面粗さと滑らかさを指します。表面粗さパラメータを用いて、EDM表面仕上げの良否を測定できます。これらのパラメータには、Ra（輪郭の平均高さ）とRz（輪郭の最大高さ）が含まれます。
Ra値は、表面の平均高さからの偏差の絶対値の平均を表し、通常はマイクロメートル（μm）で表されます。Ra値が小さいほど表面は滑らかで、Ra値が大きいほど表面は粗く、一般的にはより細かい仕上げが求められます。
Raとは対照的に、Rzは等高線の最大高さを表します。サンプルの長さ全体にわたって、Rzは5つの山の高さと5つの谷の深さの平均値です。Rzも表面粗さを表しますが、比較的Raの方がよく使用されます。
表面仕上げの良し悪しは、部品の使用性、組立性、外観品質に直接影響します。放電加工では、放電パラメータ、電極材質、加工液などを適切に調整することで、表面仕上げをある程度まで制御・改善することができます。これにより、様々な加工ニーズに対応できます。
表面仕上げはなぜそれほど重要なのでしょうか?
製造業とエンジニアリングにおける表面仕上げの価値は、いくら強調してもし過ぎることはありません。表面仕上げについて詳しく見ていくと、それが単なる表面処理以上の意味を持つことに気付くでしょう。まず、表面仕上げは製品の外観に直接影響します。さらに、製品の性能と寿命にも影響します。では、なぜ表面仕上げがそれほど重要なのか、見ていきましょう。
- 美的魅力人々が製品に対して抱く第一印象は、その外観と質感です。優れた表面仕上げは、視覚的な魅力を高めます。これは、人々が製品をどのように認識し、どれほど快適に使用できるかに大きな影響を与える可能性があります。
- 機能的パフォーマンス表面品質は、製品が周囲とどのように相互作用するかに直接影響します。例えば、滑らかな表面は摩擦を低減します。摩擦は可動部品に不可欠です。
- 耐久性と耐摩耗性表面仕上げは過酷な環境にも耐えられるよう設計されています。これにより、製品の耐摩耗性が向上し、耐用年数が延長されます。
- コーティング接着製品の表面の粗さは、コーティングや塗料の付着性に影響します。
- 摩擦と発熱の低減表面仕上げは、特に機械用途において、摩擦を最小限に抑え、熱の発生を減らし、効率を高めるのに役立ちます。
- 伝導性と放熱性の向上: 電気および熱用途での表面研磨は、伝導性を向上させ、熱を放散するのに役立ちます。
- 光の反射と散乱を制御する光学アプリケーションでは、表面の仕上げ方が光の反射や散乱に大きな影響を与える可能性があります。
ご覧のとおり、表面仕上げの重要性は見た目の美しさだけにとどまりません。製品の機能性、耐久性、そして全体的なパフォーマンスに大きく影響します。ハイテク機器の部品であれ、日常的に使用する製品であれ、表面仕上げは製品の品質と寿命を決定づける重要な要素です。
表面仕上げの主な特徴は何ですか?
表面仕上げの品質は、製品の性能、寿命、そして全体的な外観に大きな影響を与える可能性があります。そのため、表面仕上げの基本的な特性を理解することは非常に重要です。製造業に従事している方にとっても、製品表面の美しさや実用性を理解したい方にとっても、これは重要です。
製品デザイナー、機械工、あるいは単に製造の複雑さに興味がある方でも、これらの原則を理解することで、表面仕上げが製造と製品設計に与える影響をより深く理解できるようになります。
横たわる
「レイ」という用語は、完成品の表面の主要なパターンまたは配向を指します。製品の外観だけでなく、性能にも関係します。レイは、可動部品における潤滑剤の保持や表面全体の応力分散といった側面に影響を与えます。
レイは通常、目視または表面プロファイラーなどの専用機器を用いて測定されます。目的は、表面テクスチャの主なパターンを特定することです。パターンは平行、垂直、円形、あるいはランダムである場合もあります。この評価は、部品の機能や他の部品との相互作用に直接影響を与えるため、非常に重要です。
表面粗さ
表面粗さは、表面仕上げに関する会話でよく使われる言葉です。これは、表面上の小さな欠陥を指します。また、通常は機械加工や研磨などの製造工程によって生じます。表面の地形を構成するのは、小さな山と谷です。
表面粗さは、Ra（平均粗さ）、Rz（平均最大高さ）、Rmax（山と谷の垂直距離）などの指標を用いて欠陥を定量化することで測定されます。スタイラスプロファイラーは表面上を滑走し、垂直方向の偏差を測定します。これらの測定値は、表面が特定の用途における粗さ要件を満たしていることを確認するための重要な情報を提供します。
波状性
うねりは表面粗さとは異なります。うねりは、表面上により大きく、より広範囲に分布する不規則な形状を指します。これらは主に、反りや、フライス加工または熱処理工程中の振動によって引き起こされます。表面うねりを放置すると、ワークピースの組み立てに影響を与え、組み立ての複雑化につながる可能性があります。
波状度を測定するには、ある方法が使用されます。この方法は、表面の大きな波紋パターンに焦点を当て、表面粗さで収集されたより細かい詳細は無視します。波紋度測定ツールは、粗さ測定ツールに似ていますが、より細かい詳細を除去するように設計されています。
EDMの表面仕上げに影響を与える要因
理想的な表面仕上げを得るためには、放電加工技術を使用する際にいくつかの影響要因に特別な注意を払う必要があります。一般的な要因としては、放電パラメータ、電極の材質と形状、ワークの材質、加工液、そして機械精度などが挙げられます。これらの要因は、最終的な表面仕上げの品質に極めて重要であり、わずかな改善が予期せぬ結果をもたらす可能性があります。
排出パラメータ
放電パラメータは通常、放電電流、放電電圧、およびパルス周波数の 3 つの主な側面を指します。
放電電流の大きさは、放電加工面粗さに直接影響します。これは、パルス電流が大きいほど放電エネルギーが増加し、短時間でのエネルギー放出によって材料の溶融・蒸発が不均一になり、結果として表面粗さが増加するためです。一方、放電電流が小さい場合は、表面粗さは変化しません。
放電電圧のレベルは、放電ギャップの大きさと放電エネルギーの量に影響を与えます。適切な電圧は、安定した加工状態を維持し、より良好な表面仕上げを実現します。
パルス周波数は、単位時間あたりの放電回数を決定します。パルス周波数が高いほど加工速度は向上しますが、加工面粗度が増加する可能性があります。したがって、余分な材料を迅速に除去する必要がある場合は、より高いパルス周波数を選択できます。ただし、仕上げ加工時に良好な表面仕上げを確保するためには、一般的に周波数は高くしすぎないようにしてください。
電極材料の特性と形状
電極材料が表面仕上げに与える影響は無視できません。一方で、熱伝導率、硬度、耐摩耗性といった電極材料の特性は、加工プロセスの安定性と加工効果に影響を与え、ひいては表面仕上げにも影響を与えます。例えば、熱伝導率の高い電極材料を使用することで、加工プロセスにおける熱影響面積を縮小し、より滑らかな加工面を得ることができます。一方、銅電極は優れた導電性と耐摩耗性を備えているため、比較的高い表面仕上げを実現できます。
一方、電極材料の形状とサイズも放電加工面の仕上がりに影響を与えます。適切な電極形状を設計することで、加工中の側面腐食や炭素蓄積といった現象を軽減し、加工精度と表面仕上がりを向上させることができます。
ワークピース材質
ワーク材質が放電加工面粗さに与える影響は、最も直感的に理解できます。高い表面粗さが求められる部品の場合、放電加工時に良好な電気伝導性と高い熱伝導性を持つ材料を選択するようにしてください。そうすることで、放電加工時の熱分布を制御しやすくなり、より良好な表面粗さが得られます。通常、高硬度材料は高エネルギー放電に耐えることができますが、粗さが低下する可能性があります。したがって、製品の粗さと機能要件に応じて適切な材料を選択し、生産コストを最小限に抑える必要があります。EDMは 幅広い材料に適しています さまざまなアプリケーションの固有のニーズを満たします。
作動流体
加工液の種類によって放電加工への影響は異なり、最終的な表面仕上げにも影響を及ぼします。一般的に、加工液の種類によって冷却特性、切削片除去特性、脱イオン特性が異なります。優れた冷却性と断熱性を持つ加工液は、加工中の熱影響部（HAZ）とカーボンの蓄積を低減し、加工面の表面仕上げを向上させます。例えば、脱イオン水は高精度加工によく使用されますが、油性加工液は冷却性と切削片除去性に優れているため、特定の加工環境で使用されます。
さらに、加工液の濃度と温度も加工面の仕上がりに影響を及ぼします。濃度が高すぎても低すぎても、加工面の粗さが増加する可能性があります。適切な温度にすることで、加工液の冷却効果と潤滑性能が向上し、より良好な加工面仕上がりが得られます。
機械精度
工作機械の精度、安定性、剛性といった性能は、放電加工面の仕上がりにも影響を与えます。高精度工作機械は、加工プロセスのパラメータをより適切に制御できるため、より安定した高精度な加工結果を得ることができます。そのため、日常的に工作機械のメンテナンスとメンテナンスを適切に行うことが非常に重要です。
表面仕上げの標準化と測定
ワークの EDM 処理が完了したら、ワークの表面の品質を判断するために、まず測定を行って値を取得し、その後、仕上げ基準に基づいて測定結果を判断し、仕上げが合格かどうかを判断する必要があります。
表面仕上げ規格
表面仕上げ規格は、ワークピースの粗さを測定および評価するために使用される特定の基準と方法です。表面仕上げ規格を理解することは、製品の品質と機能を確保する上で重要です。一般的な規格には、ISO 4287、ASME B46.1、JIS B0601などがあります。ISO 4287は、国際標準化機構（ISO）によって開発された表面仕上げ規格です。粗さパラメータと測定方法を定義しています。ASME B46.1は、米国機械学会（ASME）によって開発された表面粗さ規格で、粗さの測定と評価を網羅しています。JIS B0601は、日本工業規格（JIS）によって開発された表面粗さ規格で、日本の産業界で使用される粗さパラメータを定義しています。
Yonglihao Machineryは機械部品の加工を専門とするサプライヤーです。高精度の放電加工設備を備えており、お客様のご要望と図面に基づき、最適な表面仕上げ基準で部品を加工いたします。
表面仕上げの測定方法
EDMで部品を加工した後、通常は部品の表面粗さを測定します。表面粗さの測定方法は様々で、それぞれに利点と適用範囲があります。しかし、欠点もあります。実際の加工状況に応じて、適切な一般的な測定方法を選択する必要があります。
スタイラス法
触針法は、接触面の測定方法の一つです。通常、輪郭線計（粗さ計）は、触針を用いて測定対象面を軽く撫で、触針の垂直方向の変位をセンサーで電気信号に変換し、表面粗さパラメータを直接求めます。測定プロセス全体は非常に正確で、幅広い表面に適していますが、柔らかい表面では損傷を与える可能性があります。比較的シンプルで高速であるため、比較的一般的な測定方法でもあります。
干渉法
干渉法の原理は、光波の干渉を利用し、干渉縞の形状と分布を観察することで表面粗さを評価することです。非接触測定法であるため、精度が高く、表面に損傷を与えることがありません。ただし、測定範囲が狭く、環境要件が厳しいため、表面仕上げの要求が高い部品に適しています。
比較方法
最初の2つの方法と比較すると、比較法は比較的簡単な測定方法です。まず、粗さ基準サンプルを選択し、それをEDM加工面と比較し、目視と手触りで粗さのレベルを判断します。表面仕上げの要件が特に厳しくない部品の場合は、通常この方法を使用できます。この方法はシンプルで直感的ですが、測定担当者への要求が高く、測定結果が主観の影響を受けます。
光源法
光源法は、様々な角度と強度の光を物体表面に照射し、その反射光の分布と強度を観察することで仕上がりを評価します。この方法は、微細な表面凹凸をより鮮明に観察できます。しかし、光源と観察条件を一定に保つ必要があります。また、操作が比較的複雑で、検査員に求められる要件も高くなります。
EDM表面仕上げを改善する方法
必要な表面仕上げを得るためには、通常、放電加工パラメータを最適化し、後処理技術によって表面仕上げを向上させることができます。これは必ずしも高い精度を保証するものではありませんが、従来の方法に比べてある程度の改善が期待できます。
EDMパラメータの最適化
電流、電圧、パルス周波数など、放電加工の表面品質に直接影響を与える適切な加工パラメータを選択します。実験とシミュレーションを通じて最適な加工パラメータを見つけ出し、より高い表面品質を実現します。
仕上げ工程では、電流値とパルス幅を小さくすることで表面粗さを低減し、仕上がりを向上させることができます。ただし、加工効率も考慮する必要があります。仕上げの要件を満たしつつ、可能な限り高速に加工する必要があります。
後処理技術
EDM加工の表面仕上げを向上させるには、まず、EDM加工後に研削、研磨などの後処理工程を施し、表面のバリや凹凸を除去して表面仕上げを向上させることができます。また、化学処理や電気化学研磨などの特殊処理を施すことで、より高い仕上げと性能を実現することも可能です。
優れた表面仕上げが求められる一般的な用途
EDM技術を用いることで、高硬度で加工が難しい導電性材料の加工が可能になります。非接触加工のため、部品の変形を引き起こすような機械的ストレスも発生しません。航空宇宙、医療機器、金型製造など、幅広い分野で応用されています。
航空宇宙
航空宇宙分野では、多くの部品が極端な温度と圧力に耐える必要があるため、表面仕上げと材料特性に対する要件が非常に高くなります。EDMはこれらの要件を満たし、部品の精度と信頼性を確保します。例えば、航空機エンジン部品の製造では、複雑な形状や高硬度の材料を加工するためにEDMが使用され、高精度で高品質な表面仕上げを実現します。
医療分野
医療分野では、放電加工（EDM）は複雑な形状の部品を正確に加工できます。また、インプラントの高い基準を満たす優れた表面仕上げも実現します。例えば、人工関節や精密手術器具などもEDMで加工できます。
金型製造
多くの部品は金型を用いて製造されます。そのため、金型には部品の精度と仕上げに関して一定の要件があります。例えば、プラスチック製品を製造するための精密射出成形金型では、キャビティ表面に非常に高い仕上げ精度が求められます。この仕上げは、プラスチック製品の表面品質を確保し、型からの取り出しを容易にします。さらに、放電加工技術はスタンピング金型の加工にも活用できます。
結論
EDMにおいて最高の表面仕上げを実現することは、非常に重要な課題です。EDMパラメータと後処理技術を最適化することで、部品の表面仕上げは向上します。また、技術の継続的な発展に伴い、より多くの業界でEDMが広く利用されるようになるでしょう。EDM技術についてご質問がございましたら、お気軽にお問い合わせください。また、EDMに関するプロジェクトやご要望がございましたら、お気軽にお問い合わせください。喜んでお手伝いさせていただきます。 一流のワイヤーEDM加工サービスご連絡をお待ちしております！
よくある質問
EDM はどのようにしてミラー効果を実現するのでしょうか?
EDM で鏡面仕上げを実現するには、次の操作を行います。
●プロセス設定の最適化
●高品質の電極の選択
●高品質の作動油を使用
●最先端の放電加工装置を使用
●適切な表面処理を施す。
EDM 加工における一般的な後処理技術は何ですか?
一般的な技術には、研磨、研削、ショットピーニングなどがあります。これらはすべて、再鋳造層を除去し、表面の質感を改善することを目的としています。
誘電液の種類は EDM の表面仕上げに影響しますか?
はい、流体の品質と管理は、異物の除去と冷却に大きく影響します。そして、それが表面仕上げにも影響します。