製造業において、ワイヤーカット工作機械は徐々に普及しつつあります。高精度な切断が可能であることが特徴です。WEDM（ワイヤ放電加工）は、先端技術を用いた装置です。工具の電極として極細の金属線（電極線）を用い、さらにワイヤとワークの間にパルス電流を流します。パルス放電による電食作用を利用してワークを切断するため、従来の加工方法の限界を打ち破り、複雑で精密なワークを加工することができます。
この記事では、ワイヤーカット工作機械の加工原理と機械の種類について解説します。切断可能な材料の種類とその特性、材料加工におけるワイヤーカット工作機械の利点と限界、そして様々な材料加工におけるワイヤーカット工作機械の用途と加工技術について解説します。これらを理解することで、より明確な理解が得られるでしょう。現代の製造業におけるワイヤーカットの重要な役割についても解説します。
目次
ワイヤーカット放電加工とは？
ワイヤカット放電加工（WEDM）、別名ワイヤEDMは、特殊な加工方法です。その基本原理は、細い金属ワイヤ（電極ワイヤ）を移動させ、ワークピースにパルス状の火花放電を発生させることです。これによりワークピースの材料が溶融・蒸発し、切断されます。
ワイヤー EDM はどのように機能しますか?
WEDM（ワイヤ放電加工）の動作原理は、電気火花放電現象に基づいています。このプロセスでは、電極線とワークピースが電源の正極と負極に接続されます。両者が一定の距離に近づくと、作動流体（通常は脱イオン水などの絶縁性液体）内に電界が形成されます。電界の強度が増加し、放電電圧でワークピースと電極線の間に火花が発生します。火花の熱によってワークピースは溶融・蒸発し、その後、溶融した材料が噴射されて洗い流されます。このプロセスによって材料が除去されます。
ワイヤー放電加工機のコンポーネント
この機械は、材料を所望の形状に成形するために連携して機能する複数の部品で構成されています。以下は、この機械の構成要素です。
CNCツール
CNC工具は、ワイヤ放電加工プロセス全体の動作を制御します。動作全体の制御には、ワイヤパスのシーケンス制御と切断プロセスの自動管理が含まれます。CNC工具の高度さが、誤差レベルと加工時間を左右することに注意することが重要です。
電源
電源ユニットは、ワイヤ電極とワークピースにパルス（100V～300V）を供給するコンポーネントです。さらに、ワイヤ電極を通過してワークピースと相互作用する電荷の周波数と強度を制御します。ワイヤ切断プロセス中に必要な品質と種類の電荷を供給するには、高度な電源ユニットが必要です。
ワイヤー
ワイヤは放電を発生させる電極として機能します。加工対象物の形状と厚さはワイヤの直径に直接影響します。通常、直径0.05～0.25mmのワイヤを使用します。主なワイヤの種類は以下のとおりです。
真鍮線
真鍮は優れた導電性を持つため、最も一般的な放電加工用ワイヤー素材です。銅と亜鉛の合金で、亜鉛含有量が多いほどワイヤーの切断速度は速くなります。ただし、亜鉛含有量にはバランスが必要です。亜鉛含有量が40%を超えると、真鍮ワイヤーの腐食速度が低下するためです。
亜鉛メッキワイヤー
名前の通り、ワイヤー表面に純亜鉛または酸化亜鉛をコーティングすることで得られます。メーカーは、加工速度を向上させるため、亜鉛コーティングワイヤーを使用しています。
拡散焼鈍線
拡散焼鈍処理は、亜鉛含有量の高い線材（40%亜鉛以上）の製造に役立ちます。この処理では、線材を純亜鉛の層でコーティングします。これらの線材は大量生産に最適で、多くの材料の加工が可能です。
誘電体媒体
ワイヤ放電加工は、放電加工液を満たしたタンク内で行う必要があります。この液は、加工対象物から発生する微細な粒子がワイヤ電極に付着するのを防ぎます。最も一般的な媒体は脱イオン水です。これは、加工プロセスを冷却し、加工対象物に良好な表面仕上げを与えるためです。
電極
機械内の電極は、ワイヤ（陰極）とワーク（陽極）です。サーボモーターはワイヤ電極を制御し、ワイヤ放電加工の切断工程中、ワイヤ電極がワークに接触しないようにします。
WEDMマシンの種類
WEDMマシンの種類を理解するには、まず、マシンが様々な基準で分類できることを知っておく必要があります。例えば、トラベラーの種類、使用分野、構造形式などです。以下に、WEDMマシンの一般的な種類をいくつか挙げます。
ワイヤートラベラーの種類による分類
高速送り型ワイヤーカット機は、電極線が高速で走行するタイプです。通常、モリブデン線を電極線として使用します。加工精度と表面品質は比較的低いですが、加工コストも低く、それほど高い精度を必要としない部品の加工に適しています。低速送り型ワイヤーカット機は、電極線を比較的低速で走行させるタイプで、通常、銅線を使用します。加工精度は高く、表面品質は良好ですが、加工コストは高く、高精度加工によく使用されます。 複雑な形状の部品.
応用分野別
一般的なワイヤー切断機は、従来の放電加工技術を採用しています。通常は高速ワイヤー技術を採用し、機械部品や金型など、一般的な産業部品の加工に使用されます。精密ワイヤー切断機とは異なり、高度な放電加工技術を採用しています。高い安定性と高い制御精度を誇り、通常は低速ワイヤー送り技術を採用しています。
構造形態による区分
構造形式により、垂直型ワイヤー切断機と寝室型ワイヤー切断機に分けられます。前者は主に主軸が作業台に対して垂直で、ワークは水平に配置されます。小型・中型部品の加工に適しており、観察や操作が容易です。後者は主軸が作業台に対して平行で、ワークは水平または傾斜に配置されます。主に大型部品や異形部品の加工に適しています。
WEDMに適した材料は何ですか?
ワイヤ放電加工（EDM）において最も重要な要素の一つは、材料の導電性です。良好な導電性は電流の流れをスムーズにし、安定した放電パルスを生み出し、材料を効率的かつ正確に除去します。加工対象材料の導電性が良好でなければ、WEDMによる加工は不可能です。したがって、ワイヤ放電加工に適した材料を選択することは、最終製品の品質にとって極めて重要です。
金属材料
金属材料は一般的に電気伝導性に優れており、機械工学の分野で広く使用されています。そのため、ワイヤー放電加工は金属材料の加工に適しています。例えば、鋼（炭素鋼、合金鋼などを含む）、ステンレス鋼、炭化物、チタンおよびチタン合金などの金属材料です。超硬合金に含まれるタングステン鋼および炭化タングステン。これらの材料は硬く、耐摩耗性に優れています。ワイヤー放電加工を用いた高精度の金型や工具の製造に適しています。耐熱合金は航空機のエンジンやタービンによく使用され、高温下でも優れた強度を維持できます。加工可能な一般的な金属材料は次のとおりです。
アルミニウム
アルミニウムは優れた熱伝導性と電気伝導性を備えています。しかし、アルミニウムはもともと柔らかいため、この加工方法では切削が難しい場合があります。これは、加工後にアルミニウムに粘着性の堆積物が生じる可能性があるためです。
チタン
ワイヤー放電加工はチタンに最適です。この加工法はチタン合金の粘着性に耐え、長い切削片を分割できるためです。ただし、加工中の発熱を抑えるため、誘電媒体として脱イオン水が必要です。
鋼鉄
鋼は非常に強度の高い金属です。そのため、多くのメーカーはCNC加工機よりもワイヤー放電加工機の使用を好みます。しかし、鋼は高熱を発生するため、必要な予防措置を講じる必要があります。
真鍮
真鍮は引張強度が高いため、機械で切断しやすいですが、柔らかい金属なので切断速度は遅くする必要があります。
黒鉛
従来の切削工具ではグラファイトを切断するのは難しい場合があります。しかし、ワイヤ放電加工はワイヤが鋭利であるため、粒子の抜け落ちを防ぐことができ、適しています。
非金属材料
ワイヤ放電加工は主に導電性材料を加工します。特殊な技術を用いることで、グラファイトやセラミックスなどの非金属材料も加工可能です。グラファイト自体は導電性があるため、ワイヤ放電加工で直接加工できます。しかし、セラミック材料は通常導電性がないため、加工工程はやや複雑になります。加工前に、セラミック表面に銅や銀メッキなどの導電性材料の薄い層をコーティングします。あるいは、特殊な導電性治具を使用することもできます。これらの治具はセラミックワークピースを固定し、支持します。これにより、加工中に電流が確実に流れるようになります。また、導電性粒子を含む加工液にセラミックを浸漬することもできます。これにより、一時的に導電性が付与されます。これらの治具は、セラミック材料の切削加工に適した電極ワイヤと組み合わせて使用できます。
特殊素材
いくつかの新しい複合材料もワイヤーカットで加工できます。これには金属マトリックス複合材や炭素繊維複合材が含まれます。ただし、これは特殊な条件下でのみ可能です。金属マトリックス複合材では、金属が適切に分散している必要があります。また、優れた導電性も必要です。そうすることで、ワイヤーカットが可能になります。金属マトリックス複合材の加工性は、主にその微細構造と構成相の性質に依存します。炭素繊維強化複合材もワイヤーカット放電加工が可能ですが、一般的には使用されず、通常は機械加工、レーザー加工など、より適切な他の加工方法が使用されます。
ワイヤーカット放電加工のメリット
他の加工方法と比較して、ワイヤ EDM には次の利点があります。
- 高精度： ワイヤカット放電加工は、特に複雑な形状や極小部品において高い加工精度を実現できるという大きな利点があります。また、非常に良好な表面仕上げを実現できます。 EDMにおける最高の表面仕上げ, 電気パラメータの最適化、電極材料の選定、加工液の選定、高周波振動技術、精密サーボ制御、適切な表面後処理などに注意を払う必要があります。これらの技術を適用することで、表面仕上げを大幅に向上させ、高精度部品の加工要件を満たすことができます。
- 幅広い導電性材料の加工： 導電性材料であれば、厚さ、サイズ、硬度を問わず加工可能です。超硬合金、セラミック、金属など、あらゆる硬度の材料に適しており、高い適応性を備えています。
- 複雑な形状の部品の加工に適しています。 ワイヤカット加工は、複雑なCNC曲線を加工できます。直線と円弧を組み合わせたような柔軟な形状にも対応でき、上下の線を移動させることでテーパー形状も加工できます。
- 機械的なストレスを生じない: 切削加工には切削抵抗がないため、ワークへの衝撃や熱の影響が少なく、薄肉部品や脆性材料に適しており、ワークの変形や応力を軽減します。
ワイヤーカット加工の限界
ワイヤーカット加工には多くの加工上の利点があるが、 一定の制限デメリットは以下のとおりです。
- 加工速度は比較的遅いです。ワイヤーカットは高速ですが、厚くて硬い材料の場合は他の方法よりも遅くなります。精密加工や小ロット生産に適していますが、大量生産の高速加工には適していません。
- 加工範囲には制限があります。ワイヤーカットは導電性材料のみを加工できます。プラスチック、ゴムなどの非導電性材料は加工できません。
- 電極線の頻繁な交換。加工工程中の電極線は消耗し続け、電気火花による腐食が止まらず、破損しやすいため、電極線の頻繁な交換が必要となり、コストが増加します。 処理コスト.
ワイヤーカット加工の一般的な用途
ワイヤーカット加工は、高精度、複雑な形状の加工が可能な材料特性を活かし、多くの産業分野で幅広く利用されています。
金型製造
金型には高い精度が求められ、多くの金型は金属を原料として高精度で加工され、複雑な形状を加工できるため、ワイヤーカット加工は射出成形金型、スタンピング金型、ダイカスト金型、押出成形金型などの金型製造分野で広く利用されています。 正確に処理する 複雑なキャビティ、コア、および形状構造を加工することで、金型の精度と品質を確保します。金型製造において、ワイヤー放電加工は最適な加工方法の一つです。
航空宇宙分野
航空宇宙分野で使用される部品は、高精度、信頼性、安全性が求められます。なぜなら、微細な加工欠陥が重大な事故につながる可能性があるからです。そのため、ワイヤ放電加工機（EDM）の活用は、設計要件を最大限に満たし、高精度化を実現する上で不可欠です。航空機エンジンブレードや宇宙船部品などの加工に用いられるワイヤカット放電加工は、高精度かつ複雑な形状の要求を満たすことができます。
電子製品の製造
現代社会は急速に発展しており、電子製品の普及は加速しています。機能性と性能に対する要求はますます高まっています。エレクトロニクス業界では、ワイヤーカットはあらゆる種類の電子コネクタ、コネクタ、その他の精密部品の加工に用いられています。
医療機器製造
医療機器製造においては、ワイヤーカット放電加工により高精度の手術器具、インプラント、歯科用ツールなどが製造されています。
自動車製造
自動車製造分野では、ワイヤーカット放電加工は主に自動車の金型、エンジン部品、トランスミッションシステム部品などの加工に使用されています。
精密機器および装置
多くの精密機器では、部品の公差要件が比較的厳しく、部品のサイズもそれほど大きくないため、ワイヤ放電加工は精密機器や装置部品の製造において重要な役割を果たします。光学機器、医療機器、測定機器などでは、用途が広く、小さな部品や高精度の部品を加工でき、良好な表面仕上げを実現できます。
ワイヤーカット加工のヒント
WEDMは、複雑な形状や高硬度の材料を使用した部品の製造に適した高精度の加工方法です。Yonglihao MachineryはWEDMにおいて長年の経験と専門知識を有しており、WEDMを使用する際には、以下に示すようにいくつかの加工技術があります。
適切な電極線の選択
適切な電極線の材質（モリブデンやタングステンなど）と直径は、材料の精度要件と加工条件によって異なります。細い電極線は精度を向上させますが、折れやすいため、微細加工に使用されます。太い電極線は安定性が高くなりますが、精度は若干劣ります。大型部品や高速切断に適しています。
処理パラメータとパスの最適化
最適化には、パルス幅、パルス間隔、放電電流、切断速度などの加工パラメータが含まれます。実験と経験を通して、加工材料と部品形状に最適なパラメータを見つけ出すことで、効率と表面品質が向上します。また、切断開始点と切断経路を適切に配置することで、頻繁なステアリング操作や繰り返し切断を回避し、加工時間と電極線の損失を削減します。
効率的な冷却剤を使用する
冷却およびすすぎには高効率の冷却剤（脱イオン水など）を使用して、熱の影響を減らし、電極線およびワークピースの表面に放電生成物が蓄積するのを防ぎます。
機器の定期メンテナンス
加工精度と安定性を確保するため、ワイヤーカット機器を定期的に校正してください。また、摩耗または老朽化した部品は適時に交換してください。
結論
本稿ではまず、ワイヤ放電加工（EDM）の定義と原理について解説します。次に、工作機械の種類、そしてWEDMに適した材料について解説します。また、この加工法の長所と短所についても考察します。最後に、一般的な用途について解説します。さらに、WEDMを理解するための加工技術についても紹介します。ワイヤ放電加工に関するその他の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。引き続きご回答いたします。 ワイヤー放電加工 ご要望やプロジェクトがございましたら、ぜひお問い合わせください。お見積もりと専門家によるサポートをご提供いたします。ご連絡をお待ちしております。
よくある質問
WEDM は非金属材料を切断できますか?
一般的に、WEDMは導電性材料にのみ適しています。プラスチックやセラミックなどの非金属材料は、このプロセスでは加工できません。ただし、特殊な処理を施したり、導電性部品を追加したりすることで、非金属材料をWEDMで加工できる場合もあります。ただし、これはまれです。
WEDM加工の精度はどのくらいですか？
WEDMは非常に高い精度を実現できます。公差は0.0001インチという極めて小さな値まで許容できるため、精密な用途に最適です。
WEDM は大量生産にコスト効率が良いですか?
WEDMは通常、小中規模の生産では安価です。また、高精度が求められる用途にも適しています。大量生産の場合は、他の方法の方が経済的な場合があります。