放電加工機とは? 仕組みやメリットを知って加工に活かそう

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放電加工機とは? 仕組みやメリットを知って加工に活かそう

放電加工機は、名前の通り放電によって金属を加工していく工作機械です。刃物によって直接金属を削っていく切削加工とは異なり、特殊な原理を利用した加工を行います。 この記事では、放電加工の原理や加工機の種類、放電加工のメリットなどをご紹介します。

放電加工機とは

金属加工には、さまざまな方法があります。金属を掘り進め成形する方法としては、ボール盤や旋盤、フライス盤などを使った切削加工がよく知られていますが、これは刃物によって金属を削っていく方法です。これに対し、放電加工は電気エネルギーによって金属を掘り進めます。被削材に向けてアーク放電をすることで生じる熱によって金属を溶かし、形彫りや切り抜き、小径の穴空け加工などを行います。この放電加工を行うための工作機械が、放電加工機です。

放電加工の仕組み

放電加工は、金属に向けて人工的な雷を連続で放電して、金属の表面を削っていく加工法です。 この人工的な雷は工事や採掘の現場における、つるはしを考えるとわかりやすいでしょう。「コンクリートをつるはしで砕いて掘り進めるとき、一度に砕ける破片は少量でも、つるはしを何度も振り下ろすことで大きな穴になる」というのが放電加工のイメージです。 放電加工はワーク(加工対象)を絶縁性の高い加工液の中に浸し、1秒間に1000~10万回の放電を繰り返します。放電加工の仕組みのうえで重要な意味を持つのは、この「液中であること」と「連続で放電を繰り返すこと」です。 電極とワークを数十ミクロンの距離に保ちながら放電すると、金属は数千℃に達して溶融が始まります。融解した金属は加工液によって急激に冷やされ、同時にその熱を受けた加工液は一瞬で気化して気泡の爆発を起こします。融解した金属は気化爆発によって加工面から吹き飛ばされ、加工液中で冷却されながら小さな粒となって飛散することで、表面が削られるのです。 このように、加工液中で連続放電を行うことで溶解・飛散・冷却を繰り返しながら、金属を掘り進めていくというのが、放電加工の仕組みです。

放電加工機の種類

放電加工を行える放電加工機には、大きく分けて形彫り放電加工機とワイヤ放電加工機の2種類があります。ここでは、放電加工機の種類別の特徴についてご紹介します。

・形彫り放電加工機

ワークに放電加工を行い、彫り進めることで必要な形状に加工する工作機械です。 放電によって加工される形状は電極の形状によって決まるため、形状の異なる電極を使い分けることでさまざまな形状を加工できます。 形掘り放電加工機は、基本的にNC装置によってマイクロメートル単位で位置が制御されるため、高精度で品質の安定した加工が可能です。 また、形掘り放電加工機と同様の仕組みで、極細の電極を用いて微細穴加工が可能なものもあります。

・ワイヤ放電加工機

ワイヤ状の電極からワークに対して放電を行い、必要な形状を切り出していくのがワイヤ放電加工機です。糸のこを使って木材を加工するのと同様のイメージで、ワークを自由な形状にくり抜いて加工できます。ワイヤ放電加工機も、高精度な加工が行えるNC装置を備えたものが主流です。

放電加工機を使うメリット

放電加工機には、他の工作機械にはないメリットがあります。ここでは、放電加工機を使うメリットについてご紹介します。

・難削材の加工が可能

放電加工機は、導電性のある物質であれば加工可能です。素材の硬度による影響をあまり受けず、硬度の高い素材や粘り気の強い素材などの難削材でも加工できます。 切削工具で高硬度の材質を加工する際は、それよりさらに硬度が高い工具が必要になりますが、放電加工では硬度によって電極を使い分けることはありません。高額な高硬度の切削工具を準備する必要がないため、コスト面でも有利です。

・大きさや厚みによる制限を受けない

機械側が固定可能な限界に制約を受けるものの、ワークの大きさや厚み、彫る深さなどに関係なく加工できます。ワイヤ放電加工機では厚みに影響されない切断が可能です。

・高精度で複雑形状の加工が可能

放電加工機による加工は、レーザーカット加工よりも高精度で、研削盤と比較しても遜色ない精度を出すことができます。放電エネルギーを小さくすることで、微細な加工や複雑な形状の加工も可能です。工作物や形状によっては、マイクロメートル単位での高精度加工が行えます。

・バリや熱変形など外力の影響がない

プレス加工や切削加工のような工具を直接押し当てる加工方法とは異なり、放電加工では直接の接触がなく、ワークが外力を受けることがありません。そのため、切断面のバリやダレがほとんど発生せず、きれいに仕上がります。 また、加工液の中で加工を行うので、ワークが常に冷却されている状態となることから、熱による変形や焼けによる変質もわずかで済む点もメリットです。

放電加工機なら難削材でも高精度な加工が行える

加工液中に入れたワークに放電を繰り返す放電加工なら、難削材に対しても高精度で複雑な形状の加工ができます。また、工具を接触させないので、外力の影響を受けずに済み、バリやダレなどもほとんど発生しません。ただし放電加工機による加工は、切削加工に速度の面で劣ります。求める仕上がりや完成までの期間に応じて使い分けることが重要です。

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