JP2006055933A - Electrolytic solution jet machining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細な穴加工や溝加工を行なう電解液ジェット加工方法に関する。特に、任意の加工形状を加工する電解液ジェット加工方法に関する。 The present invention relates to an electrolytic solution jet processing method for performing fine hole processing and groove processing. In particular, the present invention relates to an electrolytic solution jet processing method for processing an arbitrary processed shape.
被加工物に向けて直線状の電解液ジェットを噴出するとともに、ノズルと被加工物との間に所定の電圧を印加して、電解液噴流の直下のみを選択的に加工する電解液ジェット加工方法が知られている。電解加工は、導電性の難切削材の加工が可能であるとともに、放電加工のように加工面に変質層やバリ、クラックなどが形成されたり、残留応力による変形が生じない。また、仕上面質と仕上面粗さが良好である。 Electrolyte jet machining that ejects a linear electrolyte jet toward a workpiece and applies a predetermined voltage between the nozzle and the workpiece to selectively process just under the electrolyte jet. The method is known. Electrolytic machining enables machining of electrically difficult-to-cut materials, and does not cause alteration layers, burrs, cracks, or the like on the machining surface as in electric discharge machining, and does not cause deformation due to residual stress. Also, the finished surface quality and finished surface roughness are good.
電解液ジェット加工方法は、例えば、特許文献1に代表的に開示されるように、以前からよく知られている電解加工方法の1つであるが、精密かつ微細な穴や溝形状を電解加工することは困難であり、専ら局部的な加工面の仕上げ、研磨、切断、孔あけなどに利用されていたようである。最近では、例えば、特許文献2に電解液ジェットによる切断加工方法が開示されている。本発明者らも、非特許文献1,非特許文献2,非特許文献3に示されるように、電解液ジェット加工方法の加工特性に関する基礎的研究を行ない、順次発表している。 The electrolytic solution jet processing method is one of electrolytic processing methods that have been well known for a long time, as disclosed in, for example, Patent Document 1, but a precise and fine hole or groove shape is electrolytic processed. It is difficult to do so, and seems to have been used exclusively for finishing, polishing, cutting, drilling and the like of locally processed surfaces. Recently, for example, Patent Document 2 discloses a cutting method using an electrolyte jet. As shown in Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, and Non-Patent Document 3, the present inventors have also conducted basic research on processing characteristics of an electrolytic solution jet processing method, and have announced them sequentially.
微小な内径のノズルが提供されるようになり、また、移動体の位置決め制御がより精密に行えるようになったことから、電解液ジェットでより高精度な加工が行えるようになってきている。そのため、仕上面質と仕上面粗さに優れる電解液ジェットによって微小で精密な金型や部品を高精度に加工することが期待されている。しかしながら、電解液ジェットで微細な任意の加工形状を望ましい加工精度で加工すること、とりわけ数百μm〜数十μm以下のオーダの高精度で加工することは容易ではない。 Since a nozzle having a very small inner diameter has been provided, and positioning control of a moving body can be performed more precisely, higher-precision processing can be performed with an electrolyte jet. Therefore, it is expected that minute and precise molds and parts are processed with high accuracy by an electrolytic solution jet having excellent finished surface quality and finished surface roughness. However, it is not easy to process an arbitrary fine processed shape with an electrolytic solution jet with a desired processing accuracy, particularly with high accuracy on the order of several hundred μm to several tens μm.
本発明は、導電性の難切削材に微細な任意の加工形状の加工をより高精度に行なうことができ、仕上面質と仕上面粗さに優れる電解液ジェット加工方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an electrolytic solution machining method capable of performing processing of a fine arbitrary machining shape on a conductive difficult-to-cut material with higher accuracy and excellent in finished surface quality and finished surface roughness. And
本発明の電解液ジェット加工方法は、電解液ジェットノズルを加工電源の陰極に接続し被加工物を上記加工電源の陽極に接続し上記ノズルから直線状の電解液ジェットを上記被加工物に噴射しながら上記ノズルを上記被加工物に対して相対移動させて被加工物に電解加工を行なう電解液ジェット加工方法において、重ね合わせの原理に基づいて所望の輪郭形状と加工深さが得られるように設定された加工条件に従う加工溝を重ね合わせて上記ノズルの相対移動軌跡を設定し、上記相対移動軌跡に沿って上記ノズルを走査して所望の加工形状を加工することを特徴とする。 In the electrolytic solution jet machining method of the present invention, an electrolytic solution jet nozzle is connected to a cathode of a machining power source, a workpiece is connected to an anode of the machining power source, and a linear electrolyte jet is ejected from the nozzle to the workpiece. In the electrolytic solution machining method in which the nozzle is moved relative to the workpiece to perform electrolytic machining on the workpiece, a desired contour shape and machining depth can be obtained based on the principle of superposition. The relative movement trajectory of the nozzle is set by superimposing the processing grooves according to the processing conditions set in the above, and the nozzle is scanned along the relative movement trajectory to process a desired processing shape.
上記電解液ジェット加工方法は、好ましくは、上記加工電源から供給する電流を操作することによって上記所望の加工深さを得るようにする。 In the electrolytic solution jet processing method, preferably, the desired processing depth is obtained by operating a current supplied from the processing power source.
また、本発明の別の電解液ジェット加工方法は、電解液ジェットノズルを加工電源の陰極に接続し被加工物を上記加工電源の陽極に接続し上記ノズルから直線状の電解液ジェットを上記被加工物に噴射しながら上記ノズルを上記被加工物に対して相対移動させて被加工物に電解加工を行なう電解液ジェット加工方法において、上記ノズルの穴断面形状を所望の加工形状のエッジまたはコーナに相当する形状とし、可能な限り上記ノズルを加工面に近接させるとともに供給する電解液の圧力を高圧として、上記穴断面形状を転写するようにして所望の加工形状を加工することを特徴とする。 Further, another electrolytic solution jet machining method of the present invention comprises an electrolytic solution jet nozzle connected to a cathode of a machining power source, a workpiece connected to an anode of the machining power source, and a linear electrolytic solution jet from the nozzle. In an electrolytic solution jet machining method for performing electrolytic machining on a workpiece by moving the nozzle relative to the workpiece while spraying the workpiece, the hole cross-sectional shape of the nozzle is changed to an edge or a corner of a desired machining shape. The nozzle is moved as close to the machining surface as possible, and the pressure of the electrolyte supplied is set to a high pressure, and the desired machining shape is machined so as to transfer the hole cross-sectional shape. .
上記電解液ジェット加工方法は、上記ノズルの移動速度を制御して加工時間を操作することによって所望の加工深さを得るようにする。 In the electrolytic solution jet processing method, a desired processing depth is obtained by controlling a moving speed of the nozzle and operating a processing time.
また、本発明の電解液ジェット加工方法は、好ましくは、電解液ジェットの電解液として不働態化皮膜を形成する硝酸ナトリウム水溶液を使用し上記被加工物の表面に不働態化皮膜を形成しながら上記所望の加工形状を加工することを特徴とする。また、好ましくは、砥粒が混入された電解液ジェットを使用する。 In addition, the electrolytic solution jet processing method of the present invention preferably uses an aqueous sodium nitrate solution that forms a passivated coating as the electrolytic solution of the electrolytic jet while forming the passivated coating on the surface of the workpiece. The desired processing shape is processed. Also preferably, an electrolyte jet mixed with abrasive grains is used.
本発明の電解液ジェット加工方法は、設定された加工条件に従う溝幅と溝深さの加工溝を加工することができる。そして、重ね合わせの原理に基づいて加工溝が重なり合うように電解液ジェットノズルを走査して所望の輪郭形状と加工深さを得るように加工するので、設定された加工条件に従う加工溝の精度に依存して予定されたとおりの加工を行えるから、微細な任意の加工形状をより高精度に加工することができる。その結果、加工面質と加工面粗さが要求される微細な精密金型や部品加工をより高精度に行えることができる優れた効果を奏する。 The electrolytic solution jet processing method of the present invention can process a processing groove having a groove width and a groove depth according to the set processing conditions. Based on the superposition principle, the electrolyte jet nozzle is scanned so that the processing grooves are overlapped, and processing is performed so as to obtain a desired contour shape and processing depth, so that the processing groove accuracy according to the set processing conditions is improved. Therefore, it is possible to perform processing as planned depending on the situation, and it is possible to process a fine arbitrary processing shape with higher accuracy. As a result, there is an excellent effect that it is possible to perform fine precision molds and parts processing that require high processing surface quality and high processing surface roughness with higher accuracy.
加工電源から供給する電流値を変化させることによって所望の加工深さを得るようにすると、加工時間などの加工深さを調整できる他のパラメータを操作することに比べて制御性に優れているので、より容易に高精度の形状加工が行えることができる効果を奏する。 If the desired machining depth is obtained by changing the current value supplied from the machining power supply, the controllability is superior to operating other parameters that can adjust the machining depth such as machining time. Thus, it is possible to more easily perform highly accurate shape processing.
また、本発明の別の電解液ジェット加工方法は、ノズルの穴断面形状を輪郭形状のエッジまたはコーナに相当する形状にし、可能な限りノズルを加工面に近付けてギャップを狭くするとともに電解液ジェットの圧力を高圧とするので、ノズルの穴断面形状がより誤差が小さく正確に転写され所望の輪郭形状のエッジやコーナをシャープに形成することができる。その結果、加工面質と加工面粗さが要求される微細な精密金型や部品加工をより容易に行えることができる優れた効果を奏する。 Further, according to another electrolytic solution jet processing method of the present invention, the hole cross-sectional shape of the nozzle is made to be a shape corresponding to an edge or a corner of the contour shape, and the nozzle is moved as close to the processing surface as possible to narrow the gap and the electrolyte jet Therefore, the nozzle hole cross-sectional shape is accurately transferred with less error, and the edges and corners of the desired contour shape can be sharply formed. As a result, there is an excellent effect that it is possible to more easily perform fine precision molds and parts processing that require a processed surface quality and a processed surface roughness.
上記電解液ジェット加工方法は、供給する電流を変化させずに、加工時間を操作することによって所望の加工深さを得るようにする場合、輪郭形状に比較的影響を与えにくいパラメータを操作して、常に予定された加工精度を得る最適な電流値に従い加工するので、予定された輪郭形状精度のとおりで所望の溝深さに加工溝を形成することができ、より正確に所望の任意の加工形状を加工することができる。 In the above-described electrolyte jet machining method, when the desired machining depth is obtained by manipulating the machining time without changing the current to be supplied, the parameters that hardly affect the contour shape are manipulated. Since the machining is performed according to the optimum current value to always obtain the scheduled machining accuracy, the machining groove can be formed at the desired groove depth according to the planned contour shape accuracy, and any desired machining can be performed more accurately. The shape can be processed.
硝酸ナトリウム水溶液は、被加工物の表面に不働態化皮膜を形成しやすい。不働態化皮膜を形成する電解液は、低い電流密度の領域で電解を妨げる作用が生じて、直線状の電解液ジェットの軸中心から離れるほど急激に除去量が減少する。そのため、本発明の電解液ジェット加工方法において、電解液ジェットの電解液として不働態化皮膜を形成しやすい硝酸ナトリウム水溶液を使用することによって、単一の加工溝の断面形状における裾野の部位が狭まって、より正確な加工溝幅が得られる。その結果、さらに高精度の電解液ジェット加工が行える優れた効果を奏する。 A sodium nitrate aqueous solution tends to form a passivated film on the surface of the workpiece. The electrolytic solution that forms the passivating film has an effect of hindering electrolysis in a low current density region, and the removal amount decreases rapidly as the distance from the axial center of the linear electrolytic solution jet increases. Therefore, in the electrolytic solution machining method of the present invention, by using a sodium nitrate aqueous solution that easily forms a passivated film as the electrolytic solution of the electrolytic solution jet, the base portion in the cross-sectional shape of the single processed groove is narrowed. Thus, a more accurate groove width can be obtained. As a result, there is an excellent effect that the electrolytic solution jet processing can be performed with higher accuracy.
電解液に砥粒を混入し、砥粒が混入された電解液ジェットを使用して加工する場合は、砥粒の研磨作用によって仕上面粗さが向上する。特に、不働態化皮膜を形成する電解液ジェットで加工をするときは、砥粒が電解液ジェットの直下のみ不働態化皮膜を除去して電解作用を促進させ、加工形状精度が向上する効果を奏する。 When the abrasive grains are mixed in the electrolytic solution and processing is performed using the electrolytic solution jet in which the abrasive grains are mixed, the finished surface roughness is improved by the polishing action of the abrasive grains. In particular, when processing with an electrolyte jet that forms a passivated coating, the abrasive removes the passivated coating only underneath the electrolyte jet to promote electrolytic action and improve machining shape accuracy. Play.
図1に本発明の電解液ジェット加工方法を実施する装置の概略構成を示す。図1の電解液ジェット加工装置は、電解液ジェットノズル1を加工電源である定電流電源装置2の陰極に接続し被加工物3を定電流電源装置2の陽極に接続する。耐圧タンク4に清浄な電解液を貯留し、耐圧タンク4内の電解液は、エアレギュレータ5で圧力調整されるエアコンプレッサ6からの圧縮空気によってジェットノズル1に供給され、所定の液圧の直線状の電解液ジェットが被加工物3の加工面にほぼ垂直に噴射される。 FIG. 1 shows a schematic configuration of an apparatus for carrying out the electrolytic solution jet processing method of the present invention. In the electrolyte jet machining apparatus of FIG. 1, the electrolyte jet nozzle 1 is connected to the cathode of a constant current power supply device 2 that is a machining power source, and the workpiece 3 is connected to the anode of the constant current power supply device 2. A clean electrolyte is stored in the pressure tank 4, and the electrolyte in the pressure tank 4 is supplied to the jet nozzle 1 by the compressed air from the air compressor 6 whose pressure is adjusted by the air regulator 5, and a straight line having a predetermined hydraulic pressure. A liquid electrolyte jet is jetted substantially perpendicular to the machining surface of the workpiece 3.
ジェットノズル1は、図示しないコラムに搭載されるX軸移動体とY移動体によって水平2軸方向に移動する。被加工物3は、Z軸移動体7で昇降する加工テーブル8上に取り付けられる。加工テーブル8の周囲にスプラッシュガード9が設置され、ジェットノズル1から噴出した電解液は、加工テーブル8の下側に設けられる液槽10に回収される。図示しない制御装置は、各移動体を同時に位置決め制御し、ジェットノズル1の走査速度を制御する。また、制御装置は、少なくとも定電流電源2から供給される直流電流を設定された電流値に制御し、エアレギュレータ5を調整して電解液ジェットの液圧を制御する。 The jet nozzle 1 moves in two horizontal axes by an X-axis moving body and a Y-moving body mounted on a column (not shown). The workpiece 3 is mounted on a machining table 8 that is moved up and down by a Z-axis moving body 7. A splash guard 9 is installed around the processing table 8, and the electrolytic solution ejected from the jet nozzle 1 is collected in a liquid tank 10 provided below the processing table 8. A control device (not shown) controls the positioning of the moving bodies at the same time and controls the scanning speed of the jet nozzle 1. Further, the control device controls at least the direct current supplied from the constant current power source 2 to a set current value and adjusts the air regulator 5 to control the fluid pressure of the electrolyte jet.
制御装置に設定される所定の相対移動軌跡と加工条件に従って、ジェットノズル1から直線状の電解液ジェットを被加工物3に噴射しながらジェットノズル1を被加工物3に対して相対移動させて被加工物3に電解加工を行なう。このとき、ジェットノズル1の走査によって加工条件に従う溝幅および溝深さの加工溝が形成される。加工条件を一定にするとともに、ジェットノズル1を走査する相対移動速度を一定にすると、同一溝幅と同一加工深さの加工溝を得ることができる。なお、ジェットノズル1の種類や被加工物3の材質に対応する加工条件は、印加電圧のような電気条件と電解液濃度のようなパラメータを含む。 The jet nozzle 1 is moved relative to the workpiece 3 while jetting a linear electrolyte jet from the jet nozzle 1 onto the workpiece 3 according to a predetermined relative movement locus and processing conditions set in the control device. Electrolytic machining is performed on the workpiece 3. At this time, a processing groove having a groove width and a groove depth according to the processing conditions is formed by scanning the jet nozzle 1. If the processing conditions are made constant and the relative movement speed of scanning the jet nozzle 1 is made constant, a processing groove having the same groove width and the same processing depth can be obtained. The processing conditions corresponding to the type of the jet nozzle 1 and the material of the workpiece 3 include electrical conditions such as applied voltage and parameters such as electrolyte concentration.
このとき、ジェットノズル1の加工電源として定電流電源装置2を使用してジェットノズル1と被加工物3とのギャップに合わせて電圧を制御し電流を一定に維持するように構成し、かつ直線状の電解液ジェットを供給していてジェットノズル1の直下以外に浮遊電流が流れないから、ギャップの変化に関わらず、加工形状精度に影響を与えない。一方、電解液中で工具電極と被加工物を浸漬して加工する電解加工方法では、工具電極の直下以外に浮遊電流が流れるために、ギャップの変動で加工深さや加工溝幅が変化する。したがって、実施の形態の電解液ジェット加工方法は、ギャップを一定に維持する必要がなく、より容易に高精度の形状加工を行える利点を有する。 At this time, a constant current power supply device 2 is used as a processing power source for the jet nozzle 1, and the voltage is controlled in accordance with the gap between the jet nozzle 1 and the workpiece 3 so as to keep the current constant. Since a floating electrolyte current is supplied and no floating current flows except directly under the jet nozzle 1, the machining shape accuracy is not affected regardless of the gap change. On the other hand, in an electrolytic processing method in which a tool electrode and a workpiece are immersed in an electrolytic solution, a floating current flows in a portion other than directly below the tool electrode, so that a processing depth and a processing groove width change due to a gap variation. Therefore, the electrolytic solution jet machining method according to the embodiment does not need to maintain a constant gap, and has an advantage that shape processing with high accuracy can be performed more easily.
原理的には、ジェットノズル1から噴射される電解液ジェットの電解液柱の幅を間隔とする相対移動軌跡でジェットノズル1を走査して加工を行なうと任意の加工形状を加工できる。ただし、電解液ジェット加工は、加工媒体として液体を使用するので、各加工溝の断面形状を完全に矩形にすることは困難であり、所望の加工深さを得ることが難しい。所望の加工形状が複雑な形状であるときは、相対移動軌跡を設定することそのものが容易ではない。そのため、電解液ジェットの電解液柱の幅の加工溝を単純に並べる発想だけでは、任意の輪郭形状と加工深さを有する所望の加工形状を満足のいく加工形状精度で容易に加工しきれないことが多い。 In principle, any machining shape can be machined by scanning the jet nozzle 1 along a relative movement trajectory with the width of the electrolyte column of the electrolyte jet sprayed from the jet nozzle 1 as an interval. However, since the electrolytic solution jet processing uses a liquid as a processing medium, it is difficult to make the cross-sectional shape of each processing groove completely rectangular, and it is difficult to obtain a desired processing depth. When the desired processing shape is a complicated shape, it is not easy to set the relative movement locus itself. For this reason, a desired machining shape having an arbitrary contour shape and machining depth cannot be easily machined with satisfactory machining shape accuracy by simply arranging the machining grooves of the electrolyte column width of the electrolyte jet. There are many cases.
研究の結果、電解液ジェット加工で重ね合わせの原理が有効であることが見出された。そこで、実施の形態では、重ね合わせの原理に基づいて所望の輪郭形状と加工深さが得られるように設定された加工条件に従う加工溝を重ね合わせて相対移動軌跡を設定し、その相対移動軌跡に沿ってジェットノズル1を被加工物3に対して相対的に走査して所望の加工形状を加工するようにする。重ね合わせの原理によると、ある設定された加工条件に従う加工溝の溝幅と溝深さがその加工溝と隣接して重なるように形成される別の加工溝の溝幅と溝深さとがちょうど重なって足されるようにしてより大きな加工溝が形成される。 As a result of research, it was found that the principle of superposition is effective in electrolyte jet machining. Therefore, in the embodiment, the relative movement locus is set by superimposing the machining grooves according to the machining conditions set so as to obtain a desired contour shape and machining depth based on the principle of superposition. Then, the jet nozzle 1 is scanned relative to the workpiece 3 to process a desired processing shape. According to the superposition principle, the groove width and groove depth of another machining groove formed so that the groove width and groove depth of a machining groove according to a set machining condition overlap with the machining groove are exactly the same. Larger machining grooves are formed so as to overlap and be added.
図2ないし図4は、実験例を示す。ジェットノズルの内径が0.4mm、被加工物の材質がリン青銅、電解液が20重量%の硝酸ナトリウム水溶液とし、図2に示される幅0.7mm、長さ7.0mm、最深深さ0.03mmの加工溝を表1に示す同一加工条件で複数重なり合うように加工した。具体的には、1本目の加工溝から0.2mmX軸方向にずれた位置に並行するように2本目の加工溝を加工し、順に、3本目の加工溝を2本目から0.1mm、4本目の加工溝を3本目から0.2mmずらすことによって、横1.2mm、縦7.0mm、最深深さ0.08mmの四角形状の穴を加工したものである。このとき、表1の加工条件に従い実際に加工した単一の加工溝の断面形状を測定し、シミュレートして予測した断面形状に基づいてジェットノズルの相対移動軌跡を設定した。図3に示されるような単一の加工溝の測定結果のデータから単純な重ね合わせの原理に基づいて4本の加工溝で最終的に得られる断面形状をシミュレートして予測した形状と実際の加工後の形状を比較したところ、図4に示されるように、加工形状の幅と最深の加工深さの誤差はほとんどないことが確認された。
したがって、所望の加工形状、具体的には、所望の輪郭形状と最深の加工深さから逆算して、重ね合わせの原理に基づいてジェットノズル1の相対移動軌跡を設定する。輪郭形状が角形状、線形上、あるいは円形状の加工穴であれば、同一の加工条件下で外郭側から加工溝を重ね合わせていけばよい。輪郭形状が自由曲線のような場合は、加工条件を変更して部分的に異なる加工溝を形成して重なり合わせ、最終的に所望の加工形状が得られるように、相対移動軌跡を設定する。 Accordingly, the relative movement trajectory of the jet nozzle 1 is set based on the principle of superposition by calculating backward from the desired machining shape, specifically, the desired contour shape and the deepest machining depth. If the contour shape is a square, linear, or circular processing hole, the processing grooves may be overlapped from the outer side under the same processing conditions. When the contour shape is a free curve, the machining conditions are changed to form partially different machining grooves and overlap, and the relative movement trajectory is set so that the desired machining shape is finally obtained.
任意の加工形状を得るために、重ね合わせの原理に基づいて加工溝を重ね合わせて加工することから、所望の加工形状の加工形状精度は、各加工溝の加工形状精度にほぼ一致する。このことから、所望の加工形状の加工精度を左右するものとして、基本的に、使用するジェットノズルの形状と加工条件が考えられる。したがって、以下に、ジェットノズルと加工条件について、より具体的に説明する。 In order to obtain an arbitrary machining shape, machining grooves are overlapped and machined based on the principle of superposition, so that the machining shape accuracy of the desired machining shape substantially matches the machining shape accuracy of each machining groove. From this, the shape and processing conditions of the jet nozzle to be used can be basically considered as those that affect the processing accuracy of the desired processing shape. Therefore, the jet nozzle and the processing conditions will be described more specifically below.
加工形状精度のみを考えた場合、正確にジェットノズルの穴形状が転写されるとすると、ジェットノズルの内径がエッジやコーナの輪郭形状の精度に反映されると言えるから、ジェットノズルの内径は、小さければ小さいほどよいことになる。電解液ジェット加工で期待されている加工は、加工形状のサイズが小さく優れた仕上面質と仕上面粗さが要求される領域であり、加工形状が数mm以下の微小な領域が含まれる。したがって、ジェットノズルの内径として1mm以下であることが要求される。現状入手可能なジェットノズルの内径から考えて、実施の形態で使用されるジェットノズルの内径は、0.015mm〜1mmが適当である。また、ジェットノズルは、穴径に対して得られる加工溝幅の精度を保証するために、直線状の電解液柱が形成し得る形状であることが好ましい。 Considering only the processing shape accuracy, if the hole shape of the jet nozzle is accurately transferred, it can be said that the inner diameter of the jet nozzle is reflected in the accuracy of the contour shape of the edge and the corner. The smaller the better. The processing expected in the electrolytic solution jet processing is a region in which the size of the processing shape is small and excellent finish surface quality and finish surface roughness are required, and includes a minute region having a processing shape of several mm or less. Therefore, the inner diameter of the jet nozzle is required to be 1 mm or less. In view of the inner diameters of jet nozzles currently available, the inner diameter of the jet nozzle used in the embodiment is suitably 0.015 mm to 1 mm. Moreover, in order to ensure the accuracy of the processing groove width obtained with respect to a hole diameter, it is preferable that a jet nozzle is a shape which can form a linear electrolyte solution column.
加工条件とジェットノズルの穴断面形状の転写精度(以下、単に転写精度という)の関係について、実験の結果、次のことが判明した。
(1)ギャップは可能な限り狭くするとよい。
(2)電流値が小さい値ほど転写精度に優れる。
(3)電解液ジェットの液圧は、可能な限り高くするとよい。
As a result of experiments, the following has been found out about the relationship between the processing conditions and the transfer accuracy of the hole cross-sectional shape of the jet nozzle (hereinafter simply referred to as transfer accuracy).
(1) The gap should be as narrow as possible.
(2) The smaller the current value, the better the transfer accuracy.
(3) The hydraulic pressure of the electrolyte jet is preferably as high as possible.
図5は、図6に示す直線状で断面半円形のジェットノズルを用いて、図7から図10に示すように、ギャップ、電解液圧力、電流値を変化させて加工したピットの写真である。被加工物の材質はリン青銅、電解液は20重量%の硝酸ナトリウム水溶液である。図7に示されるように、同一加工条件下でギャップが小さくなるにつれジェットの広がりの影響が少なくなり、ノズルの形状により近い形状が得られる。図8に示されるように、同一加工条件下で耐圧タンクの圧力を高くしていくと、加工深さに殆ど影響がないが、転写精度は向上する。図9および図10に示されるように、電流値を変化させると加工深さが深くなる。一方、加工時間を長くするとピットの加工深さは深くなるが、転写精度に対する影響が電流値を変化させるときよりも小さいことがわかる。 FIG. 5 is a photograph of a pit processed by changing the gap, the electrolyte pressure, and the current value as shown in FIGS. 7 to 10 using the jet nozzle having a linear shape and a semicircular cross section shown in FIG. . The material of the workpiece is phosphor bronze, and the electrolyte is a 20% by weight sodium nitrate aqueous solution. As shown in FIG. 7, as the gap becomes smaller under the same processing conditions, the influence of jet spread is reduced, and a shape closer to the shape of the nozzle can be obtained. As shown in FIG. 8, when the pressure in the pressure tank is increased under the same processing conditions, the processing accuracy is hardly affected, but the transfer accuracy is improved. As shown in FIGS. 9 and 10, when the current value is changed, the processing depth becomes deeper. On the other hand, when the processing time is lengthened, the processing depth of the pits becomes deep, but it can be seen that the influence on the transfer accuracy is smaller than when the current value is changed.
ピットの転写精度は、任意の加工形状を加工するときの加工形状精度と少なからず関係している。したがって、エッジや微小なコーナの形状をより正確に出すために、可能な限りジェットノズルを加工面に近接させギャップを狭くするとともに供給する電解液ジェットの圧力を高圧とする。特に、ジェットノズルの形状を転写するごとく所望の形状のピットを加工したり、ジェットノズルの穴断面形状を所望の穴形状あるいはエッジまたは微小なコーナに相当する形状としてエッジや小さいコーナを加工する場合では、定電流電源装置から供給する電流値を変化させずに、ジェットノズルの相対移動速度を制御するなどして、加工時間を変更制御することによって加工深さを得るようにすることが好ましい。例えば、所望の輪郭形状のエッジ部分でジェットノズルの穴断面形状を転写するようにジェットノズルの方向をその軸中心に回転させて所望の加工形状を加工するとともに、加工時間を調整して加工深さを揃える。 The transfer accuracy of pits is related to the processing shape accuracy when processing an arbitrary processing shape. Therefore, in order to obtain the shape of the edge and the minute corner more accurately, the jet nozzle is brought as close to the processing surface as possible, the gap is narrowed, and the pressure of the supplied electrolyte jet is increased. In particular, when processing pits of a desired shape as the shape of the jet nozzle is transferred, or when processing edges or small corners with the jet nozzle hole cross-sectional shape corresponding to the desired hole shape or edge or minute corner Then, it is preferable to obtain the machining depth by changing and controlling the machining time by controlling the relative movement speed of the jet nozzle without changing the current value supplied from the constant current power supply device. For example, the direction of the jet nozzle is rotated around its axis so that the hole cross-sectional shape of the jet nozzle is transferred at the edge portion of the desired contour shape, and the desired processing shape is processed, and the processing time is adjusted to adjust the processing depth. Align.
ジェットノズルを一定の相対移動速度で移動させて所望の輪郭形状の加工溝を得る加工では、電流を操作して加工深さを揃えるようにすることが有効である。電流は、加工時間のような加工深さに影響する他のパラメータに比べて制御性に優れているので、より容易かつ精確に加工しやすい。そのため、より容易に高精度に所望の加工深さを得ることができる利点を有する。したがって、精密さより簡単さを重視するときは、電流値を制御して加工深さを調整し、簡単さより精密さを重視するときは、加工時間を制御して加工深さを調整するとよい。 In processing for obtaining a processing groove having a desired contour shape by moving the jet nozzle at a constant relative moving speed, it is effective to operate the current so as to align the processing depth. Since the current is superior in controllability compared to other parameters that affect the processing depth such as processing time, it is easier to process the current more easily and accurately. Therefore, there is an advantage that a desired processing depth can be obtained more easily and with high accuracy. Therefore, when emphasis is placed on simplicity rather than precision, the machining value is adjusted by controlling the current value, and when emphasis is placed on precision rather than simplicity, the machining depth may be adjusted by controlling the machining time.
このように、小さい内径のジェットノズルを使用して、より微細な加工溝を形成して重ね合わせていくとよいわけであるが、ジェットノズルの内径が小さければ、単位時間当たりの加工量が少なくなることは、当然のことである。したがって、最終的には、要求される加工形状精度と加工時間とのバランスで微細な加工溝の溝幅と溝深さを考えて相対移動軌跡を設定するとよい。例えば、微細な任意の加工形状ではあるが、大きめの部品であれば比較的大きな内径のジェットノズルでよく、小さな精密部品であれば、比較的小さな内径のジェットノズルを使用する。また、1mm以下の小さい部品を加工するとき、加工精度の許容範囲内であるならば、ジェットノズルの穴形状をそのまま転写するようにピットを形成すればよい。 In this way, it is better to use a jet nozzle with a small inner diameter to form a finer processing groove and overlap them. However, if the inner diameter of the jet nozzle is small, the processing amount per unit time is small. It is natural to become. Therefore, finally, it is preferable to set the relative movement trajectory in consideration of the groove width and groove depth of the minute processed groove in a balance between required processing shape accuracy and processing time. For example, a jet nozzle having a relatively large inner diameter may be used for a large part, but a jet nozzle having a relatively small inner diameter is used for a small precision part. Further, when processing a small part of 1 mm or less, if it is within the allowable range of processing accuracy, a pit may be formed so as to transfer the hole shape of the jet nozzle as it is.
実施の形態は、重ね合わせの原理に基づいて相対移動軌跡を設定するので、ジェットノズルを交換したり、加工条件を変更調整することによって、異なる加工溝を重ね合わせるようにして所望の加工形状を得るようにすることができる。例えば、ジェットノズルを交換したり加工条件を変更調整しながら複数の加工工程に分けて所望の加工形状を得るようにすることができる。また、エッジやコーナでジェットノズルを交換して直線部分と分けて加工するようにすることができる。あるいは、部分的に大きな内径のジェットノズルで適宜の電解加工をした後に、部分的に加工溝を重ね合わせる加工をするようにできる。加工深さが段階的に変わるような加工形状では、加工条件を変更制御して加工深さを変化させ、その変化に見合うように重ね合わせの相対移動軌跡を設定する。また、電流値を徐々に小さくして加工することによって、加工溝の端の形状を尾を引くように細める加工をすることができる。 In the embodiment, the relative movement trajectory is set based on the principle of superposition, so that by changing the jet nozzle or changing and adjusting the processing conditions, different processing grooves can be overlapped to form a desired processing shape. Can get. For example, it is possible to obtain a desired machining shape by exchanging jet nozzles or changing and adjusting machining conditions and dividing into a plurality of machining steps. In addition, the jet nozzle can be exchanged at the edge or corner so as to be processed separately from the straight portion. Alternatively, it is possible to perform a process of partially overlapping the processing grooves after performing an appropriate electrolytic process with a jet nozzle having a partially large inner diameter. For machining shapes in which the machining depth changes stepwise, the machining conditions are changed and controlled to change the machining depth, and the relative movement trajectory of the overlay is set to match the change. Further, by processing the current value gradually smaller, the shape of the end of the processed groove can be reduced so as to have a tail.
ここで、実施の形態では、電解液ジェットの電解液として硝酸ナトリウム水溶液を使用し被加工物の表面に不働態化皮膜を形成しながら所望の加工形状を加工するようにしている。硝酸ナトリウム水溶液は、塩化ナトリウム水溶液などの電解液に比べて被加工物の表面に不働態化皮膜を形成しやすい。不働態化皮膜は、電流密度が低い場合は、電解を妨げる作用がある。したがって、一般に、電解液中に被加工物と電解電極を浸漬して低い電流密度で電解加工する場合は、不働態化皮膜によって加工が妨げられるので不利である。 Here, in the embodiment, an aqueous solution of sodium nitrate is used as an electrolytic solution of the electrolytic solution jet, and a desired processed shape is processed while forming a passivated film on the surface of the workpiece. A sodium nitrate aqueous solution is more likely to form a passivated film on the surface of the workpiece than an electrolytic solution such as a sodium chloride aqueous solution. The passivating film has an action of hindering electrolysis when the current density is low. Therefore, in general, when the workpiece and the electrolytic electrode are immersed in the electrolytic solution and electrolytic processing is performed at a low current density, the processing is hindered by the passivating film, which is disadvantageous.
しかしながら、電解液ジェットの電解液柱の電流密度の差から、不働態化皮膜によって電解液ジェットの電解液柱の軸中心から離れるほど急激に除去量が減少することに着目して、電解液ジェット加工で微細な形状加工を行なう場合に、硝酸ナトリウム水溶液のような不働態化皮膜を形成する電解液を使用して被加工物の表面に不働態化皮膜を形成しながら所望の加工形状を加工することによって高精度に加工溝を形成し、結果として、一層正確に形状加工を行なうことができる。特に、硝酸ナトリウム水溶液を使用する場合、鉄系の被加工物で加工形状精度が著しく向上する結果が得られている。 However, due to the difference in the current density of the electrolyte column of the electrolyte jet, it is noted that the removal amount decreases rapidly as the passivated film moves away from the axis center of the electrolyte column of the electrolyte jet. When processing fine shapes by machining, an electrolyte that forms a passivated film, such as an aqueous sodium nitrate solution, is used to form the passivated film on the surface of the work piece while processing the desired processed shape. By doing so, the processing groove can be formed with high accuracy, and as a result, the shape processing can be performed more accurately. In particular, when a sodium nitrate aqueous solution is used, a result that the processing shape accuracy is remarkably improved with an iron-based workpiece has been obtained.
図11に、硝酸ナトリウム水溶液と塩化ナトリウム水溶液を用いたときの加工溝の断面形状の比較結果を示す。このときの実験条件は、表2のとおりである。図11から、硝酸ナトリウム水溶液を使用した場合は、加工溝の裾野の部位がより狭まって加工形状精度がより優れることがわかる。図12に、被加工物がSK5のときとリン青銅のときとの加工溝の断面形状の比較結果を示す。このときの加工条件は、被加工物の材質を除き表1と同じである。図12に示されるように、どちらも優れた加工形状精度が得られているが、特に、被加工物がSK5のときは、加工溝が一層シャープに形成されていることがわかる。このようなことから、より精密な加工が要求される場合は、電解液として硝酸ナトリウム水溶液を使用することが好ましい。
電解液ジェット加工方法で形状加工を行なう場合、必要に応じて電解液に砥粒を混入して砥粒が混入された電解液ジェットを使用することができる。砥粒が混入された電解液ジェットを使用すると、砥粒の研磨作用によって仕上面粗さが向上することが期待される。特に、不働態化皮膜が形成されるときは、砥粒が衝突することによって不働態皮膜を除去するため、電解液ジェットの直下のみ不働態化皮膜を除去して電解作用を促進させるので、加工形状精度が向上することが期待される。 When shape processing is performed by the electrolytic solution jet processing method, it is possible to use an electrolytic solution jet in which abrasive particles are mixed into the electrolytic solution as necessary and the abrasive particles are mixed. When the electrolytic solution jet mixed with abrasive grains is used, it is expected that the finished surface roughness is improved by the polishing action of the abrasive grains. In particular, when a passivated film is formed, the passive film is removed by collision of abrasive grains, and therefore the passivated film is removed only directly under the electrolyte jet to promote the electrolytic action. The shape accuracy is expected to improve.
以上に説明されるように、少なくとも内径が1mm以下の直線状の電解液ジェットを噴射するジェットノズルを使用して、輪郭形状の精度に対する影響が少なく加工深さの異なる加工条件に従い単一の加工溝の加工を行なうようにすると、加工溝の幅はジェットノズルの内径に依存し、加工溝の最深溝深さはエネルギに依存することになり、結果との間にほとんど誤差がないように加工をシミュレートすることができるようになる。したがって、所望の加工形状の加工深さを目標にして所望の輪郭形状が得られるように、重ね合わせの原理に基づいて同一または異なる加工条件に従う複数の加工溝を組み合わせるように相対移動軌跡を設定し、その相対移動軌跡に沿ってジェットノズルを走査することによって、目的の加工を容易に行なうことができる。 As explained above, using a jet nozzle that injects at least a linear electrolyte jet having an inner diameter of 1 mm or less, a single machining is performed according to machining conditions with different machining depths with little influence on the accuracy of the contour shape. When the groove is processed, the width of the processed groove depends on the inner diameter of the jet nozzle, and the deepest groove depth of the processed groove depends on energy, so that there is almost no error between the results. Can be simulated. Therefore, set the relative movement trajectory to combine multiple machining grooves according to the same or different machining conditions based on the superposition principle so that the desired contour shape can be obtained with the machining depth of the desired machining shape as the target The target machining can be easily performed by scanning the jet nozzle along the relative movement trajectory.
図13に任意の形状を加工した実施例の写真を示す。目標の加工形状は、幅0.8mmで最深の加工深さが30μmである。φ0.4mmで穴断面形状が円形のジェットノズルを使用し、被加工物の材質は真鍮、使用した電解液は20重量%の硝酸ナトリウム水溶液である。制御し得る加工条件として、電流値300mA、相対移動速度(走査速度)1.0mm/秒を設定し、加工条件は変更調整せず同一で複数の加工溝を重ね合わせて加工した。相対移動軌跡は、同一のジェットノズルと電解液を使用し、同一の加工条件で真鍮を加工したときに測定された単一の加工溝の加工形状からシュミレートして得ている。図14に、このときの加工形状の断面形状で加工結果を示す。このときの加工時間は、230秒であった。 FIG. 13 shows a photograph of an example in which an arbitrary shape is processed. The target machining shape is a width of 0.8 mm and the deepest machining depth is 30 μm. A jet nozzle having a diameter of 0.4 mm and a circular hole cross-section is used, the material of the workpiece is brass, and the electrolyte used is a 20 wt% sodium nitrate aqueous solution. As processing conditions that can be controlled, an electric current value of 300 mA and a relative moving speed (scanning speed) of 1.0 mm / second were set. The processing conditions were not changed and adjusted, and a plurality of processing grooves were overlapped and processed. The relative movement trajectory is obtained by simulating from the machining shape of a single machining groove measured when brass is machined under the same machining conditions using the same jet nozzle and electrolytic solution. FIG. 14 shows the processing result with the cross-sectional shape of the processing shape at this time. The processing time at this time was 230 seconds.
本発明の電解液ジェット加工方法は、マイクロレンズ用金型やハードディスク用スピンドルの動圧軸受の微細溝などの金型や部品の加工の分野に利用可能性がある。本発明は、電解加工の応用範囲を広め、精密部品の加工における作業性の向上や性能の向上に役立つ。 The electrolytic solution processing method of the present invention can be used in the field of processing of dies such as microlenses and micro grooves of a dynamic pressure bearing of a hard disk spindle. The present invention broadens the application range of electrolytic machining, and is useful for improving workability and performance in machining precision parts.
1 ジェットノズル
2 定電流電源装置(加工電源)
3 被加工物
4 耐圧タンク
5 エアレギュレータ
6 エアコンプレッサ
7 Z軸移動体
8 加工テーブル
9 スプラッシュガード
10 液槽
1 Jet nozzle 2 Constant current power supply (processing power supply)
3 Workpiece 4 Pressure-resistant tank 5 Air regulator 6 Air compressor 7 Z-axis moving body 8 Processing table 9 Splash guard 10 Liquid tank
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