JPH025528B2

JPH025528B2 -

Info

Publication number: JPH025528B2
Application number: JP5133580A
Authority: JP
Inventors: Kyoshi Inoe
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1980-04-17
Filing date: 1980-04-17
Publication date: 1990-02-02
Also published as: JPS56146631A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電極と被加工体の対向加工間隙に加工
液を供給しながら両者間に間歇的なパルス放電を
繰返して加工する放電加工方法、特に鉄材を前記
被加工体とする放電加工方法関にする。

加工間隙に供給する加工液には、ケロシン等の
炭化水素系加工液、及び脱イオン水等の水系加工
液等が使用される。

加工液の放電加工に対する役割は、放電柱を周
りから絞り込む冷却作用である。放電柱を絞るこ
とにより放電点の電流密度を上げ、放電エネルギ
密度を高め、発生する衝撃圧力を増大し、電極及
び被加工体の各放電点の溶融物を飛散させ金属蒸
気の飛散を増加させる。

又加工液は放電によつて電極及び被加工体から
生成、飛散する加工屑を急冷して固化させ粒子化
し、電極部分への付着を防ぎ、且つ加工屑の移動
を容易にして放電点の移動をうながす働きがあ
る。又冷却作用及び使用加工液によつては加工液
の分解によつてパイログラフアイトを生成する等
して電極消耗を防止低減させる。そして主に放電
休止期間中であるが、その液流によつて分解生成
ガス、加工屑、タール等の一部以上を加工間隙外
に排出して、次の電圧パルス印加に基づく間隙で
の発生放電を正常なものとし、所期の加工作用が
行なわれるように作用している。

このような冷却作用と共に加工液自体は、一部
が放電熱によつて分解し、気化又は蒸発して膨脹
圧力を前記加工屑の飛散排除に役立たせ加工間隙
を浄化すると共に、分解及び気化したガス蒸気の
一部が加工屑に一部と共に放電部分の加工液中に
混合した状態で介在して次の放電発生を促がす。
放電はこのような間隙に介在する加工液中の加工
屑等混合物を媒介等して次々に発生するもので、
気体の介在は、加工屑流動作用の外、加工液によ
る放電点付近の冷却を緩和することで放電繰返し
を高め、ひいては加工速度を高めることにつなが
る。しかしながら気体の存在は多量に過ぎると、
冷却不足から放電は気中又はガス中放電となつて
アーク放電になり、連続してしまい繰返しパルス
放電の発生ができなくなり、反対に少な過ぎると
放電の発生が困難で不安定となりパルス放電の繰
返し数が低下する。このため加工間隙内の加工液
中には加工屑と気体が常に適当量存在することが
必要である。一方加工液の分解ガスが多量に存在
すると前記冷却作用を阻害するから、加工液は加
工間隙への供給量を常に制御することが高速度の
安定加工を行なうために重要である。

本発明はこのような点に鑑みて発明されたもの
で、前記加工間隙に多くもなく少なくもなく常に
最適量の加工液を供給することが高速加工を可能
にするとの知見に立つもので、この最適供給量を
設定し制御するものである。

即ち、放電加工に於ては、時々刻々の加工間隙
に対する加工液供給量が設定加工条件に対して過
少に過ぎては勿論駄目であるが、従来一般通常の
放電加工に於ては、十分より過剰の加工液の処理
及び供給が行なわれるように装置が構成されてい
て、例えば加工液供給ポンプ及びモータや加工液
濾過処理ためのポンプ及びそのモータ等が常時略
定格状態での運転、稼動をしている状態で使用さ
れているのが普通であり、今現に加工に必要な加
工液量に対し、例えば50倍とか、それ以上の加工
液の循環、又は処理及び供給が行なわれているの
が実状であつた。

本発明は、かかる点からも、その時々の加工の
目的や設定加工条件によつて定まる加工液の循環
又は処理量及び供給量を過不足のない最適量に設
定して加工せんとするもので、単位加工量に対す
る使用加工液毎の必要加工液量が知得された所か
ら、選択設定された加工条件によつて被加工体を
所定量加工する時間当りの加工液供給量を、使用
加工液毎に設定して加工を行なわんとするもので
ある。

しかして、放電加工に於ては、電極として銅又
は銅系合金及び炭素材を用い、加工液としてケロ
シン等炭化水素又は純水等水系加工液を用いて、
鉄又は所謂鉄系合金、即ち鉄材を被加工体とする
加工が大部分を含めており、従来各種のデータ収
集が為されているが、本発明者の各種の実験によ
れば、放電加工によつて被加工体（鉄材）１ｇを
加工する間に加工液の分解、蒸化によつて生成す
る気体の量は加工液がケロシンの時約1000c.c.（一
部生ガスを含む）、又、加工液が水のとき約333c.c.
（一部水蒸気を含む）で、放電加工条件（即ち、
パルス幅τonや、放電電流の振幅Ip等の値）の相
違によつて生成気体の組成（特にケロシンの場
合）に或る程度変化はあるものの、発生ガス量は
放電パルスのパルス幅τonや放電電流振幅Ipによ
つてあまり変化しないことが確かめられ、且つ知
られている（例えば、昭和54年３月25日社団法人
未踏加工技術協会発行井上潔著『放電加工の原
理』第１版第１刷第86〜88頁、又は昭和54年８月
25日社団法人未踏加工技術協会発行井上潔著
『ワイヤカツト放電加工』第１版第１刷第61〜64
頁参照）。

又、放電加工のエネルギ配分として、加工液と
してケロシンを用いた場合、全投入加工エネルギ
の約57％が加工液ケロシンの分解に費され（加工
液水の場合約93％）、被加工体（鉄）の加工に費
される割合が約10〜20％程度（水の場合約５％前
後程度）であることも知られている（前掲、井上
潔著『ワイヤカツト放電加工』第26〜28頁参照）。

他方、被加工体（鉄）の１ｇを全て気化するこ
とによつて加工したと仮定すると、気化必要エネ
ルギは、約7000Jouleで、単位エネルギ1Joule当
りの加工量（ｇ）は約140×10^-6ｇ／Ｊと言うこ
とになるから、加工液としてケロシンを用いた場
合の放電1Joule当りに加工量（ｇ）は約10〜30×
10^-6ｇ／Ｊ、水を用いた場合は約４〜９×10^-6
ｇ／Ｊということになる。

又以上から単位エネルギ1Joule当りの分解ガス
発生量（cm³）は、加工液としてケロシンを用いた
場合、約２×10^-2cm³／Ｊ、水を用いた場合約３×
10^-3cm³／Ｊと言うことになる。

而して、上記単位エネルギ当りのガス発生量及
び単位エネルギ当りの加工量との関係から、加工
量１ｇ当りの加工液の必要供給量は、ケロシン等
の炭化水素系加工液を用いた場合約700〜2000cm³、
純水等の水系加工液の場合約300〜750cm³程度とな
る。

しかし加工間隙に存在するものはガスのみでは
なく、加工屑その他放電加工に伴なう生成物も含
まれており、これらを効率よく排除し、且つ適量
のガス（加工液中のガス残存量が体積比で大凡50
％以下：前掲、井上潔著『ワイヤカツト放電加
工』第64頁参照）加工間隙に存在させるために
は、即ち、円滑で正常な放電加工作用を断続させ
るためには、生成したガス及び加工屑等を含有す
る加工間隙介在の古い加工液を順次新しい供給加
工液に置換させて行く必要があるが、例えば電極
に形成した加工液通路から加工間隙に加工液を噴
出供給し、該加工間隙内を流通した後加工間隙外
へ流出させるような加工液の供給方式を採つたと
しても、加工間隙へ供給された加工液の全部が流
出するまでの間に加工に消費尽される訳ではな
く、又加工に消費された加工液のガス、加工物、
及びその他の生成物や残存物を間隙内から外部へ
と運んで流出させる役目の加工液等も必要であつ
て、このようなことから加工の際の加工液の加工
間隙への供給量は、上述の加工液の必要供給量よ
りも少なくとも30〜50％程度多くする必要があ
る。

従つて、本発明に於ては、被加工体（鉄）の１
ｇ加工量当りの加工液供給量をケロシン等の炭化
水素系加工液の場合1000〜3000c.c.、純水等の水系
加工液の場合400〜1000c.c.供給するようにしたも
のである。

尚、上記加工液の単位時間当りの加工液の供給
量は、設定加工条件によつて、変更調整設定され
ること前述の如く当然である。

このようにして電気的な加工条件が同一な同一
放電エネルギの放電パルスで加工する場合、ガス
発生量が多く加工量も多いケロシン液を用いる場
合は、水に比較して多量の加工液を供給し、流れ
に伴ない発生ガスや加工屑を問題から排除して一
定量の気体を、間隙を噴流する加工液中に混合状
態で存在させるようにし、ガス発生量の少ない水
の場合はケロシンに比較して供給量が少なくて
も、加工液の分解量が少ないからら冷却効果は維
持でき、パルス放電を安定して発生させることが
できる。又、他にも加工液は諸種あるが、前記ケ
ロシンと水とによつて代表され、そこで本発明は
何れの加工液を用いた場合にも被加工体（鉄）１
ｇ加工量当り加工液供給量を400〜3000c.c.程度の
範囲に制御することにより冷却効果と易放電発生
効果とを常に最良に維持して加工するようにした
ものである。

以下図面の一実施例により説明すると、１は例
えば、S55CとかSKD11等の鉄材から成る被加工
体、２は電極で、相対向して加工間隙４を形成す
る。この加工間隙に電極１内に形成した加工液流
通路３を介して所要の加工液の噴流供給を行な
い、加工液を介して加工パルス電源５からの加工
電圧パルスを加えて放電加工する。６は電極の加
工液通路３に通ずる加工屑液供給パイプで、ポン
プ７により加工液が噴流供給される。８はポンプ
の出力側に通じるレリーフバルブで、制御回路９
の信号により制御され、ポンプ７出力を分流制御
することによつて加工間隙４に供給する加工液の
流量制御をする。１１はパルス電源５から加工間
隙に供給される加工パルス電力に対応する信号を
制御回路９に加え、制御回路は加工電力に対応し
てバルブ８を制御する。１０は加工液貯蔵タン
ク、１２は電極２に追従加工送りを与えるモータ
である。

加工液に水を使用し、電極２、被加工体１を気
中に於て相対向させて加工間隙４を形成し、そこ
に電極内に形成した流通路３から水を所定量噴流
供給しながら放電加工する。水は好ましくはイオ
ン交換樹脂により処理して10³〜10⁵Ωcmオーダの
比抵抗値に調整したものを用いる。勿論加工タン
ク中に溜めた水加液中に於て加工間隙を形成し加
工するようにすることもでき、ケロシンのような
可燃性液を加工液として使用するときは、通常加
工液中に浸漬した状態で、放電加工する。タンク
１０内に貯蔵した液はポンプ７によつてパイプ６
から電極内流通路３を通つて噴流され、電極２と
被加工体１の加工間隙４に供給され流通する。加
工はこの供給された加工液を介してパルス電源５
から供給される加工電圧パルスにより、電極と被
加工体間に放電を発生させ、この放電を繰返して
行なわれる。

しかして、ポンプ７によつて供給される加工液
は、レリーフバルブ８によつて分流され加工間隙
４への供給量が制御される。制御回路９は加工電
力の検出回路１１からの信号によつて、時々刻々
加工間隙で消費される放電加工電力に応動して、
例えば以下に述べるようにバルブ８を制御する。
即ち、制御回路９には予め使用加工液の種類に応
じた信号、即ち、１ｇ加工量当りケロシンのよう
な炭化水素系加工液を用いる場合、1000〜3000c.c.
の供給量に、水系加工液を用いる場合は、400〜
1000c.c.の供給量に、加工エネルギに応じて供給が
制御できるよう比例定数等を制御回路９にプリセ
ツトしておく、従つて検出回路１１から加工電力
（エネルギ）の検出信号を入力し、信号に応じた
最適範囲の加工液量が供給されるようバルブ８の
制御が行なわれる。

レリーブバルブ８を閉じれば加工液供給量が増
加し、バルブ８を開けば加工液供給量が減少し、
このバルブ８制御によつて常に最適量の加工液供
給が行なわれる。

このようにして加工間隙４に適量の加工液供給
をすることにより放電柱、溶融物等に対する冷却
を過不足なく行ない、放電による加工効果を高
め、又加工間隙に介在する液中に常に適量の気体
及び加工屑が混入、更には残存させて介在させる
ことができ、放電起動を促進し、パルス放電の繰
返し周波数を高めて加工できる。又放電繰返数が
高まれば加工量が増えるが、これに見合つた加工
液供給量が常に最適に制御され、放電加工効果は
増々促進し高速度の加工を可能ならしめることが
できる。

例えば、パルス放電の電流波高値Ip＝10A、パ
ルス幅τon＝6μs、休止幅τoff＝2μsの加工パルス
条件で加工液に３×10³Ωcmの水を用い、外径0.3
mmφ、内径0.18mmφのパイプ電極により噴流しな
がら被加工体鉄材SKD11にに細孔加工を施した
とき、加工液流量を６〜15c.c.／minに制御したと
き、加工速度は平均約30mm／minになつた。比較
のために加工液流量が２〜３c.c.／minのときは加
工速度は平均約３〜５mm／min、流量25〜30c.c.／
minのときの加工速度は平均約６〜８mm／minと
なつた。

次に加工液にケロシン放電加工油を用い、電極
と被加工体は前述水加工の場合と同一として、放
電パルスの電流波高値Ip＝30A、パルス幅τon＝
5μs、休止幅τoff＝4μsの加工パルス条件で、ケロ
シン液中に浸漬して加工したとき、加工液流量が
15〜40c.c.／minのときの加工速度は平均約14mm／
min、５〜10c.c.／minのとき平均約２〜３mm／
min、又60c.c.／min以上のとき平均約５〜６mm／
minであつた。

上記各実施例に於ける実験結果から、実際に加
工間隙に供給された加工液の量は、前者の水の場
合の一番加工量の多い例で約300〜700c.c.となり、
本発明の設定加工液供給量と極めて近い量でほぼ
合致している。

又、後者のケロシンの場合の一番加工量の多い
例では約1200〜3200c.c.となる。

よつて、本発明の作用効果の顕著なことが判
る。

そして、上述の如き加工液の加工間隙への供給
噴流量と加工速度又は加工量との関係は、既に述
べたように、例えば異なる寸法形状の電極を用い
た場合は勿論のこと、加工パルスの条件（Ip、
τon、及びτoff）を上述の場合と別の値に切換設
定したとしても、ほとんど同一で、その設定加工
条件に於て鉄材加工体を１ｇへ加工する間に、前
述被加工体１ｇ加工量当り必要とする加工液量を
加工間隙に供給噴流させれば良いものである。

このように本発明によつて所定の最適量の加工
液を供給することによつて加工速度は著しく向上
し、特に水系加工液の場合、約５〜10倍以上高速
加工を行なうことができる。

尚、加工液の加工間隙への噴流供給は定常的に
供給する以外に、断続パルス的に供給することが
でき、又加工深さに対応して噴流量を制御するよ
うにしてもよく、深穴加工に於ては次第に噴流量
を増加することによつて加工屑の排除作用が高め
られ安定加工することができる。加工液の加工間
隙への供給流路は吸引によつて、又噴流と吸引に
よつて供給することができる。

供給量の制御信号は加工量、加工速度に関係す
る信号を任意に利用できるが、放電繰返し数を用
いることによつて流量制御を容易に行なうことが
できる。

放電加工を行なう電極は棒、線、パイプの単純
形状電極を用いて穴加工、数値制御若しくは倣制
御による型彫加工を行ない、ワイヤ電極を使用し
た切断加工、数値制御による所要形状のワイヤカ
ツトとか、総形電極を用いた型彫加工、その他回
転円板、回転パルス等を電極とした各種放電加工
があるが、何れにも本発明により加工液の制御を
行なうことによつて顕著な効果を期待できる。加
工液の噴流に於て、電極、被加工体の何れにも噴
流孔を形成できない場合は加工部分にノズル対向
して噴射供給をし、又加工間隙への供給量が所期
の量に達し得ない場合は、供給液に超音波振動を
与えたり、電極、被加工体に超音波振動を作用さ
せたりする工夫を行なうことによつて供給量を増
加させることができる。

このようにして加工間隙に供給する加工液の供
給量を加工量、加工速度に応じて常に最適範囲の
量に制御することによつて同一加工条件に於て加
工速度を５倍以上にも向上させることができるも
のであるから、著しく高性能の放電加工を可能な
らしめ、実用上著しい効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法を説明する一実施例装置の構
成図である。１……被加工体、２……電極、４……加工間
隙、５……加工パルス電源、７……加工液供給ポ
ンプ、８……レリーフバルブ、９……制御回路、
１１……加工電力検出回路。

Claims

【特許請求の範囲】１電極と鉄材から成る被加工体の加工間隙に加
工液を供給しながらパルス放電を繰返して加工す
る放電加工に於て、前記加工間隙に供給する加工
液を、選択設定された加工条件によつて鉄材１９
を加工する時間当り、水系加工液の場合は400〜
1000c.c.、炭化水素系加工液の場合は、1000〜3000
c.c.の供給量に制御し、該供給加工液を発生ガス及
び加工屑等を含有する加工間隙介在加工液と置換
しつつ加工することを特徴とする鉄材の放電加工
方法。２加工液の加工間隙への供給を噴流又は吸引に
よつて行なう特許請求の範囲第１項に記載の鉄材
の放電加工方法。３加工電力を信号として加工液供給量の制御を
行なう特許請求の範囲第１項に記載の鉄材の放電
加工方法。４パルス放電の周波数を信号として加工液供給
量の制御を行なう特許請求の範囲第１項に記載の
鉄材の放電加工方法。