JPH0283119A

JPH0283119A - 放電加工方法

Info

Publication number: JPH0283119A
Application number: JP1581389A
Authority: JP
Inventors: Nagao Saito; 長男斎藤; Naotake Mori; 尚武毛利
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-01-26
Filing date: 1989-01-25
Publication date: 1990-03-23
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPH0749170B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野〕本発明は放電加工による表面層の形成方法に関し、特に
、導電性を有する材料の表面に放電分解を促すことによ
る微細加工面の実現、もしくは耐蝕、耐摩耗性の強い被
覆を形成する方法に関する。

［従来の技術］特開昭８２−２４９１８号公報にて公知の通り、本発明
者等は、既にシリコン電極等の半金属と称される金属の
電極を用いた放電加工によって、王水にも侵されず、ま
た数ｌＯ％の永久変形を与えても剥離や割れなどの損傷
の起、りにくい強靭な表面層を形成する方法を提案して
いる。この従来方法は、通常の放電加工機を使用して、
電極材料にシリコン電極等の半金属を用い、被加工材料
として５ＵＳ３０４（１８Ｃｒ　−８Ｎ１ステンレス鋼
）や１３Ｃ「鋼、もしくは高速な鋼に放電加工を行なう
ものであって、数１０分ないし数時間の加工によってＳ
　Ｕ　Ｓ　３０４ないし１３ｃｒ鋼や、高速な鋼の表面
に強い耐蝕性の加工面を得るものである。

この場合の電極構造の一例を第１３図に示し説明すると
、（１）は例えばシリコン板で、゛銅丸棒（２）に通電
性接着剤（３）によって貼りつけた構造を示す。勿論、
電極はシリコンの素材を機械加工や放電加工することに
よっても形成することができる。

このようなものにおいて、放電加工により金型などを加
工し、その表面に耐蝕、耐摩耗性の表面処理を上記の方
法で行なうには、先ずはじめに、低電極消耗特性の銅ま
たはグラファイト電極を用いて形状の荒加工を行い、そ
の後、シリコン電極による加工を行なうことになる。２
工程で加工する理由はシリコン材料が高価格であり、ま
た放電加工における電極消耗が著しく大きいため、加工
除去量の大きい形状加工には使用が困難であることによ
る（加工量の１０倍程度は消耗する）。

Ｃ発明が解決しようとする課題］すなわち、現状では形状加工用の銅やグラファイト電極
の他に、シリコン電極を必要とすると云う二度の工程と
なる。換言すれば、形状加工用電極（銅、グラファイト
）の他に、シリコン電極を作る必要があり、また電極取
換えが必要となる。

従って、形状加工用の銅やグラファイト電極のみで、被
加工物の表面にシリコン電極等を用いたのと同様な表面
層を形成できるようにすることが可能となれば、工業上
、大きな意義がある。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたも
ので、表面処理を行おうとする物質の粉体を介在させる
ことにより、形状加工用の銅、グラファイトなど通常放
電加工に用いられる電極によっても、被加工材料表面を
微細化または被加工材料表面に被覆膜を形成することの
できる放電加工による表面層の形成方法を提供しようと
するものである。

また、本発明の別の発明は、上記目的に加えて、表面処
理を行おうとする物質の粉体が固着して被加工材料表面
が平坦度を損なうのを防止できる放電加工による表面層
の形成方法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］本発明に係る放電加工による表面層の形成方法は、電極
と被加工物により形成される極間に、上記被加工物の表
面層を形成する材料を″、粉末状態にして介在させた後
、放電を行なうことによって、被加工物の表面層を形成
するようにしたものである。

また、本発明の別の発明に係る放電加工による表面層の
形成方法は、上記放電加工中に電極と被加工物間に揺動
運動を付与するようにしたものである。

［作用］本発明においては、極間に介在させた被加工物の表面層
を形成しようとする材料の粉末が、放電加工中に蒸発、
溶解し、その状態で被加工面に高速度で衝突して強固な
表面層を形成する。

また、本発明の別の発明においては、放電加工中に、電
極と被加工物間に揺動運動を付与するようにしているの
で、表面処理を行おうとする物質の粉体が固着するのを
防止でき、これによって加工材料表面が平坦度を損なう
のを防止できる。

Ｃ発明の実施例］以下、本発明方法の一実施例を図に基づき説明するが、
先ず、本発明の詳細な説明する。

第２図は通常の放電状態を示し、放電発生にはじまり、
溶融金属の飛散、放電痕、加工粉の生成。

絶縁回復までを示す。又、第１図は極間に導電性の粉体
がある場合を示す。

放電の発生は粉体が介在している点から発生し易い。こ
れは、見かけ上、極間が狭くなったのと同様の作用があ
るためである。放電発生により粉体は溶融して電極面に
高温高圧状態にて衝突し圧着される。相手の電極材質（
例えば銅、グラファイト）も同様に作用するが、実施例
では極間にシリコン粉末を介在させているので、極間に
はこのシリコン粉末の方が多く、加工点への距離が対向
電極よりも近いので、殆んどシリコンが圧着することに
なる。

以上が本発明の原理説明であるが、これを第３図の概略
構成図に基づき更に詳述する。第３図（ａ）は非加工時
、第３図（ｂ）は加工時を示し、図において、（４）は
電極、（５）は加工槽（６）内に設置された被加工物で
、被加工物（５）と電極（４）とにより極間（７）を形
成している。（８）は加工槽（６）内の加工液、（９）
は加工液（８）中に混入されたシリコン粉末、（１０）
は極間（７）へ加工エネルギを供給する電源装置、（１
１）は空気ポンプで、加工槽（８）内に空気を送り込む
ことにより加工液（８）に攪拌作用を与えるものである
。（１２）は電極（４）を被加工物（５）に対して昇降
動作させる油圧シリンダ装置、（１３）はそのピストン
ロッド、（１４）は油圧シリンダ装置（１２）の制御を
司どるサーボ装置である。　本発明方法は上記実施例装
置により成されるもので、加工液（８）の中にシリコン
粉末（９）（平均粒径２０〜４０μｍ、シリコン粉末と
加工液の混合割合２０ｇｒ／Ｎ　）を混合して加工槽（
６）に満し、空気ポンプ（１１）から加工槽（６）に空
気を送り込み、攪拌作用を与えシリコン粉末の沈澱を防
いだ。また、図のように電極（４）を自動的に間歇的に
上下して放電によって生成される加工液分解物や加工粉
が、極間（７）に蓄積せずに拡散できるようにしｔこ。

なお、空気ポンプ（１１）の代り、加工液循環ポンプを
使用してもよい。また、電極材料は銅、およびグラファ
イトから構成した。

第４図及び第５図は本発明方法の効果を説明するための
金属組織を示す顕微鏡写真図であり、この中東４図は電
極（４）の材料として銅、被加工物として５ＫＨ−５１
を使用し、電気条件として電流ピーク値１０Ａ　、パル
ス幅１ｅＩＪｓ、休止幅１６　ｕｓを設定したものであ
る。第４図（ａ）は加工液として灯油を使用したもので
、その面粗度は９μｍ　Ｒｍａｘであった。これに対し
、第４図（ｂ）は加工液として灯油を使用し、この灯油
１ｇの中にシリコン粉末を２０ｇ（但し、平均粒径２０
〜４０μφ）を介在させたもので、その面粗度は４μｍ
　Ｒｍａｘである。

又、第５図は電極（４）の材料としてシリコン、被加工
物として５ＫＨ−５１を使用し、電気条件として電流ピ
ーク値ＩＡ、パルス幅２μｓ、休止幅２μｓを設定した
ものである。第５図（ａ）は加工液として灯油を、又、
第５図（ｂ）は加工液として灯油を使用し、この灯油の
中にシリコン粉末を介在させたものである。

なお、第４図、第５図に示す結果は、上記の条件以外に
、極間距離を拡げるために、′主電源電圧８０Ｖの他に
、０〜２２０ｖの補助電源を使用した。

第６図はこの時に使用した高電圧重畳回路を示し、図中
、Ｒ、Ｒ２は抵抗器、Ｄはダイオード、ＴＲ，ＴＲ２は
トランジスタ、（１０ａ）は主電源、（１０ｂ）は補助
電源を示している。このような高電圧重畳回路により補
助電源の電圧を変化させて得られる加工の安定度の実験
結果を第７図に示す。

上記実施例によって得られた事をまとめると、次の事項
となる。

電圧の高い程安定であることを示している。

すなわち、シリコン粉体が極間に介在した場合、同一電
圧でも放電は大きな極間距離で発生し易くなるが、それ
でもなお、高い電圧を加えた方が加工は安定であること
が判る。

この実験で得られた試験片を王水に５０分浸漬したが、
浸蝕を受けなかった。第４図、第５図の顕微鏡写真図は
この時の試験片表面組織の状態を示している。第４図（
ａ）に見られる如く、銅電極のみではシリコン被覆膜は
生成せず、又、仕上げ面粗さもあらい。シリコン粉末を
介在させると、平滑なシリコン皮覆膜の生成が見られる
（第４図（ｂ））。第５図からは溶触シリコンが衝撃的
に加工面に衝突している様子が観察される。また、極間
にシリコン粉体を介在させると、仕上面粗さが精細にな
る（第５図（ｂ）参照）。

実験した加工例によれば、シリコン電極を用いた場合に
加工液は通常の鉱物性油（灯油）を用いて、３０分程度
を要するものが、３〜５分程程度達成される。

ところで、放電加工の加工速度を仕上面粗さの精細な条
件で電極を電気的に分割するとともに、電源から各電極
への接続を、それぞれ抵抗を通して加工する多分割加工
回路がある。

第８図はこの多分割加工回路を用いた本発明方法の他の
実施例を示すもので、図中、（１５）は抵抗器群、（１
Ｂ）は発振器、（１７）は増幅器、（Ｉ８）はトランジ
スタスイッチング回路、（４ａ）　、　（４ｂ）・・・
（４ｎ）は分割電極である。

このように分割する代りに電気抵抗をもっている材料を
電極とすると一体の電柱でありながら、放電が発生する
たびに分割されて同時に多数の放電が発生することを、
本発明者等は既に明らかにし、その代表特電極材料がシ
リコン電柱であることを発表している。この実施例にお
いても、多分割加工回路の各極間にシリコン粉末を介在
させることにより、前述した実施例同様の作用効果を奏
する。

また、シリコン粉末を極間に介在させて放電加工を行な
う場合においても、シリコンで形成した電極や、グラフ
ァイト表面をシリコンと反応させＳＩＣの表面とする場
合や、シリコン粉末と亜鉛との混合体、シリコン粉末と
銅との混合体、シリコンと水ガラスの混合体、シリコン
と亜鉛と水ガラスとの混合体などのように、抵抗性をも
たせた電極で、放電加工を行なうと、同一の電気条件で
も、仕上面あらさが細かくなると言う結果を得ている。

さて、本発明は上述したように、電極と被加工物により
形成される極間に、上記被加工物の表面層を形成する材
料を、粉末状態にして介在させた後、放電を行なうこと
によって、被加工物の表面層を形成するようにしたもの
であるが、このようなものにおいても、表面処理を行お
うとする物質の粉体が互いに固着するのを防ぐことにつ
いては必ずしも万全ではない。

第８図乃至第１２図は表面処理を行おうとする物質の粉
体が互いに固着するのを防止できるよう、揺動運動機構
を付加した本発明の別の発明を示すものである。これを
更に詳述すると、（２０）は被加工物（図示せず）を載
置するテーブル、（４）は被加工物と対向する電極、（
４Ａ）〜（４Ｄ）は交換用電極、（１２）は電極（４）
をサーボ制御する油圧シリンダ装置、（２１）は油圧シ
リンダ装置（１２）のサーボ制御を司どる数値制御装置
、（２２）はテーブル（２０）をＸ軸方向へ駆動するＸ
軸モータ、（２３）はテーブル（２０）をＹ軸方向へ駆
動するＹ軸モータ、（２４）は電極交換装置であって、
前述したように荒加工、中加工、仕上げ加工の段階にわ
けて電極（４Ａ）〜（４Ｄ）を自動的に交換する機能を
有する。なお、（１０）は電極（４）と被加工物間に加
工エネルギを供給する加工電源、（１３）は油圧シリン
ダ装置（１２）のピストンロッドであり、先端に電極（
４）が装着されている。

このようなものにおいて、テーブル（２０）上には加工
液を収納する図示しない加工層が載置され、またＸ軸モ
ータ（２２）、Ｙ軸モータ（２３）のそれぞれの方向に
おける動き、電極交換装置（２４）の動作、加工電源（
１０）の電気条件は、油圧シリンダ装置（１２）と同様
、数値制御装置（２１）により制御されるようになって
いる。そして、電極（４）と被加工物間には、第１Ｏ図
に示すようなパターンの揺動運動が付与されるようにな
っている。

第１１図は揺動運動機構を付加した上記実施例の効果を
説明するために、次の加工条件により行った実験例を示
すものである。

加工条件は ■電極：銅 ■被加工物：高速度鋼（ＳＫＩ−５１）■加工液：灯油
にシリコン粉末を２０ｔｒ／ｆｌ混入■電気条件：電流
ピーク値１１）−”ＩＡパルス幅τｐ　−２ｕｓ休止幅τＳ腸２　ｕ９ ■電極極性：電極（−）即ち、第１１図において、第１１図（ａ）は加工液のみ
で加工した場合の面粗さを、第１１図（ｂ）は加工液中
にシリコン粉末を混入して電極（４）と被加工物間に揺
動運動を付与しない場合の面粗さを、第１１図（ｃ）は
加工液中にシリコン粉末を混入して電極（４）と被加工
物間に揺動運動（揺動速度９６論−／■ｉｎ）を付与し
た場合の面粗さを、それぞれ示している。

また、第１２図は揺動運動機構を付加した上記実施例の
効果を説明するための金属組織を示す顕微鏡写真図であ
り、この中東１２図（ａ）は加工液中にシリコン粉末を
混入して電極（４）と被加工物間に揺動運動を付与しな
い場合における金属組織の状態を、第１２図（ｂ）は加
工液中にシリコン粉末を混入して電極（４）と被加工物
間に揺動運動を付与した場合における金属組織の状態を
、それぞれ示している。第１２図（ａ）ではシリコンの
固着した様子が見られ、仕上面粗さもやや荒いことがわ
かる。

電極（４）と被加工物間に揺動運動を付与した第１２図
（ｂ）ではなだらかにみえる。この理由は、電極（４）
と被加工物表面との凹凸の相は位置が変わるために、平
滑化するからと考えられる。

以上、本発明方法の実施例について説明したが、本発明
は以下のような変形例をも含むことは言うまでもない。

イ）　シリコン粉末のみならず、他の金属粉、例えば、
タングステン力、−バイト（ＷＣ）粉末や、硼化ジルコ
ニウム（ＺｒＢ２）などの、半金属性や炭化物や硼化物
すなわちファインセラミック材料の表面層の形成にも使
用できる。

口）　また、加工液を鉱物性の油と限らず、シリコン油
や、水（蒸溜水）を用いても放電加工さえ行われるなら
ば、実用可能である。

ハ）　非導電性のセラミックスなどへ被覆する時は、セ
ラミックス表面を無電解メツキや銀鏡反応等で表面のみ
導体化して、上記の表面層の形成を行なうことができる
。

二）　被覆物質として非導電性のものも使用したい時に
は、できるだけ微細な粉体を用い、その中に、導電性粉
体を混入させて上記のことを行なえば可能な場合がある
。この場合の非導電性物質とは、たとえばアルミナ（Ａ
ｇ２０３）の如きものである。

ホ）　シリコン等の表面層を形成する材料の粉体を極間
に介在させ、この極間で気中放電させることにより表面
層を形成しても同様効果を発揮する。

なお、上述した各実施例のいずれの場合においても重要
なことは、シリコン粉末等の表面層を形成する材料を極
間に充分に介在せしめることである。すなわち１回の放
電により加工除去される量よりも、過剰にシリコン粉末
等の材料を放電点付近に存在させるために、通常の放電
加工よりも、極間距離を広くとることである。

［発明の効果］以上述べたように、本発明によれば、被加工物に対し、
表面層を形成したい材料を粉体として極間に介在させ、
放電加工を行なうようにしたことにより、通常放電加工
に用いられる電極によっても、耐蝕性が大きく、密着度
も大きな表面処理が可能となる。−数的に知られている
高温窒化やＣＶＤなどは、９００℃前后の高温で処理す
るために、素材に歪や軟化を生じやすく、温度を下げれ
ば剥離しやすくなるが、本発明は、素材に歪や軟化を起
こすことはなく、多種少量にも適する。

また、本発明の別の発明によれば、放電加工中に、電極
と被加工物間に揺動運動を付与するようにしているので
、表面処理を行おうとする物質の粉体が固着するのを防
止でき、これによって加工材料表面が平坦度を損なうの
を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はいずれも本発明の詳細な説明するた
めの図で、第１図は極間に導電性の粉体がある場合の説
明図、第２図は通常の放電状態の説明図、第３図（ａ）
　＝　（ｂ）はいずれも本発明の一実施例を説明するた
めの概略構成図、第４図（ａ）。（ｂ）及び第５図（ａ）　、（ｂ）はいずれも本発明の
詳細な説明するための金属組織を示す顕微鏡写真図、第
６図は第３図の電源装置部の一例を主電源に補助電源を
重畳した高電圧重畳回路で示す原理図、第７図（ａ）　
−（ｂ）　、　（ｃ）はいずれも放電開始電圧に対する
加工の安定度を示す説明図、第８図は電源装置部の他の
例を示す多分割加工回路の原理図、第９図は本発明の別
の発明を説明するための第３図相当図、第１θ図は第９
図の揺動運動のパターンを示す説明図、第１１図（ａ）
　、　（ｂ）　、　（ｃ）は仕上面粗さを揺動運動の有
無による比較で示す説明図、第１２図は第９図の効果を
説明するための金属組織を示す顕微鏡写真図、第１３図
は従来例を説明するための電極の構成図である。図において、（４）は電極、（５）は被加工物、（７）
は極間、（８）は加工液、（９）はシリコン粉末、（１
０）は電源装置、（１１）は空気ポンプ、（２１）は数
値制御装置、（２２）はＸ軸モータ（揺動運動機構）、
（２３）はＹ軸モータ（揺動運動機構）である。なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電極と被加工物により形成される極間に、上記被
加工物の表面層を形成する材料を、粉末状態にして介在
させた後、放電を行なうことによって、被加工物の表面
層を形成する放電加工による表面層の形成方法。
（２）電極と被加工物により形成される極間に、上記被
加工物の表面層を形成する材料を、粉末状態にして介在
させた後、上記電極と被加工物間に揺動運動を付与し、
放電を行なうことによって、被加工物の表面層を形成す
る放電加工による表面層の形成方法。