JPH0419016A - パルス電流による電解加工法及びその装置 - Google Patents

パルス電流による電解加工法及びその装置

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JPH0419016A
JPH0419016A JP2117637A JP11763790A JPH0419016A JP H0419016 A JPH0419016 A JP H0419016A JP 2117637 A JP2117637 A JP 2117637A JP 11763790 A JP11763790 A JP 11763790A JP H0419016 A JPH0419016 A JP H0419016A
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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］ この発明は、電解仕上げ加工など電解作用を利用して、
被加工材、特には超硬合金材などの加工に適したパルス
電流による電解加工法及びその装置に関するものである
。
［従来の技術］ 金型部品の異形形状の成形加工には主に放電加工が用い
られているが、放電加工の加工面性状は微細なりレータ
−の集合であり、表面粗さは通常の仕上げ加工条件では
約５μｌＲｍａｘ以上あるのが普通である。又、放電加
工面には微細なりラックが多数存在しているが、これを
そのまま型部品として使用すると、荷重や熱衝撃により
、このクラックが大きく成長し、型の破損を招く結果と
なる。従って放電加工をした型部品は多くの場合、表面
粗さを改善し、又、微細なりラックを含む放電加工変質
層を除去する必要がある。
かかる放電加工変質層の除去には従来、ラッピング加工
や電解仕上げ加工法によって行われている。
［発明が解決しようとする課題］ 従来行われていたラッピング加工は、加工形状が一般に
は複雑なことから、殆どの場合手作業によって行われて
おり、熟練した作業者が多大な時間を費やしてこの作業
を行わなければならないという欠点がある。又、電解仕
上げ加工法は、放電加工等によって形状の創成を行った
部位の表面に若干の電解加工を施し、すなわち電解現象
によって表面を溶出させ、加工変質層を除去すると同時
に表面粗さを改善できるので、前記手作業のラッピング
に較べると非常に有用である。しかし、単極性の電解仕
上げ加工では、鉄をはじめとする金属の多くは、ワーク
を陽極、工具電極を陰極として、中性電解＄ｃ（通常は
硝酸ナトリウム水溶液）中で通電することによって、加
工を進めることが可能であるが、ＷＣ又はＴｉＣの粒子
を多く含む超硬合金の場合、結合材であるＣｏは溶出す
るものの、ＷＣやＴＩＣは表面にＷＯ３、ＴｉＯ２の被
膜を形成するため、加工を進行することは不可能である
。このため、超硬合金の電解仕上げ加工は、ＷＯ３やＴ
ｉＯ２を溶出させる性質をもつＮａＯＨ水溶液中での加
工が有効であるが、Ｎａ０ｋｌ水溶液は強度のアルカリ
性を示し有害であり、実用性に欠ける面がある。
この欠点を解消するために、交流電流や交番電流を用い
て超硬合金の電解仕上げ加工を硝酸ナトリウム水溶液中
で行うことも提案されている。この方法によれば、被加
工物と工具電極の極性が陽陰交互に置き換えられること
になり、陰極の表面にはＮａ”イオンが集り、これと水
が作用して陰極表面にはＮａＯＨ水溶液の層ができた状
態になり、これによって超硬合金の電解仕上げ加工の進
行が可能となる結果、かなり良い加工面が得られる。し
かし、工具電極もワークと同様に電解溶出作用を受ける
ため消耗するという欠点がある外、仕上げ加工時間や仕
上げ加工面に一層の改善が望まれる状態にある。
この発明はかかる点を改善するものである。
〔課題を解決するための手段〕
この発明の第１の発明は、被加工物（ワーク）と工具電
極とを中性電解液中に所定間隔をおいて対向配置し、こ
れら両者間に正負のパルス電流を交互に繰返し印加して
、被加工物に電解加工を施す方法において、ワークに印
加する負のパルスから正のパルスまでの時間間隔を、正
のパルスから負のパルスまでの時間間隔よりも小さくす
るパルス電流による電解加工法である。
すなわち、従来の正負のパルス電流を交互に繰返し印加
する電解加工法におけるワークに印加するパルス電流の
波形は、第１図（Ｃ）に示すようなパターンであるが、
この発明の場合は、第１図（ａ）あるいは（ｂ）に示す
パターンである。
又、負のパルス幅は正のパルス幅よりも小さくするとよ
い。又、抜型においては電解液を常に流しながら加工す
れば良いが形彫り形状を有する型では中性電解液は正パ
ルスと負パルスの間で強制的に流し、負パルスと正パル
スの間では静止させるとよい。
この発明で用いる中性電解液としては前述の硝酸ナトリ
ウム（ＮａＮＯ３）の他に、ＮａＣ１，ＮａＮＯ２Ｎａ
ＣｌＯ３、 ＮａｚＣＯｓ、Ｎａ３ＰＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、Ｎａ　２
　Ｂ４０７．ＫＮＯ３、ＫＮＯ２、Ｃ＊Ｈ＋０６ＫＮａ
などを単独あるいはこれらを適宜混合してなる複合液と
して利用することができる。
又、電極としては、放電加工の際に電極として用いられ
る銅、銅−タングステン合金、銀−タングステン合金、
グラファイト、黄銅、鉄などあるいは中性電解液中では
溶出したイオンが再び電着しないようにするために、水
素よりもイオン化傾向の高い元素か電解作用を受けない
元素例えば金、白金、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛、ニ
ッケルなどを用いることができる。
電解仕上げ加工は一般に電流密度、パルス幅、加工ギャ
ップの大きさなどの影響を受けるのでこれらの値を適切
に選択しなければならない。
これらの値を選択するに際しての明確な基準は確立され
ていないが、概ね次のような相互関係が成り立つ。すな
わち一般に加工ギャップが小さいと、より小さな加工電
圧（ワークと電極間の電圧）によって放電現象が発生し
、電流密度を高くすると加工電圧が上昇する。更にパル
ス幅が大きいと、又は電流密度が高いとギャップ中の水
素ガス、酸素ガスその他の電解生成物の発生量が増大し
、ギャップの電気抵抗を高めるため、やはり放電現象に
結びつきやすくなる。
又、加工電圧が上昇すると放電を発生しなくも、より電
気抵抗の少ないギャップ外へ電流が漏洩しやすくなり、
この漏洩電流（漂遊電流）によってギャップ外に加工が
広がったり、電気的腐食が著しくなったりして、加工精
度の低下を招く。これらの現象はギャップが小さくギャ
ップ中に存在する電解液の量が少ないほど甚だしい。
したがって、安定した加工を可能にするためには、■電
流密度を低く設定する、■パルス幅を短くする、■大き
なギャップを確保する、ことが必要である。又、加工の
安定性からではなく加工品質からこれらを検討した場合
には、大きな電流密度を用いて、ある範囲のパルス幅で
加工した方が、光沢が強く滑らかな加工面を得やすい。
　これらの観点から正及び負のパルス幅は０．３〜１０
ｍ５．電流密度は５０〜２００　Ａ／ｃｍ２、加工ギャ
ップは０．０３〜２．５■の範囲内がよい。
又、負のパルス幅は正のパルス幅よりも小さくするとよ
い。
［作　用］ 超硬合金の電解加工ではワークが陽極となった際に結合
材であるＣｏが溶出する反応と同時に、ＷＣ，Ｔｉｃ粒
子の表面では ＷＣ−４ＷＯ３ ＴｉＣ−＋ＴｉＯ２ の反応が生ずる。又、一方ワークが陰極となった際には
陰極（ワーク）の周囲にＮａＯＨ水溶液が生じ、この中
で ＷＯ３−＝Ｎａ２ＷＯ４ Ｔｉ０２−Ｔｉ　　（ＯＨ）　４ という反応が起りそれぞれ電解液中に溶出される訳であ
るが、従来の加工方法ではこの２つの反応が別個に行わ
れるのに対し、本発明の方法の場合は（−）電流パルス
と（＋）電流パルスの間隔が短いことから、ＮａＯＨの
水溶液中で上記２つの反応が同時に進行すると考えられ
る。
つまり、本発明の方法では（−）パルス電流によって生
成したＮａＯＨの水溶液中で（＋）電流を作用させるこ
とにより、ＷＯ３、ＴｌＯ２が生成されると同時にＮａ
　２　ＷＯ４、Ｔｉ　（ＯＨ）　４となって溶出する反
応が繰返しＣｏの溶出と共に行われる訳である。
このようにＷＣ又はＴｉＣとＣｏの溶出が同時に進行す
る結果、滑らかで光沢の強い面に仕上がり、ワーク表面
にＷＯ３、ＴｉＯ２の層が殆ど成長しないことから電解
生成物の付着が抑制される。
又、従来の加工法ではある厚みを持ったＷＯ３、ＴｉＯ
２の被膜が生成する訳であるから、これを効率的に溶出
させるためには一定以上の時間（−）電流を印加して、
ある濃度のＮａ０Ｂ水溶液の層を維持する必要がある。
これに対し本発明の方法では上記二つの反応が同時に進
行するため、反応が円滑に進み、ＮａＯＨを有効に作用
されることができるから、生成させるＮａＯＨの量が少
量で済む。
このため（−）電流パルス幅を短くして全通電時間に占
める負の電流パルスの割合を小さくし、以て電極の消耗
を抑制することが可能となる。
［実施例］ 実施例１ 第２図に示すように電解加工槽１内にワーク（１０ｍｍ
’　Ｘ　５ｇ＋ｓｈ）　　２を固定装置３に固定すると
ともに、ワーク　２と同寸法の５ＫＳＢ製の工具電極４
を電極支持装Ｗ５に固定した後、工具電極４を下降させ
てワーク　２との間に５０μ麿の間隙（以下ギャップと
いう）を保ってワーク　２と対向させる。次いで電解加
工槽１内に電解液６としてＮａＮＯ３の４０ｖｔ％水溶
液を入れ、ワーク　２と工具電極４とが電解液６内に位
置するようにする。このようにして前準備が終った後、
集中コントロール装置７を起動する。集中コントロール
装置７は予めセットされた加工サイクルにしたがって、
電源装置８に、第３図に示した波形のパルス電流を発生
させて、工具電極４とワーク　２にそれを印加すると同
時に、電磁バルブ９を開けて電解液タンク１０から電解
液を２５℃、０．８ｋｇ／ｃｍ２の圧力をもって、電解
液ノズルｌｌを通じて、工具電極４とワーク　２との間
に連続的に供給する。
比較例１ パルス波形を第４図に示すようにした以外は実施例１と
同一の加工条件で加工をした。
上記実施例］並びに比較例１において、十と−のパルス
幅を変化させたときの試験結果を表１にまとめて示す。
各間中左側は実施例１の結果を示し、右側は比較例１の
結果を示す。モして各側の三段の示す意味は下記のとお
りである。
上：電解生成物の付着状態 Ｏ・・・無 ×・・・付着又は固着 中：仕上面の光沢 ◎・・銀色 ○・・・銀灰色 △・・・加工面不拘−又は暗灰色 Ｘ・・・加工不能 下二工具電極面の性状 ○・・・光沢面 Δ・・・褐色 ×・・荒れる 表１ （＋）パルス幅３．０■Ｓでの実験範囲とその結果実施
例２ 下記の如き加工条件で、第５図に示すパルス波形をもっ
て実施した。なお、第５図において、フラッシングとは
（＋）パルス電流印加後、電解液ノズルから電解液を２
５℃、０．８ｋｇ／Ｃｍ’の圧力で供給することを示し
、全体止とは電解液ノズ、リ ルかり、電解液ノズルを停止した状態であり、フラッシ
ング後、電解液が静止状態で通電することを示している
。
ワーク材：ＹＣｌ３（超硬合金） 同寸法：１０”Ｘ５’膳１ 工具組１ＳＫＳ３ 電解液：ＮｌｌＮＯ３４０豐ｔ％水溶液加工ギャノブ：
５０μ腸 電流密度：　５０Ａ／ｃｓ’ （−１−）通電量：　１８０ｃ／ｃ■２実施例３ 加工条件は実施例２と同しで、第６図に示すパルス波形
をもって実施した。ただし、電解液は２５℃、０．８ｋ
ｇ／ｃ■２の圧力で常時供給した。
実施例２及び３の試験結果を表２に示す。表２中各欄左
側が実施例２、右側が実施例３を示す。
表２ （＋）パルス幅４．０■Ｓの実験範囲とその結果（＋）
パルス幅８．０■Ｓの実験範囲とその結果（＋）パルス
幅１０．０■Ｓの実験範囲とその結果同寸法：　１０”
　Ｘ　５’　＊ｍ 電極材質：グラファイト（Ｇｒ） 電解液：ＮａＮ０ゴ４０讐ｔ％水溶液 フラッシング時に２５℃Ｉｋｇ／ｃｍ’で供給 比較例２ 実施例４並びに５と同じ加工条件で、ただしパルス波形
を第８図に示すものをもって実施した。
実施例４並びに５及び比較例２における加工ギャップそ
の他の具体的数値を表３に示す。
表３ 実施例４並びに５ 下記に示す加工条件で、第７図に示すパルス波形をもっ
て実施した。
ワーク材＋ＹＤＩ５（超硬合金） そして、通電ｊｌ（実電流密度Ｘ通電時間）と表面粗さ
との関係を第９図に、表面粗さと除去深さとの関係を第
１０図に示す。
次に加工ギャップ、電流密度、パルス幅を適宜選択して
良好な結果を得た例について実施例６として表４に示す
。
実施例６ 表４ （注）加工状慎己号の説明 上段　電解生成物の付着状態 Ｏ付着せず 中段、ワーク仕上面の色（光沢） 下段　工具電極面の性状 Ｏ光沢面又は変化なし △・・・褐色面 この結果から電流密度は概ね５０〜２００　Ａ／ｃｍ’
の範囲、パルス幅は概ね０゜３〜１０■Ｓの範囲、加工
ギャップは概ね００３〜２．５ｍｓの範囲から選択すれ
ばよいことが判った。
比較例３ 第１２因に示すようなパルス波形、すなわち（＋）電流
とく−）電流の順序を逆にして下記加工条件で加工をし
た。
ワーク材・ＹＤ１５（超硬合金） 同寸法：　１０′Ｘ　５’　ｓ− 工具電極：　５ＫＳ３ 加工ギヤ・ノブ　５Ｄｕ磨 電流密度　１００　Ａ／ｃｓ　’ 電解液　Ｎ　ａ　Ｎ　Ｏ：ｌ　４［１ｖｔ％水溶液を連
続供給 この例では加工ギャップに電解生成物が充満し品＜、強
い光沢面が得られない等の弊害が目立ち、従来法に比べ
て良い結果は得られなかった。
なお、以上の実施例ではワークの加工面が平坦なものを
用いているが、第１３図に示すように表面に凹凸のある
形彫り形状のワーク２゛に対しても、同様にこの発明を
適用することができる。この場合には、工具電極４°と
ワーク２°との間にパルス電流を印加している間は第１
３図に示すように工具電極４°とワーク２゛とは所定の
ギャップまで接近させるが第１４図に示すように電解液
ノズル１１から電解液をフラッシングするときは、工具
電極４とワーク２とを大きく引き離して、凹凸部間に電
解生成物が滞留しないようにするのが好ましい。
〔発明の効果］ この発明の効果を列記すれば下記のとおりである。
（１）従来の電解加工法に比べて、ワークや工具電極の
表面に電解生成物が付着しにくいので、安定した加工が
可能である。
（２）従来法に比べ、より長いパルスによって良い加工
面が得られるため従来法に比べて加工時間を短縮するこ
とができる。
（３）従来の電解加工法に比べて、光沢度及び表面粗さ
の両方において優れた加工面を得ることができる。
（４）全通電時間に占める負の電流パルスの割合を小さ
くできるので、電極の消耗を抑制することができる。
（５）装置は集中コントロール装置にワーク固定装置、
工具電極支持装置、電源装置、電解液供給装置を集中的
に制御させることにより、この発明の方法を容易にしか
も確実に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）　、（ｂ）はこの発明の実施に用いるパル
ス波形の説明図、同（Ｃ）は従来法のパルス波形の説明
図、第２図はこの発明の実施に適した装置の説明図、第
３図はこの発明の実施例１に用いるパルス波形の説明図
、第４図は比較例１に用いるパルス波形の説明図、第５
図は実施例２に用いるパルス波形の説明図、第６図は実
施例３に用いるパルス波形の説明図、第７図は実施例４
．５に用いるパルス波形の説明図、第８図は比較例２に
用いるパルス波形の説明図、第９図は実施例４．５．６
並びに比較例２の通電量と表面粗さとの関係を示すグラ
フ、第１０図は表面粗さと除去深さとの関係を示すグラ
フ、第１１図は実施例６中で用いるパルス波形の説明図
、第１２図は比較例３に用いるパルス波形の説明図、第
１３図並びに第１４図は表面に凹凸のあるワークの実施
例の説明図である。 １・・・電解加工槽、２・・・ワーク、３・・・ワーク
固定装置、４・工具電極、５・・・電極支持装置、８・
・電解液、７・・・集中コントロール装置、８・電源装
置、９・・・電磁バルブ、１０・・・電解液タンク、１
１・・・電解液ノズル。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）被加工物（ワーク）と工具電極とを中性電解液中
    に所定間隔をおいて対向配置し、これら両者間に正負の
    パルス電流を交互に繰返し印加して、ワークに電解加工
    を施す方法において、ワークに印加する負のパルスから
    正のパルスまでの時間間隔を、正のパルスから負のパル
    スまでの時間間隔よりも小さくすることを特徴とするパ
    ルス電流による電解加工法。
  2. （２）負のパルスから正のパルスまでの時間間隔を零と
    する請求項（１）記載のパルス電流による電解加工法。
  3. （３）ワークと工具電極との間に、正パルスと負パルス
    の間で電解液を強制的に流し、負パルスと正パルスの間
    で電解液を静止させる請求項（１）記載のパルス電流に
    よる電解加工法。
  4. （４）負のパルス幅は正のパルス幅よりも小さい請求項
    （１）記載のパルス電流による電解加工法。
  5. （５）正及び負のパルス幅は０．３〜１０ｍＳ、電流密
    度は５０〜２００Ａ／ｃｍ＾２、加工ギャップは０．０
    ３〜２．５ｍｍの範囲内に設定されている請求項（１）
    記載の電解加工法。
  6. （６）電解加工槽の中に、ワークを支持するためのワー
    ク固定装置と、このワークの加工面にならった面形状の
    電極面を有する工具電極を、前記ワークの加工面との間
    に適宜間隔を保って位置させることのできる工具電極支
    持装置と、前記ワークと前記工具電極との間に極性が交
    互に変り、負の電流パルスから正の電流パルスまでの時
    間間隔が正の電流パルスから負の電流パルスまでの時間
    間隔より小さい電流波形を繰返し印加するための電源装
    置と、前記ワークと前記工具電極との間に電解液を供給
    するための電解液供給装置と、これらワーク固定装置、
    工具電極支持装置、電源装置、電解液供給装置を制御す
    る集中コントロール装置とからなるパルス電流による電
    解加工装置。
  7. （７）工具電極支持装置はワークに向う方向とワークか
    ら離れる方向に移動可能であり、電解液供給装置は対向
    して配置されているワークと工具電極との間に電解液を
    間欠的に又は連続的に供給でき、かつ、電源装置、工具
    電極支持装置及び電解液供給装置は、集中コントロール
    装置に予めセットされた加工サイクルにしたがって作動
    する請求項（６）記載のパルス電流による電解加工装置
    。
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