WO2014010152A1 - 高周波振動援用電解研削方法及びその装置 - Google Patents

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敏 小林
高橋 征幸
親 村越
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    • C25F7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic removal of material from objects; Servicing or operating

Definitions

  • the present invention relates to an electrolytic grinding apparatus that grinds a workpiece with a grinding wheel while being electrolyzed by applying a voltage through an electrolytic solution between the grinding wheel and the workpiece, and in particular, applies high-frequency vibration to the grinding wheel.
  • the present invention relates to a high-frequency vibration assisted electrolytic grinding method and apparatus capable of improving the efficiency of electrolytic grinding by propagation and finishing to a suitable surface roughness.
  • this conventional electrolytic grinding apparatus has a problem in that the surface roughness of the finished surface to be processed is limited, and the surface roughness of the finished surface of the workpiece cannot be improved to a certain level or more. It was. This is because the distance between the electrodes in electrolytic grinding, that is, the protruding dimension of the diamond abrasive grains (non-conductive) located between the base material (conductive) of the grindstone and the work piece (conductive) from the base material, Although it functions as a spacer that determines the distance between the electrodes, this dimension setting is generally set to 0.02 mm or more. If the distance between the electrodes is less than this, the distance between the electrodes is short-circuited and the potential cannot be raised. The electrolytic reaction sometimes became unstable or stopped.
  • the abrasive grain size needs to be 0.04 mm or more. Only a grindstone that is coarser than 400, that is, has a large particle diameter, is suitable for electrolytic grinding. However, with this size of particle size, it is not possible to obtain grinding accuracy until the workpiece is mirror-finished. Therefore, in the internal grinding, a finishing process by a honing machine is further required after electrolytic grinding.
  • the present invention has been made in view of the circumstances described above, and the object thereof is to enable high-frequency vibration-assisted electrolytic grinding that enables electrolytic grinding with fine abrasive grains and can improve processing accuracy and efficiency. It is to provide a method and apparatus thereof.
  • the present inventors have propagated high-frequency vibrations to the grindstone even when the distance between the electrodes is less than 0.02 mm, where stable electrolytic reaction has not occurred in the conventional apparatus and method. As a result, it was confirmed that the electrolytic reaction was induced or promoted, and the present inventors devised the high-frequency vibration assisted electrolytic grinding method and apparatus thereof according to the present invention. That is, the high-frequency vibration-assisted electrolytic grinding method of the present invention uses a grindstone in which non-conductive fine abrasive grains having a particle diameter smaller than the particle size # 400 of a precision polishing grindstone of JIS R6001 are projected on the surface of a conductive binder.
  • the gap between the grindstone and the workpiece, that is, the protruding amount of the fine abrasive grains is set to less than 0.02 mm, high frequency vibration is applied to either the grindstone or the workpiece, and the grindstone and the workpiece are Electrolytic grinding is performed by applying a voltage for electrolysis through an electrolytic solution therebetween.
  • a grindstone having an abrasive grain protrusion height of less than 0.02 mm is used, and a distance between electrodes, that is, a gap between the base material holding the abrasive grains and the workpiece is less than 0.02 mm.
  • the electrolysis voltage applied between the grindstone and the workpiece is a pulse current having a DUTY ratio of 5% to 50%, and the average voltage between the electrodes is in the range of 1 to 10V.
  • the high-frequency vibration-assisted electrolytic grinding apparatus of the present invention includes a grindstone in which non-conductive fine abrasive grains having a particle size smaller than the particle size # 400 of a precision polishing grindstone of JIS R6001 are projected on the surface of a conductive binder.
  • Vibration means for applying high-frequency vibration to either the grindstone or the workpiece
  • electrolytic control means for applying electrolytic voltage between the grindstone and the workpiece via an electrolytic solution to perform electrolytic processing And inducing the electrolytic reaction between the grindstone and the workpiece by the high-frequency vibration in a state where the gap between the grindstone and the workpiece, that is, the protruding amount of the fine abrasive grains is set to be less than 0.02 mm, or It is characterized by promoting and electrolytic grinding.
  • the high-frequency vibration-assisted electrolytic grinding apparatus 1 of the present invention includes a grinding wheel spindle 3 that rotationally drives a grinding wheel 2, and the grinding wheel spindle 3 has a frequency of, for example, 20 kHz or more in its axial direction.
  • the high-frequency vibration means 4 that vibrates at a high frequency is provided by a grinding apparatus including an electrolytic power supply means 5 for electrolytic grinding between the grinding wheel 2 and the workpiece W, and a high-frequency vibration means 4 and an electrolytic power supply means 5.
  • Control means 6 for controlling the grinding process is provided.
  • a grindstone shaft slide (not shown) has a configuration in which the grindstone spindle 3 is placed and reciprocates in the grindstone axis direction, and the spindle that chucks the workpiece W moves in the cutting direction.
  • FIG. 2 conceptually shows a state where the grinding wheel 2 and the workpiece W are in contact with each other and electrolytic grinding is performed.
  • non-conductive abrasive grains 7 such as diamond abrasive grains are bonded and solidified by a conductive binder 8.
  • the protruding height of the abrasive grains 7 is the distance between the grinding wheel 2 and the workpiece W, and this embodiment In this case, the distance between the electrodes is set to less than 0.02 mm by setting the abrasive grains 7 to a particle diameter smaller than the grain size # 400 of the precision polishing grindstone of JIS R6001.
  • the electrolytic power supply means 5 applies a preset voltage for electrolysis between the grinding wheel 2 and the workpiece W.
  • 9 is an electrolytic solution interposed between the grinding wheel 2 and the workpiece W
  • 10 is an electrolytic product generated by electrolysis.
  • FIG. 5 shows three cases in which electrolysis is induced when the setting value of the electrolysis is changed between the grinding wheel 2 and the workpiece W via the electrolytic solution and the set current value of electrolysis exceeds a certain value. Measured under conditions. When the current value of electrolysis is 6.5 A and 3.4 A, it can be confirmed that when high frequency vibration is applied, the voltage immediately rises and the electrolysis is induced. It can be seen that even when vibration is applied, electrolysis is not induced. In this case, it was also confirmed that the amount of work to be removed was remarkably small.
  • FIG. 6 is a graph showing the surface roughness of the workpiece surface for each of the three types of electrolysis current. Since the amount of coulomb flowing between the grinding wheel 2 and the workpiece W is proportional to the amount of electrolysis, it is necessary to increase the current density between the electrodes in order to improve machining efficiency. However, when the current density is increased, there is a problem that the surface of the workpiece is dissolved in a pit shape to deteriorate the surface roughness. Therefore, in order to perform mirror finishing in high frequency vibration assisted electrolytic grinding, it is required to perform electrolytic grinding at an appropriate current density as low as possible.
  • FIG. 7 shows an embodiment for verifying the optimum setting of the electrolytic power source for electrolytic induction at a low current value.
  • the applied voltage and the DUTY ratio were adjusted to produce three types of pulse currents with an average current value flowing between the electrodes set to 2A, and high frequency vibration assisted electrolytic grinding was performed using them.
  • Can do in order to induce electrolysis, it is necessary to lower the DUTY ratio while keeping the power pulse wave at a high voltage, thereby causing electrolysis attraction by high frequency vibration in a state where the current value is lower. Can do.
  • FIG. 8 is a photograph taken of electrolytic grinding by the high frequency vibration assisted electrolytic grinding method of the present embodiment.
  • the processing conditions are as follows.
  • -Grinding wheel Diamond electrodeposition grinding wheel # 600 Abrasive grain protrusion 0.01mm
  • Workpiece Iron plate thickness 0.05mm
  • High frequency vibration frequency 50 kHz, amplitude 0.008 mm pp
  • FIG. 8A shows a state in which a grindstone and a workpiece are brought into contact with each other and an electrolytic solution is dropped between them.
  • FIG. 8A shows a state in which a grindstone and a workpiece are brought into contact with each other and an electrolytic solution is dropped between them.
  • FIG. 8B shows a state in which a grindstone is rotated and a voltage for electrolysis is applied between the electrodes, whereby hydrogen bubbles are slightly generated from between the electrodes.
  • FIG. 8C shows a state in which high-frequency vibration is propagated to the grindstone. Thereby, it can be confirmed that a large amount of hydrogen bubbles are generated from between the electrodes, the distance between the electrodes is less than 0.02 mm, and the electrolytic reaction occurs even when the electrodes are in contact with each other.
  • FIG. 9 shows the grinding effect by the high-frequency vibration assisted electrolytic grinding method of the present embodiment.
  • High-frequency vibration-assisted electrolytic grinding is performed on the inner surface of a cylindrical chromium molybdenum steel (SCM), and the processed inner surface is visualized. It is a photograph taken by cutting as much as possible. It can be seen that the processed surface is mirror-finished and the image is clearly reflected.
  • SCM cylindrical chromium molybdenum steel
  • the present invention enables electrolytic grinding even in a narrow space with the aid of high-frequency vibration, and has the physical effect of removing material, removing chips, and preventing clogging of the grindstone.
  • the use of active oxygen or the like generated when the bubbles (cavitation) generated by sound waves are crushed is utilized.
  • Cavitation generated by ultrasonic waves concentrates energy during the adiabatic compression process, and forms high-temperature and high-pressure local fields of 5,000 to tens of thousands of degrees and thousands of atmospheric pressures when the bubbles are crushed.
  • a high-temperature reaction field caused by cavitation crushing that occurs when ultrasonic waves are applied to water or an aqueous solution, water molecules are decomposed to generate OH radicals or the like. Although this OH radical disappears in a short time, it has a high oxidizing action, so it is considered that it acts effectively on electrolytic attraction.
  • the high-frequency vibration-assisted electrolytic grinding method of the present invention can be used in the processing industry for precisely grinding various materials such as metals.

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Abstract

【課題】微細砥粒による電解研削を可能とし、加工精度の向上と効率化を図ることができる高周波振動援用電解研削方法及びその装置を提供する。 【解決手段】JIS R6001の精密研磨用砥石の粒度#400よりも粒子径の小さい非導電性の微細砥粒を、導電性結合材表面に突出させた砥石を用い、該砥石と被加工物との間隙すなわち前記微細砥粒の突出量を0.02mm未満に設定し、前記砥石もしくは被加工物の何れかに高周波振動を加え、さらに前記砥石と被加工物の間に電解液を介し電気分解用の電圧を印加して電解研削加工する。

Description

高周波振動援用電解研削方法及びその装置
 本発明は、研削砥石と被加工物との間に電解液を介し電圧を印加することにより電気分解しつつ研削砥石により被加工物を研削する電解研削装置に係り、特に研削砥石に高周波振動を伝搬することにより電解研削の効率を向上させ、かつ好適な表面粗さに仕上げることができる高周波振動援用電解研削方法及びその装置に関する。
 従来、研削砥石と被加工物の表面との間に電解液を介し電圧を印加して被加工物の表面を電解研削する電解研削装置は存在している(特許文献1参照)。
 この電解研削装置は、研削砥石と被加工物の間に電解液を介し電圧を印加して電解研削するものであり、研削《砥粒の運動エネルギー》と、電解《被加工物への電気エネルギー》の2つの要素を組み合わせた加工技術である。
特開平3-251317号公報
 しかしながら、この従来の電解研削装置にあっては、加工する仕上げ面の表面粗さに限界があり、被加工物の仕上げ面の表面粗さを一定程度以上に向上させることができないという問題があった。
 これは、電解研削における極間距離、すなわち砥石の母材(導電性)と被加工物(導電性)の間に位置するダイヤモンド砥粒(非導電性)の母材からの突出寸法が、極間距離を決定するスペーサの役割をするのであるが、この寸法設定が一般的に0.02mm以上とされており、極間距離をこれ以下にすると、極間が短絡し電位を上げられなくなって電解反応が不安定になったり、停止したりすることがあった。
 この極間距離が0.02mm以上ということは、砥粒の少なくとも50%を母材で保持すると想定した場合に、砥粒サイズは0.04mm以上必要となり、これを砥石の粒度に換算すると#400よりも粗い、すなわち粒子径の大きい砥石しか電解研削に適さないこととなる。しかしながら、このサイズの粒子径では、被加工物を鏡面仕上げするまでの研削加工精度が得られず、そのため内面研削にあっては電解研削後にさらにホーニング盤による仕上げ工程が必要となっていた。
 本発明は以上に述べた事情に鑑みて為されたものであって、その目的は、微細砥粒による電解研削を可能とし、加工精度の向上と効率化を図ることができる高周波振動援用電解研削方法及びその装置を提供することである。
 上記解決課題に鑑みて鋭意研究の結果、本発明者は、これまでの装置・方法では安定した電解反応が起こらなかった0.02mm未満の極間距離であっても、高周波振動を砥石に伝搬させることによって電解反応が誘引または促進されることを確認し、その研削条件を突き詰めることにより本発明の高周波振動援用電解研削方法及びその装置を案出するに至った。
 すなわち本発明の高周波振動援用電解研削方法は、JIS R6001の精密研磨用砥石の粒度#400よりも粒子径の小さい非導電性の微細砥粒を、導電性結合材表面に突出させた砥石を用い、該砥石と被加工物との間隙すなわち前記微細砥粒の突出量を0.02mm未満に設定し、前記砥石もしくは被加工物の何れかに高周波振動を加え、さらに前記砥石と被加工物の間に電解液を介して電気分解用の電圧を印加して電解研削加工することを特徴とする。
 このような構成とすることにより、砥粒突出高さを0.02mm未満の砥石を用い、極間距離、すなわち砥粒を保持している母材と被加工物との間隙を0.02mm未満に設定した状態において、高周波振動を砥石に伝搬させることにより、砥石と被加工物との間で電解反応を誘引または促進させ、電解研削加工を行うことができる。
 また、砥石と被加工物との間に印加する電解用電圧をDUTY比5%~50%のパルス電流で、極間の平均電圧を1~10Vの範囲とすることを特徴とする。
 これにより、高周波振動による電解誘引作用を生じさせるとともに、電解電流により被加工物の表面がピット状に溶解することによる表面粗さの劣化を最小限にして、加工精度を向上させることができる。
 そして、本発明の高周波振動援用電解研削装置は、JIS R6001の精密研磨用砥石の粒度#400よりも粒子径の小さい非導電性の微細砥粒を、導電性結合材表面に突出させた砥石と、該砥石もしくは被加工物の何れかに高周波振動を加える加振手段と、前記砥石と被加工物との間に電解液を介して電気分解用の電圧を印加して電解加工する電解制御手段と、を備え、前記砥石と被加工物との間隙すなわち前記微細砥粒の突出量を0.02mm未満に設定した状態で、前記高周波振動により砥石と被加工物の間の電解反応を誘引または促進して電解研削することを特徴とする。
本発明の高周波振動援用電解研削装置を示す説明図である。 本発明の高周波振動援用電解研削装置における研削状態を示す説明図である。 本発明の高周波振動援用電解研削装置における研削砥石と被加工物の間の電圧変化を示すグラフ図である。 本発明の高周波振動援用電解研削装置における電解研削中の研削抵抗を示すグラフ図である。 本発明の高周波振動援用電解研削装置における電解の設定電流値と電解誘引との関係を示す説明図である。 本発明の高周波振動援用電解研削装置における電解の電流密度と被加工物の表面粗さの関係を示す説明図である。 本発明の高周波振動援用電解研削装置における電解誘引に最適なパルス電源の設定条件を検証する説明図である。 本発明の高周波振動援用電解研削方法の作用を示す説明図であり、(A)は砥石と被加工物が接触して停止した状態、(B)は砥石が回転し極間に電圧を印加した状態、(C)は高周波振動を砥石に伝搬させた状態をそれぞれ表している。 本発明の高周波振動援用電解研削方法により内面研削した被加工物の鏡面仕上げ状態を示す説明図である。
 以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る高周波振動援用電解研削装置を実施するための形態を詳細に説明する。図1~図8は、本発明の実施の形態を例示する図であり、これらの図において、同一の符号を付した部分は同一物を表わし、基本的な構成及び動作は同様であるものとする。
<構成>
 まず図1に示すように、本発明の高周波振動援用電解研削装置1は、研削砥石2を回転駆動する砥石スピンドル3とを備えるとともに、砥石スピンドル3には、その軸方向に例えば20kHz以上の周波数で高周波振動する高周波加振手段4を、研削砥石2と被加工物Wとの間に電解研削のための電解電源手段5を、そして高周波加振手段4と電解電源手段5を含む研削装置による研削加工を制御する制御手段6を備えている。
 そして、図示しない砥石軸スライドが砥石スピンドル3を載置して砥石軸方向に往復動するとともに、被加工物Wをチャックする主軸は切り込み方向に移動する構成を有している。
 図2は、研削砥石2と被加工物Wとが接触し、電解研削している状態をイメージ的に表している。研削砥石2は、ダイヤモンド砥粒などの非導電性の砥粒7を導電性結合材8により結合固化している。研削砥石2表面から突出した砥粒7が、被加工物Wを研削する状態において、砥粒7の突出高さが、研削砥石2と被加工物Wの極間距離であり、本実施形態にあっては砥粒7をJIS R6001の精密研磨用砥石の粒度#400よりも小さい粒子径とすることにより、極間距離が0.02mm未満に設定される。
 そして、電解電源手段5は、予め設定した電解用電圧を研削砥石2と被加工物Wとの間に印加する。図中9は、研削砥石2と被加工物Wとの間に介在させる電解液、10は電解により生成する電解生成物である。
<研削方法>
 このような構成からなる本発明の高周波振動援用電解研削方法について、以下に詳述する。
 始めに、電解研削において高周波振動を援用して電解が誘引されたことを確認する方法について説明する。
-電解反応のモニタリング-
[加工条件]
 被加工物と硬度:クロムモリブデン鋼(SCM)、硬度58HRC以上の加工内周面がφ4mm、長さ9mmの円筒体
 砥石:粒度#2000のダイヤモンド電着砥石
 砥粒突出量:0.005mm
 研削砥石の回転速度:4000rpm
 主軸の回転速度:1000rpm
 高周波振動:51kHz、8μmp-p
 パルス電源のDUTY比:50%
 加工時間:60sec

 上記条件により高周波振動援用電解研削加工を行うとともに、研削砥石2と被加工物Wの間の電圧変化を測定し、その結果を図3に表し、またこれと同時に電解研削中の砥石にかかる研削抵抗を測定(動力計を使用)し、その結果を図4に表す。
 この測定結果を検討すると、図3に示すごとく、加工の開始から(1)25秒後、及び(2)30秒後に急激な電圧上昇が確認されるとともに、図4に示すごとく、これと同じタイミングで研削抵抗が低下することが確認できる。
 これらからして、電解による研削砥石2と被加工物Wの間の電圧が急激に上昇するポイントが、電解開始のポイントであると判断することができる。この極間の電圧が急上昇する現象は、高周波振動を極間に伝搬しなければ起きないことから、電解を誘引しているといえる。
-高周波振動による電解誘引の条件-
 図5は、研削砥石2と被加工物Wの間に電解液を介して印加する電解電源の設定を変化させて、電解の設定電流値が一定以上の場合に電解を誘引するかを3つの条件で測定した。
 そして、電解の電流値が6.5A及び3.4Aの場合には、高周波振動を加えると直に急激に電圧が上昇して、電解が誘引されることが確認できるが、1.8Aでは高周波振動を加えても電解を誘引しないことがわかる。そして、この場合に被加工物の除去量が著しく少ないことも確認された。
 図6は、3種の電解電流ごとの被加工物表面の表面粗さを示すグラフ図である。研削砥石2と被加工物Wの極間に流れるクーロン量は電解量に比例することから、加工効率を向上させるためには、極間の電流密度を上げることが必要となる。しかしながら、電流密度を上げると、被加工物の表面がピット状に溶解して表面粗さを劣化させると言う問題がある。
 したがって、高周波振動援用電解研削において鏡面加工を行うためには、できるだけ低い適正な電流密度で電解研削を行うことが求められる。
 図7は、低い電流値で電解誘引のための電解電源の最適設定を検証する実施例を表している。印加電圧とDUTY比を調整し、極間に流れる平均電流値を2Aに設定した3種類のパルス電流を作り、それらで高周波振動援用電解研削を行った。
 これにより、電解誘引させるためには、電源パルス波を高電圧としつつも、DUTY比を低くすることが必要であり、これにより、より電流値が低い状態で高周波振動による電解誘引作用を起こすことができる。
 図8は、本実施形態の高周波振動援用電解研削方法による電解研削加工を撮影した写真である。加工条件は、下記の通りである。
・砥石:ダイヤモンド電着砥石#600 砥粒突出量0.01mm
・被加工物:鉄板 厚さ0.05mm
・パルス電源(出力):30V 1A DUTY比50%(1μsON,1μsOFF)
・高周波振動周波数:50kHz 振幅0.008mmp-p

 図8(A)は、砥石と被加工物とを接触させ、その間に電解液を滴下した状態を示す。
 図8(B)は、砥石を回転させ、極間に電解用電圧を印加し、これにより極間から水素の泡がわずかに発生した状態を示す。
 図8(C)は、高周波振動を砥石に伝搬した状態。これにより極間から水素の泡が大量に発生し、極間が0.02mm未満、さらに極が接触した状態でも電解反応が生じることが確認できる。
 図9は、本実施形態の高周波振動援用電解研削方法による研削効果を示すものであり、筒状のクロムモリブデン鋼(SCM)の内面に高周波振動援用電解研削を行い、その加工した内面を可視すべく切断して撮影した写真である。加工面が鏡面に仕上がっていて、画像を明解に反射していることがわかる。
 本発明は、高周波振動を援用して狭い極間においても電解研削加工を可能とするものであり、材料の除去やその切り屑の排除、そして砥石の目詰まりの防止という物理的効果とともに、超音波により発生する気泡(キャビテーション)の圧壊時に発生する活性酸素等の援用を利用するものである。
 超音波により発生したキャビテーションは、断熱圧縮過程でエネルギーが集中し、その気泡の圧壊時に五千~数万度、千数百気圧の高温・高圧の局所場を形成する。そして、水や水溶液に超音波を照射したときに発生するキャビテーションの圧壊による高温反応場において、水分子は分解し、OHラジカル等が生成する。このOHラジカルは、短時間に消滅するものの、高い酸化作用を有することから、電解誘引に効果的に作用するものと考えられる。
 本発明の高周波振動援用電解研削方法は、金属等の各種素材を精密に研削加工する加工産業において利用することができるものである。
 1…高周波振動援用電解研削装置
 2…研削砥石
 3…砥石スピンドル
 4…高周波加振手段
 5…電解電源手段
 6…制御手段
 7…砥粒
 8…導電性結合材
 9…電解液
 10…電解生成物
 W…被加工物

Claims (3)

  1.  JIS R6001の精密研磨用砥石の粒度#400よりも粒子径の小さい非導電性の微細砥粒を、導電性結合材表面に突出させた砥石を用い、該砥石と被加工物との間隙すなわち前記微細砥粒の突出量を0.02mm未満に設定し、前記砥石もしくは被加工物の何れかに高周波振動を加え、さらに前記砥石と被加工物の間に電解液を介して電気分解用の電圧を印加して電解研削加工することを特徴とする高周波振動援用電解研削方法。
  2.  砥石と被加工物との間に印加する電解用電圧をDUTY比5%~50%のパルス電流で、極間の平均電圧を1~10Vの範囲とすることを特徴とする請求項1記載の高周波振動援用電解研削方法。
  3.  JIS R6001の精密研磨用砥石の粒度#400よりも粒子径の小さい非導電性の微細砥粒を、導電性結合材表面に突出させた砥石と、
     該砥石もしくは被加工物の何れかに高周波振動を加える加振手段と、
     前記砥石と被加工物との間に電解液を介して電気分解用の電圧を印加することにより電解加工する電解制御手段と、を備え、
     前記砥石と被加工物との間隙すなわち前記微細砥粒の突出量を0.02mm未満に設定した状態で、前記高周波振動により砥石と被加工物の間の電解反応を誘引または促進して電解研削することを特徴とする高周波振動援用電解研削装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107442874A (zh) * 2017-08-24 2017-12-08 南京航空航天大学 振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6246152B2 (ja) * 2014-03-25 2017-12-13 ミクロン精密株式会社 高周波振動援用プラズマ放電研削装置及びその方法
AU355902S (en) * 2014-05-12 2014-06-13 Electrolytic brush
AU355903S (en) * 2014-05-12 2014-06-13 Electrolytic brush
JP6433344B2 (ja) * 2015-03-09 2018-12-05 ミクロン精密株式会社 高周波振動援用プラズマ放電研削装置及びその方法
CN107900787A (zh) * 2017-11-10 2018-04-13 南方科技大学 一种等离子体氧化辅助磨削装置与方法
RU188215U1 (ru) * 2018-07-30 2019-04-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Устройство для комбинированной обработки металлических изделий сменными токопроводящими инструментами
CN109570661A (zh) * 2019-01-15 2019-04-05 常州工学院 一种电解加工用阴极振动装置
RU201503U1 (ru) * 2020-08-24 2020-12-18 Михаил Анатольевич Борисов Устройство для электрохимической обработки и правки инструмента
CN112439956B (zh) * 2020-11-18 2021-11-26 安徽国防科技职业学院 一种多功能的数控线切割机床
CN112439954B (zh) * 2020-11-18 2021-11-30 安徽国防科技职业学院 一种延长钼丝使用寿命的数控线切割机床

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03234451A (ja) * 1990-02-09 1991-10-18 Res Dev Corp Of Japan ねじり振動を利用した研摩法
JPH03251317A (ja) * 1990-02-28 1991-11-08 Sumitomo Coal Mining Co Ltd 電解研削方法および装置
JP2004358585A (ja) * 2003-06-03 2004-12-24 Japan Science & Technology Agency 電解加工用電極、電解加工装置および電解加工方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03234451A (ja) * 1990-02-09 1991-10-18 Res Dev Corp Of Japan ねじり振動を利用した研摩法
JPH03251317A (ja) * 1990-02-28 1991-11-08 Sumitomo Coal Mining Co Ltd 電解研削方法および装置
JP2004358585A (ja) * 2003-06-03 2004-12-24 Japan Science & Technology Agency 電解加工用電極、電解加工装置および電解加工方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107442874A (zh) * 2017-08-24 2017-12-08 南京航空航天大学 振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法

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