放電加工機の加工時の放電不安定現象の解決方法

放電加工機における加工中の放電の安定性は、加工の品質や能率に直結し、加工工程全体の効率を計る重要な指標の一つです。 そのため、放電加工技術者にとっては常に関心事であり、放電加工の高い安定性を実現する方法は、放電加工の現在の分野でもホットな研究と探索のトピックです。 以下、私の長年の放電加工の経験から、加工中の放電が不安定になる現象の説明と原因の分析、改善策の提案をさせていただきます。
1.加工における放電加工機の放電加工メカニズムの概要。
放電加工は、多数の微細な単一パルス放電プロセスで構成されています。 通常のシングル パルス放電プロセスには、放電チャネルを形成する 2 つの極の間の媒体のイオン化と分解が含まれます。 放電路内の瞬間的な高温により作動流体が気化・分解し、金属材料が溶融・気化し、瞬間的な高圧により加工屑が作動流体中に投入されます。 パルス放電の接合により、2 つの極の間の媒体が脱イオン化され、絶縁と複雑なプロセスが復元されます。 放電加工中の放電ギャップにおける各パルス放電の基本的な状態を放電状態と呼びます。 放電状態には、開回路、火花放電、移行アーク放電、アーク放電、短絡の 5 種類があります。 実際の加工では、さまざまな放電状態が確率的に交互に発生します。 安定した放電加工を実現するためには、パルス放電における放電異常状態を低減し、単発パルス放電工程の好循環を確保する必要があります。
2. 放電加工の安定性とその影響の評価。
放電加工には一連の派生現象があり、加工過程における外的現象から、加工の安定性や異常な放電状態を発見することができます。 通常の処理では、観察されるスパークの色は通常、赤い炎の色を伴う青白であり、スパークは小さく均一です。 処理液面からは無煙の小さな泡が噴き出し、火花の音がクリアで連続的に聞こえます。 工作機械の電流と電圧計は定期的に振動し、サーボ ダイヤル インジケータは一定の速度で送ります。 加工中の放電時間とツールの持ち上げ動作は定期的に続きます。 工作機械の深さ検出値は安定した推移を示しています。 逆に、処理中に放電が一箇所に集中すると、火花の色は真っ赤になり、液面は白煙と大きな泡を放出し、火花の爆発音は低く鈍く、電流と電圧計の指針は鋭く振れます。 、およびサーボ機構の急激なジャンプの不安定な放電現象は、アーク放電の可能性として判断でき、電極とワークピースがカーボンを形成して燃焼することがよくあります。 移行アーク放電は、処理中の通常の火花放電状態よりもわずかに悪化します。 放電音が不均一で、発生する気泡が通常の放電時よりも大きく、電流と電圧計に明らかな変動があり、処理中に短時間放電し、ツールを頻繁に持ち上げることが示されています。 深度検出値は前後に大きく変動し、後方往復パターンを示します。 移行アーク放電は精密加工で発生することが多く、その破壊力は比較的軽いですが、容易にアーク放電に変化します。 時折の無負荷放電 (開回路) および処理中の短絡は許容されます。 無負荷放電中、火花ギャップには 50V を超える電圧がありますが、電流は流れません。 電流計は短絡を表示せず、放電ギャップは短絡によって直接接続されます。 ギャップが短絡すると、電流は高くなりますが、ギャップの両端の電圧は小さくなります。 短絡は電極を損傷しやすく、頻繁な短絡はワークピースと電極に局所的な欠陥を引き起こす可能性があります。 無負荷放電も短絡もワークの侵食や加工には影響せず、加工速度に影響を与えます。 加工中の安定状態に基づいて、加工の放電状態を判断できます。 前述したように不安定放電現象は、正常な火花放電を阻害し、異常放電状態になりやすい現象です。 また、放電が不安定になると処理速度が大幅に低下し、表面粗さが不均一になり、深刻な表面品質の問題が発生することさえあります。 電極に表面欠陥を発生させます。 不安定な放電状態での不規則な火花ギャップは、加工サイズを正確に制御することを困難にし、加工精度に影響を与えます。 加工中に安定した放電を確保することは、加工にとって非常に重要であることがわかります。
3. 不安定な放電の理由と改善策。
(1) 放電性能の悪い放電加工機では、加工中に放電が不安定になることが多い。 放電加工は、主に工作機械の優れた加工性能に依存して加工を完了します。 高級放電加工機には各種パルス出力回路が搭載されており、主軸には高速・高応答のサーボ特性があり、加工時の高安定性・高品位加工の要求に応えることができます。 工作機械の加工性能が悪いと、加工中に制御不能な放電不安定が発生することが多く、加工品質に深刻な影響を与えます。 工作機械のパルス電源の動作性能と工作機械のサーボ送りシステムの異常は、放電加工機の固有の理由によって引き起こされる加工の放電不安定性が頻繁に発生する主な理由です。 工作機械用パルス電源の波形に異常があると、安定した加工ができません。 安定した放電加工を実現するためには、工作機械のパルス電源が一連の良性のパルスを出力し、安定して確実に動作し、外部からの干渉を受けないことが必要です。 工作機械のサーボフィードシステムは、感度が高く、放電状態のスパークギャップを正確に検出し、異常放電を自動的に調整し、調整と遅れを可能な限り最小限に抑えることができる必要があります。 工作機械の異常は複雑な問題であるため、工作機械の異常であることを確認の上、速やかに工作機械保守サービス部門に連絡し、専門の担当者に修理・トラブルシューティングを依頼してください。
(2) 電気パラメータの不適切な調整は、放電の安定性に悪影響を及ぼします。 電気パラメータの不適切な使用は、不安定な放電の主な原因です。 電気規格は主に、電流、パルス幅、パルス ギャップの 3 つの主要な電気パラメータで構成されます。 過大な電流、パルス幅、およびパルス ギャップの使用は、電気的パラメーターの不合理な調整によって引き起こされる不安定な放電現象の主な原因です。 3つは、加工中の安定性と加工プロセス指標の要件に基づいて具体的に設定および選択する必要があります。 不安定な放電の場合、最初に考慮すべきことは、パルス ギャップを大きくすることです。これにより、処理中の脱イオンが確実になり、切りくず除去条件が改善され、プロセス インジケータへの影響がほとんどなくなります。 次に、パルス幅を減らすことを検討してください。 パルス幅が大きすぎると、処理中に短時間で放電回数が多くなり、処理中に脱イオンする時間がなくなり、アーク焼けが発生しやすくなります。 処理中は他のパラメータも重要です。 切りくず除去効果に直接影響するリフト速度、排出時間、リフト高さなどのパラメータ。 排出が不安定な場合は、ナイフの上昇速度を速くし、排出時間を短縮し、ナイフの上昇高さを高くする必要があります。 電気的パラメータを扱う場合、粗加工と精密加工の放電安定性の違いに特に注意する必要があります。 荒加工では、放電エネルギーが高く、火花ギャップが大きく、切りくず排出効果が高いため、比較的安定した加工が得られることが多いのに対し、精密加工では逆に、放電が不安定になりがちです。 したがって、精密加工では特別な監視を行う必要があります。 処理の極性は正しいはずです。 通常の処理で誤って負極性（電極がマイナス）になると、放電が不安定になり、処理が継続できなくなる場合があります。 したがって、処理極性を変更する必要があります。
(3) 不適切な液処理による吐出不安定現象や、加工時の品質問題。 放電加工は、加工液媒体中で行われます。 作動流体の絶縁性能は、パルス放電の過程で脱イオンの役割を果たし、処理中に電極とワークピースの冷却を加速し、放電ギャップから腐食生成物を浮遊させて排出します。 放電加工では、アーク放電を回避し、安定した加工を行うために、フラッシング法や液体抽出法による切りくず除去が行われることが多いです。 ただし、不適切な液体処理方法も吐出の安定性に影響を与える可能性があります。 フラッシングやポンピング圧が高すぎると、特に仕上げ加工において、吐出チャンネルが形成されにくくなり、不安定な部分吐出が発生します。 フラッシングとポンピングの圧力は、安定処理に近い臨界圧力範囲内で制御できます。 オイルのフラッシング方向を誤ると、切削屑の堆積や不安定な吐出の形成につながり、カーボン堆積物を形成しやすくなります。 一般的には、開口部に向かって注油し、ブラインドボトム部では下向きに注油します。 フラッシングとポンピングオイル処理は加工屑を効果的に排出し、排出の安定性を向上させることができますが、不均一な流れ場は集中排出と二次排出を引き起こし、ワークの平面度と粗さに大きな影響を与え、不均一な排出ギャップをもたらします。 また、浸食が強いと電極の角が異常に欠損する場合があります。 そこで精密加工では、工具を持ち上げる作用で切りくずを除去し、安定した加工を実現するノンフラッシング・浸漬加工の液処理法が一般的に用いられています。 これにより、工作機械の構成に対する要求が高くなります。 工作機械の主軸を高加速度送りで加工する際に発生する吸引効果により、電極とワークの間に存在する切粉やタール、排気ガスを効果的に排出します。 長時間の処理は油温過多となり、処理面の冷却がうまくいかないと吐出が不安定になりやすくなります。 油温は35度を超えないようにし、必要に応じて処理液循環系の油入口に冷却装置を設置して制御する。 加工中の加工液の品質も、加工放電の安定性にとって重要です。 加工屑が多すぎる汚れた加工液は、加工中に放電ギャップの汚染状況をタイムリーに緩和することができず、放電点が分散せず、有害なアーク放電が形成されます。 また、加工液の品質が悪いと、その性能が悪いため、加工中に吐出が不安定になることがあります。 使用する放電加工液には、低粘度、高絶縁性、放電経路のクリア性、流動性、浸透性などの特性が求められます。 現在、放電加工用の特殊加工液には多くの種類があり、加工液に関連する添加剤を添加することでいくつかの成果があり、放電性能と安定性を向上させ、採用することができます。
(4) 使用される電極材料の種類と品質、および放電安定性に対する異なる電極材料の処理電気パラメータの組み合わせなどの要因の影響。 電極材料には、良好な導電性と安定した放電特性が必要です。 純銅電極は、加工性能、特に加工安定性に優れており、アーク放電や過渡アーク放電が発生しにくいです。 ほとんどの加工工程で安定して放電でき、広く使用されています。 黒鉛電極加工の安定性が良く、大電流での荒加工時に安定した放電を維持し、電極損失が少ないのが特徴です。 しかし、精密加工では不安定な放電現象が発生しやすく、アーク焼けにつながります。 銅タングステン合金や銀タングステン合金は高価なため、電極材料としてはほとんど使用されていません。 微細溝や深溝などの難加工部品でも電極損失が少なく安定して放電できるため、精密加工への適用が検討されています。 電極材料は、加工時に安定した放電を実現するために品質を確保する必要があります。 純銅は、不純物を含まず、鍛造された電解銅でなければなりません。 黒鉛電極材料には、emi グレード、超微細グレード、超微細グレード、微細グレードなど、いくつかの分類があり、処理の精度と効率の要件に基づいて選択できます。 グラファイト材料の品質は均一で、強度が高く、加工中に剥がれにくいものでなければなりません。 異なる電極材料を加工に使用する場合、加工中の安定した放電、良好な加工結果、および選択した材料の価値を実現するために、電気パラメータの組み合わせを柔軟に処理する必要があります。 現在、多くの電気加工機は、加工材料のさまざまな組み合わせに基づいて電気的パラメータを自動的にペアリングできます。 電気的パラメータのペアリングは、主に電流の大きさ、パルス幅、およびパルス ギャップを扱います。 電極材料の性能に基づいて、適切な電気的パラメーターを選択して、材料の処理上の利点を活用し、その処理における欠陥を処理します。 工作機械の使用方法が異なるためです。
(5) 処理方法の選択が不当であり、処理中の排出が不安定になった。 放電加工の加工方法が合理的で実現可能かどうかも、安定した加工を実現するための鍵となります。 ほとんどの機械加工では、粗加工電極を使用して大量の金属を除去し、その後、それらを半精密または精密加工電極に置き換えて、移行または精密加工を完了します。 この加工方法のポイントは、加工時に電極を振ることで切りくず排出性を向上させ、安定した加工を実現することです。 多段加工条件での自由並進方式を採用することで、加工深さが増すにつれて他の2軸が同時に延長動作を行います。 振とうを利用することで、放電が安定し、二次放電現象が減少し、側面と底面の表面粗さが均一になり、広く採用されています。 揺動力の大きさは、加工部位の形状や精度要求にもよりますが、一般的に精密加工では0.03mm程度とされています。 揺動力が小さいため、加工の倣い精度に影響を与えません。 シェーキング法を用いない加工では、小ギャップ放電条件での安定加工は困難です。 精密加工では、この原因による加工不安定現象が発生しやすい。 不安定な放電によって形成される二次放電は、加工サイズが大きくなりすぎる可能性があり、切りくず除去条件が良好な場合、実際の火花ギャップが電極スケーリングよりも小さいため、加工サイズが小さくなりすぎる可能性がありますサイズを正確に制御することができなくなります。 振とう加工方式を採用することで、安定した加工が可能となり、これらの問題を効果的に解決することができます。
(6) 難削部品は安定した加工につながらない。 加工部位によっては、加工上の制約から加工時の吐出が不安定になりやすいものがあります。 表面処理の開始時に、鋭利で鋭利な部品を処理する場合、実際の放電面積が小さく、電流密度が高いため、局所腐食生成物の濃度が高すぎて、放電点を分散して転送できません。 放電後の余熱が拡散・蓄積する時間がないため、過熱の原因となり、加工の安定性が損なわれます。 実際の加工領域が徐々に広がり、加工が安定してきたら、一時的に電流を減らし、電気的基準を徐々に上げていく必要があります。 深穴、傾斜部、深穴部の加工では、切りくずの排出が困難なため、加工中に不安定な放電が発生することもあります。 切りくず除去性能を向上させるための適切な対策が必要です。 傾斜電極の処理は、高いスラグ排出高さが必要です。 深い穴と深い空洞の部品では、電極に大きなサイズのスケーリングを使用して、移動による切りくず除去を向上させることができます。 深円穴の加工において、C軸を搭載し治具を使用し同心円状に加工する場合、加工中にC軸が回転するため、安定した加工が可能です。 加工が可能な場合、コーナー洗浄部は3-軸リンク方式、つまり斜め加工を採用し、加工部の面積が小さいために放電が不安定になる現象を回避します。 また、一部難削部品にラテラルサーボ加工を施すことで、吐出安定性を向上させることも可能です。 ボイドを回避し、電極用の排気孔と切粉除去孔を使用すると、一部の困難な加工状況で不安定な放電現象を改善することもできます。
(7) 加工作業工程における加工不良による吐出不安定現象。 処理操作のいくつかの小さなステップが適切に処理されない場合にも、不安定な放電が発生する可能性があります。 小さいワークやクランプが難しいワークや、確実なクランプ方法がないため、加工中に電極が緩み、放電が不安定になることがあります。 研削盤で加工されたワークは、特に小さなワークの場合、磁気を発生します。 消磁処理をせずに直接放電加工を行うと、加工屑が吸着して排出しにくくなり、加工時の放電が不安定になります。 したがって、加工前にワークを脱磁する必要があります。 加工部にゴミやサビ、バリがあり、加工初期の吐出が非常に不安定。 貫通穴のある部品の加工では、クランプ時に切りくず排出用の穴を使用することを考慮していないため、ブラインド ボトム加工となり、加工安定性が大幅に低下します。 加工中の「シューティング」現象はワークが緩む原因となり、ガス着火の工程も加工の安定性に影響を与えます。 加工中に電極が傾く原因となる電極補正のずれも、放電の安定性にわずかに影響を与える可能性があります。 深いキャビティ部品の加工では、滞留したゴミをブラシで適時に除去しないと、加工中に放電が不安定になり、加工がスムーズに進まないことがあります。 上記の動作中の不安定な放電の理由に基づいて、対応する対策を講じて、処理の安定性を向上させることができます。
前稿の放電加工における放電不安定の原因の分析から、切りくずの排出が放電加工の安定性に重要な役割を果たしていることがわかります。 ほとんどの対策は、基本的に直接的または間接的に加工の排出状態を改善することで達成され、切りくず排出がスムーズな状態で安定した加工を実現します。 放電加工におけるさまざまな干渉要因を理解し、排除することは、安定した放電加工を実現するための重要な保証です。 放電加工における放電不安定現象を改善し、異常放電を回避