JPS63283818A - 電解加工による仕上げ加工方法 - Google Patents

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、電解加工による仕上げ加工方法に係り、特
に難削金属等からなる被加工物の三次元形状の被加工面
を短時間かつ高精度に仕上げて鏡面状の光沢面を得るこ
とができる電解加工による仕上げ加工方法に関する。

［従来の技術］ 従来の金属加工方法としては、被加工物と電極との間隙
に硝酸ナトリウムや塩化ナトリウム等の電解液を満たし
、この電解液を高速で流すとともに、安定した電解作用
を阻害する電解生成物、すなわち溶出した金属化合物や
金属イオン及び水素ガス等を除去しながら、直流電流を
被加工物から電極に流して加工する電解加工方法（特開
昭６１−７１９２°１号公報及び特開昭６０−４４２２
８号公報参照）と、被加工物と電極とを水、ケロシン等
の加工液中で微小間隙をもって対向させ、かつこれらを
適宜の電源に接続して、前記間隙に瞬発する火花放電や
過渡アーク放電を発生させ、該放電エネルギーにより被
加工物を加工する放電加工方法（特公昭６０−２６６４
６号公報及び特開昭８０−１７７８１９号公報参照）が
知られている。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、前者の電解加工方法にあっては、特に三
次元形状の底付き加工（凹窩状に形成された三次元構造
のものに対する加工をいう）において、被加工物に電極
の精密な転写を行うことが困難で、高精度の表面品質が
得られないという不都合があり、また、後者の放電加工
方法にあっては、良好な面粗度を得ることが困難で、例
えば鏡面仕上げ等の表面仕上げに多くの時間と労力を要
するという不都合があった。

そこで、本出願人はこれらの不都合を除去する電解加工
に°よる仕上げ加工方法として、特願昭６２−２７６１
６号を出願したが、この仕上げ加工方法にあっては、仕
上げ加工の前期（以下前加工という）にパルスのオン時
間が５ｍｓｅｃ以下の一定のパルス電流を供給し、仕上
げ加工の後期（以下後加工という）には１０〜６０ｍｓ
ｅｃの一定のパルス電流を供給していた。

ところで、オン時間が５　ｍｓｅｃと短い前加工のパル
ス電流により、被加工物の表面（以下被加工面という）
の面粗度、を向上させ得るが、この前加工を行うと被加
工面が徐々に薄ａ色の曇った面となり、さらにその上に
電解生成物からなる粘着性の、高い薄いフィルム状の皮
膜が形成される。この皮膜は、加工中に電極が被加工物
から離間した状態で電極と被加工物間に供給される新鮮
な電解液の噴流で除去されるへきものであるが、前記噴
流を電極と被加工物間に一様な流速で供給することが困
難であり、流速が早い箇所では皮膜が除去されるものの
、流速の遅い箇所では皮膜が残存するか、もしくは他の
位置から除去した皮膜が付着したりする。。

したがって、被加工面に皮膜が除去された箇所と皮膜が
残存する箇所とが発生し、このような状態で前加工がお
こなわれると、前記両箇所で加工の進行状態に著しい差
異が生じ、被加工面が電解液流の影響を受けて縞模様と
なり、鏡面状の光沢面を得たい場合など、その表面品質
を損なうという不都合があった。

［発明の目的］ そこでこの発明は、上記不都合を除去し、特に難削金属
等の被加工物の三次元形状の被加工面を短時間かつ高精
度に仕上げて鏡面状の光沢面を得ることができる電解加
工による仕上げ加工方法を実現するにある。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するためにこの発明は、電解液を介して
対設した被加工物と電極間にパルスを供給し、前記被加
工物と電極間に生成した電解生成物を間欠的に除去しな
がら仕上げ加工する仕上げ加工方法において、前記パル
スの電流密度を仕上げの前加工°と後加工とで異ならし
め、前加工の電流密度を後加工の電流密度の２／３（二
倍の二）以下に設定するとともに、前加工中に、該前加
工の電流密度より高い電流密度のパルスを間欠的に所定
回数供給することを特徴とする。

［作用コ この発明の構成によれば、被加工物の面粗度向上のため
の前加工中に、鏡面状の光沢面を発生し得る電流密度の
高いパルス電流を供給しながら加工するため、前加工中
において被加工面の面粗度を損なうことなく被加工面に
生成する皮膜を確実に除去して、被加工面全体にわたり
均一な加工条件となり、電解液流による縞模様が発生す
ることがないなど良好な表面品質が得られる。

［実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１〜４図は、この発明の一実施例を示す。第１〜３図
において、ｌはこの発明に係る仕上げ加工方法を実施し
得る加工装置で、この加工装置１は、被加工物２を固定
する被加工物固定装置３、電極４を固定する電極固定装
置５、電極駆動部６０回転運動を往復運動に変換する駆
動変換部７、パルス電流を発生する電源装置８、モータ
駆動制御部９と加工条件制御部１０と電解液流制御部１
１とからなる制御装置１２、被加工物に関するデータを
入力する人力装置１３、電解液濾過装置１４、電解液飛
散防止カバー１５等からなる。。

前記被加工物固定装置３は、絶縁性の高いグラナイトも
しくはセラミックスからなり、例えば水平面上でＸ−Ｙ
方向に移動可能な、もしくは加工装置１に三点支持され
て移動可能なテーブルで、被加工物２をボルト１６等に
より固定する。また、前記電極固定装置５は、その下部
に設けたロッド１７の下端に、例えば純銅もしくはグラ
ファイトからなる電極４を、その電極面４ａと前記被加
工物２の被加工面２ａとが三次元方向に一様な間隙１８
を保つように固定する。そして、前記電極固定装置５は
、前記電極駆動部６と駆動変換部７とにより前記間隙１
８を所定値に設定すべく上下動する。

すなわち、電極駆動部６のロータリーエンコーダ２０と
タコジェネレータ２１からの信号により前記制御装置１
２のモータ駆動制御部９から出力される制御信号により
、モータ１９を回転制御し、このモータ１９の回転運動
を駆動変換部７により往復運動に変換して、前記電極固
定装置５を上下動させ一１電極面４ａと被加工面２ａと
を所定の間隙１８に設定する。

前記被加工物２と電極４間に電流密度（単位面積当りの
平均電流）が７０Ａ／ｃｍ２以下のパルス電流を供給す
る電源装置８は、加工条件制御部ｌＯからの制御信号に
より、被加工物２０表面積に従って計算した所定の電流
密度のパルス電流を発生するもので、直流電源部２２と
充放電部２３と充放電制御部２４とを有し、例えば第４
図に示す如く構成する。

第４図において、直流電源部２２は、変圧器２５と整流
器２６とからなり、変圧器２５により電圧を所定値に降
下させ整流器２６により整流して直流電流を得て、後述
する蓄電器２７−１〜２７−ｎに供給する。

また、充放電部２３は、被加工物２と電極４との間隙１
８に電荷を放電する複数個の蓄電器２７−１〜２７−ｎ
と、これらの各蓄電器２７−１〜２７−ｎに接続した、
直流電源部２２側への電荷の逆流を阻止するダイオード
２８−１〜２８−〇と、放電側への電荷を放電させるべ
く開閉される放電スイッチ２９−１〜２９−ｎと、前記
各蓄電器２７−１〜２７−ｎを所定に充電すべく前記直
流電源部２２からの電源を給断する充電スイッチ３０と
からなる。

この充放電部２３を制御する充放電制御部２４は、蓄電
器２７−１〜２７−ｎへ供給する充電電圧値を検出する
電圧検出器３１と、前記加工条件制御部ｌＯの充電電圧
設定部３６で設定した設定充電電圧値と前記電圧検出器
３１で検出した検出充電電圧値とを比較する電圧比較器
３２と、前記被加工物２と電極４との間隙１８に放電さ
れる電荷の電流値を検出する電流検出器３５と、前記加
工条件制御部１０の最小電流設定部３９て設定した最小
電流値と前記電流検出器３５で検出した放電電流値とを
比較する電流比較器３４と、前記加工条件制御部ｌＯの
パルス発生部３７と電流波形設定部３８と前記電流比較
器３４とからの入力により前記検出電流値が前記設定電
流値以上の場合には、前記各蓄電器２７−１〜２７−ｎ
の電荷を放電側に所望に放電させるとともに、前記検出
電流値が前記設定電流値未満の場合には、前記各蓄電器
２７−１〜２７−ｎの電荷の放電を停止させるべく前記
各放電スイッチ２９−１〜２９−ｎに開閉駆動信号を出
力するゲート回路３３とを有している。

また、この充放電制御部２４を制御する制御装置１２の
加工条件制御部１０は、前記各蓄電器２７−１〜２７−
ｎの充電電圧を設定する充電電圧設定部３Ｇと、所定時
間幅のパルスを発生するパルス発生部３７と、被加工物
２と電極４間に放電する電荷の電流波形を設定する電流
波形設定部３８と、最小電流値を設定する最小電流設定
部３９と、前記入力装置１３の入力データに基づき加工
条件等を演算・処理する演算・処理部（以下ＣＰＵとい
う）４０等からなる。

なお、第４図中符号４１は放電スイッチ２９−１〜２９
−ｎの開時に逆起電力により各放電スイッチ２９−１〜
２９−ｎが破壊するのを防止するダイオードである。

前記入力°装置１３は、被加工物の材質と表面積、仕上
げ加工しろと寸法精度の等級、仕上げ面粗度及び初期電
極間隙等を入力し、これらの各信号を　。

制御装置１２のモータ駆動制御部９及び加工条件制脚部
１０に出力する。

前記電解液濾過装置１４は、加工で生じた電解生成物を
含む電解液４２を濾過するもので、電解液流制御部１１
からの制御信号に基づいて、電解液槽４３へ電解液４２
を一定の液圧で供給するとともに、加工中に被加工面２
ａと電極面４ａ間に生成した電解生成物等を排除するた
めに、１パルスまたは数パルス毎に上昇動作する電極４
と同期して被加工物２と電極４間に新鮮な電解液４２を
噴出する如く電磁弁４５等を制御する。

次に、この装置による仕上げ加工方法について説明する
。

仕上げ加工に際しては、被加工物固定装置３に例えば放
電加工により所望形状に加工された被加工物２を固定す
るとともに、電極固定装置５のロッド１７の下端に前記
放電加工時に使用した電極４を固定し、°この電極４を
下降してその電極面４ａを、被加工物２の被加工面２ａ
に対向接触させ、電極４を被加工物２とともに電解液槽
４３の電解液４２内に浸漬する。そしてこの位置を原点
Ａとし、初期電極間隙に保つ位置に電極４を上昇し、電
解液４２が被加工面２ａと電極面４ａ間に満ちたら、そ
こを加工原点として仕上げ加工を開始する。

前加工である仕上げ加工前期には、加工条件制御部ｌＯ
の制御信号により、電源装置８から所定の電流密度のパ
ルス電流、例えばパルスのオン時間が１０ｍｓｅｃ以下
のパルス電流を被加工物２と電極４間に供給する。これ
により、被加工面２ａ素材が溶出する。所定のパルス電
流を１回ないし数回供給した後、モータ駆動制御部９の
信号によりモータ１９を駆動して電極４を上昇させ、電
極面４ａを被加工面２ａから離間させる。この離間によ
り、被加工面２ａと電極面４ａ間の電解生成物を電解液
４２とともに電解液濾過装置１４の電磁弁４５等の動作
により排除する。

電解生成物を排除した後は、電極４が下降し、電極面４
ａ’が被加工面２ａに接触する。これにより、前記原点
Ａと現位置とを制御装置１２で比較して加工１回（ｌパ
ルスまたは数パルス毎の加工）当りの加工深さを測定す
る。その後、前記被加工面２ａと電極面４ａが所定の間
隙１８を保つように電極４が再び上昇し、電解液層４３
内の電解生成物を含まない電解液４２を被加工面２ａと
電極面４ａ間に満たすとともに、前記電極４が所定位置
（電極面４ａが被加工面２ａと所定の間隙比を保つ位置
）に達してから、１〜５秒後にパルス電流が供給され次
の加工が行われる。

そして、この前加工が入力装置１３の入力データに基づ
いて前記ＣＰＵ４０で計算した回数行われると、ＣＰＵ
４０が電流波形設定部３８に制御信号を出力し、電源装
置８から１０ｍｓｅｃより長い、例えばオン時間が１５
ｍｓｅｃのパルス電流を被加工物２と電極４間に供給し
、−回もしくは数回の前加工で被加工面２ａに生成した
電解生成物などからなる皮膜を剥離して除去する。この
場合、皮膜を除去する１０ｍｓｅｃより長いパルス電流
は、所定の前加工が行われ゛た直後に供給し、その後電
極４を上昇して被加工物２と電極４間に電解液４２を噴
出して除去された皮膜などを排除する。なお、電解液層
４３には１回ないし数回の電解加工で生成した電解生成
物とともに排除する電解液４２を補うように、電解液濾
過装置１４のクリーンタンクから新鮮な電解液４２が供
給される。　このように、所定の間隙１８を設けて対向
した被加工面２ａと電極面４ａとの間に電解液４２を満
たし、被加工物２と電極４との間にｌｏｍｓｅｃ以下の
所定のパルス電流を供給して、被加工面２ａ素材を電解
液４２内に溶出させた後、被加工面２ａと電極面４ａ間
に生成した電解生成物を排除し、再び電極面４ａを被加
工面２ａに接触させることにより、加ニー回当りの加工
深さを測定し、その値を累積するとともに、所定回数前
加工を行った後に、１０ｍｓｅｃより長いパルス電流を
供給して被加工面２ａの皮膜を除去し、電極４を上昇さ
せて被加工面２ａと電極面４ａとの間隙１８に新たな電
解液４２を噴出させて皮膜などを排除し、電解液が静止
する１〜５秒後にパルス電流を供給し°て加工を行う、
という一連の工程を制御装置１２の信号により所定回数
繰り返す。

前記加工深さの累積値が、入力装置１３で入力された入
力データに基づいて加工条件制御部１０で計算された加
工深さの設定値と比較し、加工深さ累積値が加工深さ設
定値に対し、所定の差（例えば１μｍ）以内になった時
に、ＣＰＵ４０が電流波形設定部３８に制御信号を出力
し、電源装置８のパルスを電流密度が前記前加工の電流
密度の２／３を越える電流密度、−例えばパルスのオン
時間が１５〜６０ｍｓｅｃと長いパルス電流（後加工の
パルス電流）に切換える。そして、この一定の電流密度
のパルス電流で前述した前加工と略同様の方法により所
定回数の後加工を行い仕上げ加工を終了する。

次に、この発明に係る電解加工における仕上げ加工方法
による一加工例を示す。

電極　　　純銅 被加工物材質　　　　工具鋼（面粗度２０μｍ）電解液
　　　　　　　硝酸ナトリウム溶液（濃度４０％） 前加工 ■加工パルス パルスオン時間　５ｍｓｅｃ 電流密度１７Ａ／ｃｍ２ ■皮膜除去パルス パルスオン時間　１５ｍｓｅｃ 電流密度４０Ａ／　ｃ　ｍ２ 後加工 パルスオン時間　１５ｍｓｅｃ 、電流密度４０Ａ／ｃｍ” 仕上げ面粗度　　　　Ｒｍａｘ：１μｍ以下仕上げ面　
　　　　　鏡面状の光沢面 このように、この発明に係る電解加工による仕上げ加工
方法にあっては、加工装置に、所望形状に加工された被
加工物と電極とを取付け、仕上げ条件等を入力装置によ
り入力して起動すれば、鏡面状光沢を呈した三次元金属
曲面が無人で短時間に得られ、その表面は、内部応力の
蓄積や、金属組織の変化もないし、機械的亀裂の侵入と
いった変質も全く見られず、加工前の熱処理品質も損な
われることがない等、現在の金型加工で最も省力化が遅
れている仕上げ加工分野で、品質向上と機械化に大きな
効果が得られる。

特にこの発明に係る仕上げ加工方法にあっては、被加工
面に生成される皮膜を周期的に除去する方法であるため
、被加工面が粘着性の電解生成物皮膜で覆われ易い電解
加工による仕上げ加工方法において極めて有用である。

すなわち、電解加工による仕上げ加工方法においては、
加工部からの電解生成物の発生を極力低く押えるととも
に、被加工面に電気的な差異が生じないように制御する
ことが重要で、特に被加工面が電解生成物の皮膜で覆わ
れ易い面粗度向上の加工条件下（上記前加工）にあって
は、その皮膜を一様に除去することが非常に重要である
。そのため、この皮膜を除去する方法として、電極を被
加工物から離脱する際に、電解液の強力な噴流で被加工
面全域を清掃する方法も考えられる。しかしながらこの
方法では、三次元形状や間口の狭くて深い被加工物にお
いて、清掃の死角をなくすことが現実に不可能で実施で
きないという問題があるが、この発明によれば、プログ
ラム制御等により被加工物の形状に制約されることなく
、被加工面の皮膜を簡単かつ確実に除去できる。

なお、上記実施例における電極面と被加工面間の電解生
成物を排除するサイクルは、１パルス毎に行うのが被加
工面の全域に亘って最も安定しているが、例えば前加工
のパルスのオン時間が１ｍｓｅｃという短い場合は、１
パルスの加工で発生する電解生成物が少ないので、数パ
ルス毎に排除することもできる。

また、上記実施例においては、皮膜除去用パルスを間欠
的に供給するタイミング（サイクル）を、人力装置１２
の入力データに基づきＣＰＵ４０て予め計算した加工回
数により、一定の周期で供給するようにしたが、例えば
皮膜の生成状況等の加工の進行度合に応じて、ランダム
に供給することもできる。

さらに、この発明は、金型加工分野に限らず、半導体生
産のシリコン単結晶やガリウムヒソ基材の仕上げ加工、
及び磁気記憶装置のアルミニュウム・ディスクの単結晶
ダイヤモンドによる鏡面加工等のように、機械的加工に
よる表面の僅かな内部応力が問題となっている分野での
仕上げ加工にも応用することができ、また、自動搬送装
置と組み合せて、量産されるハイポイド・ギヤー等の熱
処理後の仕上げ加工に用いることも勿論可能である。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、この発明に係る電解加工に
よる仕上げ加工方法にあっては、加工液を介して対設し
た被加工物と電極間にパルス電流を供給し、前記被加工
物と電極間に生成した電解生成物を間欠的に除去しなが
ら仕上げ加工を行うに際し、前記パルスの電流密度を仕
上げの前加工と後加工とで異ならしめ、前加工の電流密
度を後加工の電流密度の２／３（二倍の二）以下に設定
するとともに、前加工中に、該前加工の電流密度より高
い電流密度のパルスを間欠的に所定回数供給するように
したので、被加工面の面粗度を損なうことなぐ、被加工
面に生成する皮膜を確実に除去し、加工条件を被加工面
全域に亘り均一にし得て電解液流による縞模様の発生等
がなく、高精度かつ微小面粗度の鏡面状光沢を呈した三
次元金属表面を短時間に得ることができる。また内部応
力の蓄積や金属組織の変化がなく機械的亀裂の侵入等の
変質が全く見られず、加工前の熱処理品質も損なわない
表面を得ることができ、省力化が遅れている金型加工分
野での品質向上と機械化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施する仕上げ加工装置を示す正面
図、第２図は同装置の側面図、第３図は同装置の概略構
成図、第４図は電流供給手段を示すブロック図である。 １・・・加工装置、２・・・被加工物、２ａ・・・被加
工面、４・・・電極、６・・・電極駆動部、７・・・駆
動変換部、８・・・電源装置、９・・・モータ駆動制御
部、１０・・・加工条件制御部、１１・・・加工液流制
御部、１２・・・制御装置、１３・・・入力装置、１４
・・・加工液濾過装置、　４０拳・・ＣＰＵ。 特許出願人　　静岡製機株式会社 代表者鈴木重夫

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解液を介して対設した被加工物と電極間にパル
   スを供給し、前記被加工物と電極間に生成した電解生成
   物を間欠的に除去しながら仕上げ加工する仕上げ加工方
   法において、前記パルスの電流密度を仕上げの前加工と
   後加工とで異ならしめ、前加工の電流密度を後加工の電
   流密度の２／３以下に設定するとともに、前加工中に、
   該前加工の電流密度より高い所定の電流密度のパルスを
   間欠的に供給することを特徴とする電解加工による仕上
   げ加工方法。
2. （２）前記所定の電流密度が後加工の電流密度と略同じ
   である特許請求の範囲第１項記載の電解加工による仕上
   げ加工方法。
3. （３）前記前加工のパルスのオン時間を１０ｍｓｅｃ以
   下とし、後加工のパルスのオン時間を１５ｍｓｅｃ以上
   にしたこと特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電解
   加工による仕上げ加工方法。