放電加工：ワイヤカットとダイシンクの違いと用途

放電加工（EDM）は、非常に硬い材料の切削に優れた非従来型の除去加工プロセスです。

通常の切削加工とは異なり、EDMは接触せずに金属を切削できます。電気火花を発生させて金属ワークピースから材料を侵食除去することで実現します。EDMが全ての用途に適しているわけではありませんが、機械加工者の武器庫において不可欠な手段です。

EDMにはいくつかのバリエーションがあり、主な2つはダイシンクEDM（型彫り放電加工）とワイヤEDM（ワイヤ放電加工）です。本記事ではこの2つの加工プロセスの違いを解説し、それぞれの典型的な用途を紹介します。

放電加工とは？

放電加工は金属製造の一形態です。ある面では従来の切削加工（金属切削工具がワークピースの一部を除去する）と似ていますが、他の面では極めて独自です。

EDMと通常の切削加工の主な違いは、EDMが工具とワークピースの物理的接触を必要とせずに切削できる点です。代わりに、電流を用いて火花を発生させ、ワークピースを侵食させます。これには利点と欠点の両方があります：電気放電は非常に硬い金属を有意な部品変形なしで貫通できますが、可能な切削形状はより限定的で、プロセスセットアップはより困難です。

プロセスの性質上、放電加工は電気的に導電性のある金属に使用され、通常の工作機械のように損傷を与える振動やチャタリングを生じさせずに、非常に硬い金属（焼入れ鋼、タングステン、チタンなど）を切削できます。これにより高精度と潜在的に非常にタイトな公差が実現します。ただし、EDMプロセスは工具側にも侵食を生じさせるため、工具は慎重に管理するか定期的に交換する必要があります。

放電加工は、ウォータージェット切断やレーザー切断などの他の非標準加工プロセスとグループ化されることが多いですが、これら3つのプロセスは全く異なる原理で動作します。

EDMプロセスの説明

放電加工には、放電加工機、作動液（誘電体液体）、工具（電極）、ワークピースが必要です。

プロセスには電圧が必要で、2つの電極間で一連の放電を発生させます。この場合、2つの電極は金属工具と金属ワークピースで、互いに接触せず、作動液（通常は炭化水素油または脱イオン水）で隔てられています。工具とワークピースの間の空間を放電ギャップ（スパークギャップ）と呼び、機械によって精密に制御されます。

EDMプロセス中、作業者が電圧を上昇させると、液体の誘電体破壊が起こります。液体が突然電気絶縁体から導体に変化し、工具とワークピースの狭い隙間に電気アークが発生します。このアークが両電極から材料を侵食します。ワークピースの侵食が目的ですが、工具の侵食も慎重に管理する必要があります。例えば、常に新しい金属部分で工具を置き換えるなどです。

作動液は電気アークの生成以外にも機能を持ちます。放電の合間に、液体が金属デブリ（切りくずに相当）をワークピースから運び去り、新しい液体が供給されます。このプロセスをフラッシングと呼びます。

EDMの様々なバリエーションは異なる目的で使用されます。本記事ではダイシンクEDMとワイヤEDMを見ていきますが、細穴放電加工などのよりニッチなバリエーションも存在します。

ダイシンクEDMとは？

ダイシンク放電加工は、ラムEDM、ボリュームEDM、キャビティEDMとも呼ばれ、従来の切削加工とは大きく異なるように見える放電加工の一形態です。このプロセスは成形プロセスといくつかの特徴を共有し、単にダイシンキング（型彫り）と呼ばれることもあります。これは機械加工との微妙な関係を反映しています。

ダイシンクEDMとワイヤEDM（もう一つの主要なEDM形式）の主な違いは、工具とその動きにあります。ダイシンクEDMはワークピースに複雑な形状のキャビティを作るために使用され、そのため工具は目的のキャビティのポジティブな複製の形状を取らなければなりません。例えば、ピラミッド形状のキャビティを作るには、ピラミッド形状の工具を使用します。

これは、微細な切削工具が3軸（左右、前後、下方）に動いてピラミッド形状を切り出す（工具自体がピラミッド形状であるのではなく）ほとんどの切削加工プロセスとは異なります。

ダイシンクEDMでは、成形工具（ダイ）は通常、グラファイト、銅、タングステンなどの材料からCNCで機械加工され、時間とコストが加わります（ワイヤEDMで製作することも可能です）。また、荒加工用工具（大部分の材料除去用）と仕上げ加工用工具（微細ディテール用）の両方を使用するのが一般的です。

ダイシンクEDMプロセス中、工具はワークピースにゆっくりと沈み込み（シンク）、材料を侵食し、工具の形状に一致するキャビティを形成しながら、一貫した放電ギャップを維持して降下します。毎秒数十万回の火花が発生します。ダイシンクEDMで最も一般的な作動液は炭化水素油ですが、他の液体も使用可能です。

ダイシンクEDMの用途

ダイシンクEDMは複雑なキャビティの作成に使用されるため、特に金型、ダイ、その他の工具の製作に適しています。特に工具鋼のような硬い材料からの製作に優れます。また、鋭い内部コーナーや深いリブの作成において他の加工プロセスより優れています。

一般的なダイシンクEDMの用途：

• ラピッドツーリング
• 金型製作
• 射出成形金型
• ダイ
• 微細ディテール
• 鋭い内部コーナー
• 深く薄いリブ
• 止まり穴（ブラインドキャビティ）
• 止まりキー溝
• 内部スプライン
• ネジ切り

ワイヤEDMとは？

ワイヤ放電加工は、ワイヤカットまたはワイヤカットEDMとも呼ばれ、チーズをチーズワイヤで切るプロセスに似た放電加工の一形態です。ダイシンクEDMとは異なり、ワイヤEDMは細いワイヤを工具として使用しますが、全てのEDM形式と同様にワークピースと物理的に接触しません。

ワイヤEDMは非常に硬い材料を切削でき、ほぼ常にワークピースを完全に貫通して切断するために使用されます（露出したワイヤの長さがワークピースの高さより大きい）。これはワイヤEDMとダイシンクEDMの大きな違いです。ダイシンクEDMはキャビティを作るのに対し、ワイヤEDMでは脱イオン水が作動液として通常使用され、ワイヤ自体は通常真鍮製です。

ワイヤEDMプロセス中、細い金属ワイヤが2つのダイヤモンドガイドの間に保持され、一方はワークピースの上、もう一方は下にあり、CNC指示に従ってX軸とY軸に沿って移動します（上部ガイドはより複雑な切削のために他の軸でも動作可能）。他のEDMプロセスと同様に、ワイヤとワークピース間で電流放電が火花を生じ、ワークピースを侵食させます。

火花は工具側にも侵食を生じさせるため、供給スプールを使ってワイヤを常に送り出し、放電ギャップ内の露出ワイヤ部分を常に新しいものに交換します。使用済みワイヤ部分は最終的に廃棄されます。

ワイヤEDMでは、非常に細いゲージのワイヤ（直径20ミクロンまで）を使用可能で、ワークピースに非常に微細な切削が可能です。しかし、ダイシンクEDMと同様に、荒加工を先に行い、その後仕上げ切削を行うのが一般的です。

ワイヤEDMの用途

ワイヤEDMは、従来の切削加工プロセスに代わって非常に厚い板材の硬い金属を切削する際に通常使用されます。パンチ、工具、ダイの製造に人気のプロセスです。ワイヤEDMは部品変形を生じさせず、良好な表面仕上げを実現します。

一般的なワイヤEDMの用途：

• 厚板
• 押出ダイ
• ブランクパンチ
• 自動車・航空宇宙部品
• 高精度公差部品
• 医療・歯科デバイス
• バリが許容されない部品
• 従来加工で破損する薄肉部品
• ダイシンクEDM用グラファイト電極

ダイシンクEDMとワイヤEDMのクイック比較

ダイシンクEDM	ワイヤEDM
成形工具を上からワークピースに沈み込ませる	細いワイヤが横からワークピースに切り込む
動きは主にZ軸方向	動きは主にX軸とY軸方向
工具は通常グラファイト製	ワイヤは通常真鍮製
作動液は通常炭化水素油	作動液は通常脱イオン水
工具、金型、ダイに最適	工具、パンチ、ダイに最適