CNCワイヤーカット放電加工：定義、プロセス、応用

材料を切削する代わりに、放電加工（EDM）は材料を溶融・気化させ、比較的小さな切りくずで非常に精度の高い切断ラインを生成します。業界での受容により、硬い金属を切削でき、比較的小さな作業スペースで使用できるため、非常に汎用性が高く、幅広いEDM応用が生まれました。

ワイヤーカットと従来型EDMの違い

EDM機械には主に2種類あります：従来型（シンカー/型彫り）とワイヤー型（ワイヤーカット）。従来型EDMは、前述のように工具を用いて電流を分散させます。この工具（陰極）が金属ワーク（陽極）に沿って走査し、電流が反応して金属を溶融・気化させます。通常は炭化水素油である誘電体液中に陰極とワークの両方が浸漬されることで、プロセスで生成される微細な切りくずがコンポーネントから洗い流されます。

ワイヤーカットEDM（WCEDM）は、陰極として機能する張力をかけた細いワイヤーによって帯電電流を運び、所望の切断パスまたはギャップに沿ってガイドします。この場合の誘電体液（通常は脱イオン水）は、切断中継続的に切り込みを通過し、再び粒子を除去しスパークを制御します。細いワイヤーにより精密な切断が可能で、狭いギャップ（通常〜0.015インチ、より微細な切断も可能）と±0.0001インチの公差が実現できます。この高精度により、複雑な三次元切断が可能になり、高精度なパンチ、ダイ、ストリッパープレートが製造されます。

ワイヤーカットEDM装置はコンピューター制御（CNC）機器であり、ワイヤーを三次元軸で制御してより高い柔軟性を提供します。直線切断はナイフのX-Y座標を変更することで、より複雑な切断はワイヤーガイドに運動軸を追加することで実現します。4軸および5軸ワイヤーEDM機械とサービスの両方が利用可能です。従来型EDMでは常にタイトなコーナーや非常に複雑なパターンを生成できるとは限りませんが、ワイヤーEDMの高精度により、複雑なパターンと切断が可能です。さらに、ワイヤーEDM機械は、0.004インチ厚までの薄板から16インチ以上の厚板まで定期的に切削でき、より厚いセクションも可能です。

一定の材料厚さでは、EDMワイヤーが金属を単純に蒸発させるため、潜在的な汚染を排除できます。WCEDMワイヤーは全方向からスパークを放出するため、切断幅はワイヤー自体より太くなければなりません。つまり、ワイヤーが電流リングに囲まれているため、最小かつ最も精密な切断パスは、リングの余分な直径とワイヤーの合計になります。技術者はこの余分な寸法を容易に考慮できます。メーカーはより細いワイヤーを継続的に開発し、より小さな切り込み幅とさらなる高精度を実現しています。

ワイヤーカットEDMの応用

その汎用性により、メーカーはEDM機械を幅広い用途に使用します。このプロセスは非常に小さな部品を切削できるため、他の機械加工オプションでは繊細すぎて加工できない、小型で非常に詳細な部品の製造にしばしば理想的な選択肢となります。また、低ボリューム設計に対してコスト効率が良く、実際の設計が異なる方法で行われる場合でも、試作に有益であることを証明できます。

プロセス中のワイヤーは常に移動しており、再利用できないことに注意してください。その結果、銅、真鍮、またはその他の金属ワイヤーがマイル単位で消費され、プロセスコストに加算されます。また、プロセスは力を使用しないためバリが発生せず、繊細なアイテムに使用できますが、熱応力の可能性は確かに存在します。

ほとんどのワイヤーEDM操作は、比較的高い送り速度と高い誘電体流量でラフカットから始まります。その後の仕上げパスでは、仕上げ面の公差を達成するために、より小さな切り込みと誘電体流量の低減が必要です。誘電体流量の低減により、これらの移行中のワイヤー歪みを防止します。

部品の端から開始しない切断（穴など）には、ワイヤーを通すための予備穴あけが必要です。多くのワイヤーEDM機械には、この目的で小穴加工用電極が装備されており、従来のドリルビットを使用せずに焼入れ鋼へのスタート穴を作成できます。小穴ドリルは通常、回転マンドレルに取り付けられたEDM電極を使用し、誘電体を電極を通してポンプで供給して穴をフラッシングします。スタンドアロンEDMドリルを使用して硬化材料に小穴を開けるプロセスは、時に「ホールドリリング」と呼ばれます。

利点

ワイヤーEDM機械が従来型EDM機械に対して持つ主な利点は、連続ワイヤー供給により、固定電極で発生する摩耗を最小限に抑えられることです。しかし、ワイヤーEDM機械は大量のワイヤーを消費するため、コストが増加します。多くのワイヤーEDM機械は自動糸通し機能を備え、ワイヤーが切れてもプロセスをほぼ継続できます。

もう一つの重要な利点は、熱処理後の部品切削が可能なことで、熱処理後の変形の可能性を排除できます。さらに、ワイヤーEDMはワークに工具圧力をかけないため、小型で繊細な部品を容易に加工できます。固定要件は従来の機械加工方法と比較して最小限です。非常に微細な仕上げ面が可能です。

制限事項

多くの機械加工方法と比較して、EDMは遅いプロセスですが、技術進歩により速度は年々向上しています。同一形状の部品をスタックして一度に切削することで生産性を向上できます。マルチヘッド機械を使用すれば、複数の同一形状部品を同時切削可能です。ワイヤーEDMは熱プロセスであるため、ワークに応力が付与される可能性があります。

操作自体は比較的シンプルですが、ワイヤーEDM機械のメンテナンスは、従来の工作機械に必要なものより要求が高い場合があります。消耗品コストも高くなる傾向があります。これらのコストは、ほぼすべてのワイヤーEDM機械が搬入・搬出を除いて無人運転可能に設計されていることで、ある程度緩和されます。完成部品にバリがないため、バリ取り工程が不要になり、人手や時間の節約にもなります。