ワイヤ放電加工は、ターゲットとなる材料（被加工材）から材料を侵食するために電気火花を使用する非従来型の現代的な電気熱技術です。ワイヤー放電加工は、複雑な設計のプロトタイプを成形するために切断することができ、高い寸法安定性で大量の部品をせん断するためにも使用されます。小さな輪郭や微細な穴は、標準的なワイヤーEDMマシンを使用して、工具の消耗を最小限に抑えながら簡単に成形することができます。従来の金属切削技術よりも精密で正確な加工が可能です。その中心的な特徴のひとつは、機械的な力を必要とせず、あらゆる高強度・導電性材料をほぼ貫通させ、複雑な形状を成形できることです。このブログ記事では、ワイヤーEDM切断加工の大きな可能性に焦点を当て、その用途、種類、せん断能力について説明します。

ワイヤ放電加工機：プロセス入門

金属加工業界では、ワイヤー放電加工(Wire Electrical Discharge Machining: Wire EDM)は、金属をせん断するために帯電させた細いワイヤー(電極)を使用する正確で精密な技術であると考えられている。ワイヤー放電加工は、材料を冷却し、浸食された粒子も除去する誘電性流体の中をワイヤーが走ります。

ワイヤー放電加工は、直接切削して材料を除去するのではなく、放電を利用して材料を侵食します。切断するのではなく、溶かしたり気化させたりするため、工具の精度が高く、削り屑がほとんど出ません。このプロセスは、材料が導電性である場合、従来の技術では加工が困難な部品を作るのに有効です。

ワイヤー放電加工の仕組み

ワイヤーEDMの加工工程はシンプルですが、非常に効率的です。加工物を誘電性の液体に浸し、万力の上に置くことから始まります。その後、電荷を帯びた細いワイヤーを被加工物に通します。被加工物は導電性であるため、帯電ローラーとは逆の電荷を帯びます。

ワイヤが加工物に近づくと、ギャップを横切って電気アークが形成され、これが熱の発生を引き起こし、少量の金属を溶かしたり気化させたりする。この火花が切削工具として働き、加工物を必要な形状に削り続けます。

プロセス全体を通して、加工環境を調整し、プロセスによって侵食された金属粒子を除去するために脱イオン水が使用される。この配置により、特に部品が複雑で高い精度が要求される場合、非常に精巧で正確な部品の切断と仕上げが可能になる。

ワイヤー放電加工機部品

以下に主なワイヤー放電加工機の部品を示す；

1. CNC工具

ワイヤ放電加工は、ワイヤパスと切断プロセスのシーケンスを制御するCNCツールによって自動化されています。これらのツールの精巧さによって誤差や加工時間のレベルが決まるため、これらのツールは加工の精度と効率にとって非常に重要です。

2. 電源

電源ユニットは、100Vから300Vの電気インパルスをワイヤ電極とワークピースの両方に供給します。電源装置は、材料除去に重要な電荷の速度と大きさを制御します。

3. ワイヤー

ワイヤーを電極とすることで放電電位を発生させる。直径は通常0.05～0.25mmで、被加工材の形状や厚さによって選択される。切断用のワイヤーを選ぶ際には、耐破壊性、耐衝撃性、導電性、気化温度、硬さなどを考慮する。

一般的なワイヤーの種類は以下の通り：

• 真鍮線：優れた導電性で有名で、銅と亜鉛をそれぞれ63%と37%の割合で組み合わせて製造される。亜鉛の含有量は切断速度を上げるが、腐食の原因となるため40%を超えないようにする。
• 亜鉛被覆ワイヤー：これらのワイヤには、加工速度を向上させる純亜鉛または酸化亜鉛の層がある。
• 拡散焼鈍ワイヤー：このワイヤーは拡散アニールによって製造され、40%以上の亜鉛を含んでいるため、大量生産と異なる材料の切断に最適です。

4. 誘電体

ワイヤーEDM加工工程は、誘電性流体（通常、油または脱イオン水）を含むタンク内で行われる。この媒体はまた、加工速度を低下させ、ワイヤ電極上の層の形成を回避し、加工物に滑らかな表面仕上げを提供します。

5. 電極

ワイヤー放電加工では、ワイヤー工具がプラスに帯電（陰極）し、被加工物がマイナスに帯電（陽極）する電気回路として機能する。サーボ・モーター（制御装置）が 0.01～0.5 mm ワイヤが切断中に被加工物に触れないようにすることは、精度にとって重要であり、被加工物の破断を避けるのに役立つ。

ワイヤ放電加工機で切断できる材料の種類は？

ワイヤーEDM加工は非常に便利で、ほとんどすべての導電性材料を切断し、複雑な形状や輪郭を作成することができます。ワイヤ放電加工機を使用して効果的に加工できる一般的な材料を以下に示します。

アルミニウム

アルミニウムは、高い熱伝導性と電気伝導性を持つ最も汎用性の高い金属のひとつです。ワイヤーEDM加工はもともと柔らかいため、加工プロセス中にガミーデポジットが蓄積する可能性がありますが、ワイヤーEDMはこの問題を管理し、正確なカットを達成することができます。

チタン

チタンは粘着性があり、長い切り屑を生成するため、ワイヤーEDM加工はチタンに最適です。このプロセスは、これらの特性を効果的に処理することができます。誘電媒体として脱イオン水を使用することで、熱の発生を最小限に抑えることができ、加工がスムーズかつ容易になります。

スチール

ワイヤ放電加工は、強度の高い金属であるスチールにとって有利である。この工程は、しばしば CNC加工 後者は素材の硬度を管理する能力があるためだ。しかし、スチールは多くの熱を発生させるため、この点に関しては必要な注意を払わなければならない。

真鍮

黄銅は引張強度が高いため、ワイヤー放電加工機による切断が比較的容易です。比較的柔らかいため、切断速度は、材料が変形して切断精度に影響を与えないよう、比較的遅くする必要があります。

グラファイト

グラファイトは、その本質的な脆性とパーティクルの引き抜きの問題から、従来の工具では加工が比較的困難です。鋭利なワイヤー電極を持つワイヤー放電加工機は、グラファイトを効率的に加工し、きれいで正確な切断を行うことができます。

これらの材料は、ワイヤ放電加工機が加工できる導電性材料の一部であり、高精度と複雑な設計を必要とするさまざまな産業でこの技術を応用できる。

ワイヤ放電加工と従来の放電加工の違い

ワイヤ放電加工と従来の放電加工は、2つの異なるタイプの剪断加工です。ワイヤ放電加工と従来の放電加工は同じ原理で動作しますが、その作業と用途はまったく異なります。ここでは、両者の違いを説明します：

電極タイプ

ワイヤー放電加工機： 上述したように、電極として機能するように加熱され、必要な形状、サイズの部品や製品を形成するために切断するために移動する細いストランドワイヤーを使用する。

従来のEDM： グラファイトや銅のような非常に導電性の高い材料から作られた電極を使用し、さまざまな形状にすることができる。これらの電極は被加工物に配置されるため、電極の形状の「ネガ」像が生成されます。

加工速度

ワイヤー放電加工機： ワイヤーの位置が決まればすぐに開始できるため、効率がよく、納期の厳しいプロジェクトに最適です。

従来のEDM： 電極は機械加工の前にあらかじめ成形しておかなければならない。 放電加工 のページで詳細をご覧ください。

精度

ワイヤー放電加工機： 0.004インチの薄さまで裁断可能。そのため、生地の複雑なパターンやデザインをカットするのに適しています。

従来のEDM： 複雑な切断にも使われるが、ワイヤー放電加工ほど精密にはできないため、より単純で硬い切断に適している。

ワイヤー放電加工の利点と欠点

ワイヤーEDM試作部品

長所

精度が高い： 完璧なカットを提供するため、それ以上の加工や仕上げはほとんど必要ない。

• 複雑な形： 従来のCNC加工は、従来の技術では難しかった複雑なパターンを作るのに役立つ。
• 小さな部品： 取り扱いが難しい、小さくて複雑な部品の作業に適しています。
• 壊れやすい素材： CNCワイヤ放電加工機は、応力を受けることができず、従来の切削加工では加工が困難な材料に適用できます。
• クリーンカット バリや歪みを残さないので、後処理が不要なのだ。
• 連続切断： 作業を止めることなく切断でき、ワイヤーが切れても再び切断を始めることができる。

短所

材料の制限： 導電性素材にのみ適用される。

厚い材料には遅い：非常に厚い材料や硬い材料には、従来のEDMほど効果がない。

コストだ： ワイヤ放電加工機は、特に機械の初期費用を考慮すると、高価なものになる。

メンテナンス 正確さとスピードを維持するためには、こまめなメンテナンスが必要だ。

これらの違いやワイヤーEDMの長所と短所を知ることは、メーカーがどちらの技術が自社の用途に適しているかを判断するのに役立ちます。

ワイヤ放電加工の用途

ワイヤーEDMは、自動車、航空機、医療産業など、詳細なプロトタイプから量産部品の製造まで幅広く使用されています。ここでは、この最先端技術を使用する主な分野をご紹介します：

自動車産業：

通常、部品の形状が複雑で、使用される材料もかなり複雑な自動車産業では、ワイヤー放電加工が使用される。この加工は機械的な力を必要としないため、バンパー、ダッシュボード、ドアなど、穴や凹みのある部品を作るのに適しています。

医療業界：

医療業界では、EDMマシンは、検眼や歯科などの機器に最適に使用される複雑なプロトタイプ部品を成形するために重要です。このプロセスは、医療機器製造に適した金属に使用される場合に特に効果的で、複雑なデザインを追加しながら、歯科インプラントや注射器部品などのアイテムの構造を強化します。

航空宇宙産業：

ワイヤーEDMは航空宇宙産業においても重要な役割を果たしています。このプロセスは、±0.005xの精度と滑らかな表面仕上げが必要な航空宇宙部品の製造に採用されています。従来の切削工具による熱や応力に耐えられない部品に対しては、ウォータージェット切削と手を携えて作業する。この技術は、エンジン部品、タービンブレード、着陸装置部品、その他多くの部品の製造において、長い間広く使用されてきた。

結論

ワイヤーEDMは、最も高精度で柔軟性のある切削加工技術のひとつと考えられ、複雑な形状や高い精度が要求される産業で高く評価されています。ワイヤーEDMは、その高い精度と厳しい公差を満たす能力により、カット・トゥ・プロダクトの試作品や大量生産の複雑な部品にとって特に価値のある技術です。

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よくある質問

Q1: ワイヤー放電加工機の寸法精度や公差はどのくらいですか？

通常、ワイヤー放電加工は非常に正確で、高速ワイヤー放電加工は±0.1ミリメートルの厳しい公差を行うことができます。

Q2.ワイヤー放電加工はレーザー加工とどう違うのですか？

ワイヤー放電加工はワイヤーからの電気的侵食によって機能するが、レーザー切断は高出力の熱ビームで材料を切断するため、公差も異なり、ワイヤー放電加工はレーザー切断よりも精度が高くなる。

Q4.なぜ脱イオン水がワイヤー放電加工に不可欠なのですか？

ワイヤー放電加工では、炭素含有量が少ない脱イオン水を誘電媒体として使用します。また、加工プロセス中に誘電体温度が最適なレベルに保たれるよう、ヒートシンクの役割も果たします。