| 研究課題/領域番号 |
20K04213
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| 研究機関 | 工学院大学 |
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研究代表者 |
武澤 英樹 工学院大学, 先進工学部, 教授 (40334148)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 細穴放電加工 / パイプ電極 / 深穴加工 / 放電不安定性 / 外周溝形成 / 異形状断面 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，市販の細穴放電加工機を用いた深穴加工において経験的に知れている放電不安定に起因する加工速度の低下および加工の停滞現象の解消に向けたパイプ電極外周部への溝加工を含めた断面形状制御の効果を明らかとすることを目的としている．経験的に，放電不安定状態になるのは加工粉の排出が滞るためであろうと推察されているが，その検証や不具合解消のための有効な対策は提案されていない．
そこで初年度は，直径1mmの通常パイプ電極の加工特性を基本として，３種の断面形状を有するパイプ電極を調達し，それら同一条件における深穴加工時の加工特性を詳細に確認した．特注電極は，市販のパイプ電極を製造しているメーカーに問い合わせ，量産設備を使用して引き抜き時の金型形状を特注で試作することにより，片側カット（single cut），両側カット（double cut），３方向カット（Triple cut）断面形状の電極を引き抜き成形してもらった．細穴加工時に電極は回転するため，回転時の最外周直径が1mmになるようにサイズは調整されている．長さも通常パイプ電極と同様に400mmである．しかしながら，成形性および真直性等を保つため，電極内部断面（加工液が噴出する断面）の大きさが通常パイプ電極より大きく成形され，加工液突出圧力を同一にすると流量に違いがでることがわかった．そのため，特注電極３種においては加工液突出圧力を小さくして比較実験を行った．被加工材は高さ125mmのステンレス鋼である．
その結果，通常パイプ電極で加工不安定になる加工深さにおいても，いずれの断面形状電極とも安定的に加工が進行した．なかでも，Triple cut電極が最も安定的に加工が進行し，加工時間も短かった．一方，Single cut電極は安定的に加工は進行するものの，３種の特注電極のなかではもっと加工速度が遅かった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究の端緒においては，市販のパイプ電極外周部にストレート溝やスパイラル溝を成形し，深穴加工時の放電加工特性を比較しその効果を確認することができ，本研究の提案に至っている．ただし，外周部への溝成形は引き抜き溝切削が可能なカッティングダイスを自作し，汎用旋盤の送り機構を流用した成形を行っていた．その場合，溝深さが統一されない，溝エッジ部にバリが発生してしまう，場合によっては電極断面形状が円形ではなく楕円になるなども課題があった．そのため，電極外周部への溝成形手法の検討を研究当初に行う予定としていたが，パイプ電極成形メーカーに相談したところ，市販の量産設備を用いて断面形状を変化させる試作品の検討をすすめることができ，電極製品品質としては満足できる異形状断面電極の入手が可能となり，初年度から実際の電極品質で加工実験の比較ができるようになった．ただ１点，中心部の空洞断面の大きさが市販パイプ電極と比較して大きいため，加工液流量を統一にできていない．突出ポンプ圧の調整で同一流量に近づけているが，全く同一には調整できておらず，その点が今後の研究課題として残る．
断面形状を変化させた市販パイプ電極と同等の品質電極による比較実験が進み，放電加工特性の把握を初年度にできたことは十分研究進捗としては満足いくものと考えられる．
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度以降，特殊電極の内部断面積の違いに起因する加工液突出量の違いの影響を考慮できる加工条件あるいは加工設定を検討する．さらには，初期の検討項目であった市販のパイプ電極外周部に独自に溝成形が可能なユニットの構築も再検討課題として取り上げる．外周部に独自に溝成形する場合，パイプ電極内部断面は全く同一であり，加工液の突出量は均一にすることが可能となり，外周部溝形状のみの影響を純粋に検討できる．当初の課題である，溝深さのばらつき，溝エッジ部のバリ発生など克服できる手法としては，微細電極の成形手法で実績のあるワイヤ放電研削法（ＷＥＤＧ法）のユニット構築が考えられる．放電加工ではバリの発生等は切削加工に比較して極めて少なく後者の課題は解決される．また，位置決め機構を取り入れることにより溝深さを均一にした加工が可能となる．ワイヤ放電研削法では常に送り出されるワイヤ部位で放電が発生するため電極消耗を考慮する必要がなく，精度のよい溝加工が期待できる．ユニットの設計および製作についても次年度以降の検討内容になる．
深穴加工実験においては，通常電極で加工不安定になることが再現できているため，その状況の放電状態を放電電流・電圧波形の解析から判断する．同様に，異形状断面の電極では同一深さ加工時の放電状態を調べ，通常パイプ電極との放電状態の違いを明らかとする．短絡や異常放電の頻発が放電不安定の原因なのか，あるいはその他の放電状態が原因なのかを明らかとして，その状態の回避のために異形状断面がどのように有効に働いているのかを明確にする．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2020年度開始当初より，コロナウイルス感染拡大により緊急事態宣言が発令され，しばらく大学での研究開始が遅くなったことに伴う消耗品等の減少および学会発表を予定していた学会等が全てオンライン開催になり計上していた旅費の使用が必要なくなったため，次年度使用額が残っている．2021年度は秋以降，対面での学会発表の開催も検討されているようであるため，旅費を含めた使用にあてることとする．
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