火花放電による多結晶立方晶窒化ホウ素工具の刃先の研削

Published: 2020-07-28 ソース: Funik

1.多結晶立方晶窒化ホウ素(PCBN)研削の概要

近年、多結晶立方晶窒化ホウ素(PCBN)を使用することによって、58HRC以上の硬度の工作物の精密硬度の切削加工が可能となり、研削ではなく旋削の表面品質を達成し、高速度工具鋼や超硬合金材料と比較して、PCBN 工具は、工作物の表面品質と加工速度を大幅に高め、処理効率と工具寿命を向上させます。 現在、国内外ではPCBN工具刃先に対する加工手段には、主に機械研削、EDM研削などがあります。

機械研削、つまり高速回転ダイヤモンド砥石でPCBN工具の被加工表面を研削します。機械研削は、プロセスが簡単で刃先の表面粗さ値が低いなどの利点がありますが、砥石での整形が難しく、砥石の摩耗が激しく、コストが高いなどの問題があるため、先端の細かい刃先と複雑な形状の切先の工具の加工に対して実現しにくく 、適用範囲は限られています。EDMは、パルス放電アブレーションの原理に基づく自励放電加工過程です。放電アブレーションの物理過程は、電磁気学、熱力学、流体力学などの総合的な過程であり、EDMのメカニズムは電気物理的な過程です。EDMは非接触加工であり、機械的な切削力がないため、工具電極を作成する際にその力の特性を考慮する必要がなく、工具電極の形成が簡単で、相対損失が少ないなど利点があり、先端の細かい刃先と複雑な形状の切先のPCBN工具加工に効果的に適用でき、その加工装置を図1に示します。本文では、超硬工具製品の特性に基づいて、EDM研削の原理と組み合わせて、超硬工具のEDM研削の電極回転線速度、ピーク電流、およびパルス幅などの要素による加工効率と加工品質の影響について詳しく説明します。

Funik Ultrahard Material Co.,LTD

図1 EDM装置

2.EDM研削の影響要因

2.1電極回転線速度

電極が回転していない場合、工作物材料の除去量は最も低く、工作物の表面粗さの値も最大になります。電極を回転させた後、加工速度と加工品質が著しく向上します。これは、電極の回転により放電加工の条件が改善され、材料の除去速度が速くなるためです。電極の回転速度が増加するにつれて、工作物材料の除去量も増加しますが、増加は徐々に緩やかになり、電極の損失も増加します。これは、電極の摩耗は主に放電加工の初期に発生し、電極の回転速度が上がるにつれて放電点が急激に移動し、放電周波数が著しく強化され、電極損失が増大するためです。電極の回転速度が上がるにつれて、工作物の表面粗さ値は先に減少し、後に増加します。 加工品質と加工効率の面では、電極の線速度変化の影響は、ピーク電流とパルス幅の影響よりも小さいです。

2.2ピーク電流

ピーク電流Ipが増加すると、材料の除去量が増加し、電極損失が減少し、工作物材料の表面粗さの値が増加します。 ただし、三者の変化の傾向には違いがあります:ピーク電流が5A以下の場合、工作物の材料除去量と工作物の表面粗さ値はゆっくりと増加しますが、電極損失は急激に減少します;ピーク電流が10Aを超えると、工作物の材料除去量と工作物表面の粗さ値が共に急激に増加し、電極損失の低減傾向が緩やかになります。同時に、ピーク電流が8A以下の場合、PCBN粒度は基本的に加工効率と加工品質にほとんど影響しません;ただし、ピーク電流が10A以上の場合、PCBN粒度は工作物の加工効率と加工品質に一定の影響を与えます。

2.3パルス幅

パルス幅が増加すると、PCBN材料の除去量が急速に増加します。 その原因としては、パルス幅と放電時間が長いほど、電極とPCBN粗面の間に生成されるエネルギーが大きくなり、PCBN材料の除去量が加速されるためです。 同時に、パルス幅の増加とともに、電極損失が急速に減少します。電極損失は主にパルスの先端で発生し、パルス間隔定数が増加すると、パルス幅が大きくなるほど、発生するパルス数が少なくなり、電極損失が小さくなります。 パルス幅の増加とともに、PCBN粗面の粗さ値と変質層の厚さの両方が増加します。

3.まとめ

工作物のPCBN粒度は、EDMの研削効率と品質に一定の影響を及ぼしますが、EDMプロセスパラメータに比べて著しく影響がありません。切断効率、表面品質、電極のワイヤ損失などの要素の共通の影響を総合的に考慮し、  PCBN焼結体EDMワイヤー切断は、妥当なパルス幅を選択する必要があり,大きなピーク電流と小さなパルスの切断条件下で、正のワイヤーによる高圧の液体供給を採用します。

 

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