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インコネル７１8のワイヤ放電加工

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　徳島県立工業技術センター　　野上輝夫

要旨

　インコネル７１8をワイヤ放電加工し、放電加工条件と加工速度及び加工面粗さとの関係を調べた。S55C材料も同条件で加工し、比較した結果、インコネル７１8はS55C材料より大きな加工速度で加工でき、放電加工特性に優れた材料であることが分かった。

1．緒言

　 耐熱合金インコネル７１8は機械加工が最も困難な材料の一つとして位置づけられている。一方、ワイヤ放電加工は加工速度は高くないものの無人で行える高精 度切断加工法であり、導電性を有する材料であれば何でも加工できることから、金型産業のみならず、精密機械部品の加工に広く使用されている。そこで、イン コネル７１8の切削加工の代用として、ワイヤ放電加工の積極利用を図ることを目的として、本研究を行った。

2．実験方法

　加工材料として板厚5mmのインコネル７１8及びS55Cを用い、全ての実験を浸漬加工で行った。使用した電極ワイヤはΦ0.2mmの黄銅ワイヤで、引張り強さ90kgf／mm2以上の仕様のものである。

　実験の評価項目として、切断面の表面粗さと加工速度を取り上げた。加工速度については、装置に付属の速度表示メータからその平均値を読み取った。

　 インコネル７１8に関する放電加工データは見当たらないため、予備実験において、大きな加工速度の得られる安定加工条件をメーカー提供のデータ表から選択 し、主要放電条件を変化させて実験した。なお、S55Cの加工条件については、データ比較が目的なのでインコネル７１8と同じにした。

3．実験結果

　 ワイヤ放電加工性は装置のハード及びソフトに依存される部分が多く、これらはメーカーがノウハウとして公開していない。加工条件にしても、デジタルノッチ で決定するものが大部分で、客観的な数値条件として表現できない。従って、本実験において得られたデータも、同種の機械装置にしか応用できないものであ る。ここでは、インコネル７１8及びS55Cのワイヤ放電加工し、加工速度や切断面粗さなどに及ぼす各加工条件の影響について検討した。

3．1　加工速度

　 図1～3にインコネル７１8及びS55Cをワイヤ放電加工機により切断加工した場合の、加工セッティング（Ip）、平均加工電圧（VG）及び休止時間 （OFF）と加工速度及び切断面粗さの関係を示す。図1より、この条件で安定加工できる条件範囲はIpノッチが5から7までの範囲であり、Ipの増大とと もに加工速度が増大する傾向が得られた。Ipノッチを8以上に設定した場合、休止時間を大きくすれば安定加工の領域も存在するが、加工速度は低下する。イ ンコネル７１8をS55Cと比較した場合、いずれの条件においても、インコネル７１8の方が加工速度を大きくでき、Ipに対する加工速度の変化割合が大き い材料であると言える。

　図2より、両材料ともVGを小さくすれば加工速度が大きくなる傾向が見られる。一般的には、加工電圧が大きく なれば単位放電当たりの加工物の除去量は大きくなると考えられ、加工速度は大きくなると思われるが、この場合には逆の結果となっている。この理由は、平均 加工電圧を小さくすれば、そのことによって他の電気条件が変化して、単位放電量が増加することによる。この条件で、VGを35Vよりさらに小さくした場合 には、加工が不安定になり、50Vより高くした場合、加工は可能であるが、加工速度はさらに低下する現象が見られた。インコネル７１8はS55Cより加工 速度が大きく、VGが小さくなるとともにその差が大きくなることが分かった。

　図3より、休止時間割合が大きくなれば、単位時間当たり の放電時間が少なくなるので、加工速度は小さくなる。OFFノッチが12より大きくなっても、安定加工領域は存在するが、加工速度の低下割合は、さらに大 きくなることが予想される。この条件では、7～8ノッチあたりに加工速度のピーク値が存在する。

3．2　切断面粗さ

　加工速度を可能な限り大きく維持して、切断面粗さを小さくできることが理想であるが、一般には切断加工速度と切断面粗さは相反する関係にあると言われている。ここでは、インコネル７１8のワイヤ放電加工における切断面粗さの大きさと傾向を把握するための実験を行った。

　 一般的には、Ipが小さい場合には放電アークの小さい加工となり、切断面の表面粗さは小さくなると考えられる。図1において、S55Cの場合は、Ipノッ チを大きくすれば切断面の表面粗さが大きくなる傾向が認められるが、インコネル７１8の場合には、Ipの小さいところで逆に切断面粗さが大きな値になり、 異なる傾向を示した。全般に、切断面粗さは、インコネル７１8の方がS55Cより大きな値をとることが分かる。

　図2からは、平均加工電圧VGが大きくなれば、切断面粗さもやや大きな値になる傾向が見られるが、加工速度の場合のように明らかな傾向にあるとは言えない。

図3からは、休止時間と切断面粗さの間に明確な傾向は見られなかった。

図1～図3より、インコネル７１8の切断面粗さはS55Cより大きな値をとる材料であると言える。

4．結言

1） インコネル７１8のワイヤ放電加工特性の傾向は基本的にはS55Cと同じである。すなわち、大きな加工速度は、Ipが大きく、VGが小さく、OFFノッチ が小さい条件で得られる。切断面粗さについては、加工速度の小さくなる条件（弱い電気条件）にしても、必ずしも小さくなるとは限らず、適当な組み合わせの 条件が存在することが分かった。

2）インコネル７１8はS55Cに比べて、加工速度は速く、切断面粗さはやや大きいが、ワイヤ放電加工特性に優れた材料であると言える。

3）板厚5mmのインコネル７１8のファーストカットにおいて、加工速度を重視した場合、最大約15mm／minの加工速度の得られる条件が存在する。S55Cにおけるそれは約14mm／minであった。

図１　加工セッティング（Ip）と加工速度及び切断面粗さの関係

平均加工電圧（ＶG）：５０Ｖ，休止時間（OFF）ノッチ：１０

図2　平均加工電圧（VG）と加工速度及び切断面粗さの関係

加工セッティング（Ip）ノッチ：７，休止時間（OFF）ノッチ：12

図３　休止時間（OFF）と加工速度及び切断面租さの関係

加工セッティング（Ip）ノッチ：７，平均加工電圧（ＶG）：50Ｖ

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