Loading article…
電気化学研削は、負に帯電した研磨砥石、電解液、正に帯電したワークピースを使用して研削することにより、導電性材料を除去するプロセスです。 [1]ワークピースから除去された材料は電解液内に留まります。電気化学研削は電気化学加工に似ていますが、ワークピースの輪郭のような形状のツールの代わりにホイールを使用します。
プロセス特性
- ホイールとワークピースは導電性です。
- 使用される砥石は、多くの研削に耐えます。通常、金属の90％は電気分解によって除去され、10％は研磨砥石によって除去されます。[2]
- 機械研磨によるバリがなく、滑らかなエッジを形成できる。[3]
- ワークピースを変形させるほどの熱は発生しません。[4]
- ワークピースを分解し、電解液に沈着させます。最も一般的な電解液は、濃度2ポンド/ガロン（20％）の塩化ナトリウムと硝酸ナトリウムです。 [1]
プロセス
電気化学研削プロセスは、従来の電気化学加工と研削プロセスを組み合わせて、ワークピースから材料を除去します。研削ホイールは切削工具としてカソードとして使用され、ワークピースはアノードになります。プロセス中、電解液（通常は硝酸ナトリウム）[5]がワークピースと研削ホイールの間の空間に注入されます。使用される他の電解質には、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、塩化ナトリウムなどがあります。[6]この電解液により、ワークピースの表面で電気化学反応が発生し、表面が酸化されて材料が除去されます。酸化の結果、ワークピースの表面に酸化膜の層が形成されますが、これは研削ホイールで除去する必要があります。以下に、プロセスの概略図をいくつか示します。
ダイヤモンドまたは酸化アルミニウム[5]のいずれかの研磨材が研削ホイールに結合しており、ホイールは研磨作用によってワークピース表面の酸化物層を除去することができます。電解液と研削ホイール研磨剤に使用される適切な材料を以下の表にまとめます。
材料除去のほとんどは、ワークピースの表面で起こる電気化学反応によって行われます。材料除去の 5 % 以下が、研削ホイールの研磨作用によって行われます。[5]ほとんどの材料が研磨作用によって除去されないという事実は、研削ホイールの寿命を延ばすのに役立ちます。つまり、ツールが摩耗するまでに長い時間がかかります。電解液には、研削ホイールとワークピースの間に残った材料を洗い流すというもう 1 つの便利な目的があります。研削ホイールに結合した研磨粒子は、研削ホイールとワークピースの間の空間を電気的に絶縁するのに役立ちます。[6] [7]電気化学研削プロセスの材料除去率を与える式は[5]に記載されており、次のように述べられています。
MRR = GI/ρF [5]
ここでρはワークピースの密度、Gはワークピースの総質量、Iは供給される電流、MRRは材料除去率、Fはファラデー定数である。[5]
電気化学研削プロセスの性能を左右する主な要因としては、供給される電流、研削ホイールの回転速度、ワークピースの送り速度、使用する電解液の種類、電解液の送り速度、ワークピースの化学的性質などがあります。[6] [8]これらのパラメータを変更することで、材料除去率を変えることができます。供給電流、ホイールの回転速度、電解液の送り速度、またはワークピースの送り速度を上げると材料除去率(MRR) が増加し、これらの特性を下げると逆の効果があります。ワークピースが使用する電解液に対してより反応性が高い場合、材料除去率は増加します。研削ホイールは通常、表面速度 1200～2000 m/分で回転し[5]、供給される電流は約 1000 A です。[6]
電気化学研削で作られた部品の精度は、使用されるワークピースと電解液の化学的性質によって大きく左右されます。ワークピースが電解液に対して非常に反応性が高く、研削ホイールとワークピースの間の空間に電解液が多すぎると、材料の除去を制御するのが難しくなり、精度が低下する可能性があります。[6]また、ワークピースの送り速度が速すぎると、精度が低下する可能性があります。
ホイールは研磨粒子が埋め込まれた金属ディスクです。銅、[4]真鍮、ニッケルが最も一般的に使用される材料です。鋼を研削する際の研磨剤としては、通常、酸化アルミニウムが使用されます。65 Rcよりも硬い 炭化物または鋼を研削する場合は、ダイヤモンド粒子の薄い層が使用されます。
整流子として働くカーボンブラシ付きの電解スピンドルが砥石を保持する。スピンドルは直流電源から負電荷を受け取り、工作物に正電荷を与える。工作物が工具に接触する部分には、従来の研削で冷却剤を供給するノズルと同様のノズルから電解液が塗布される。電解液は砥石とともに作用して電気化学セルを形成し、工作物の表面を酸化する。砥石が酸化物を運び去ると、新しい金属が露出する。酸化液を除去するには 20 psi 以下の圧力しか必要としないため、機械研削よりも歪みがはるかに少なくなる。砥石の摩耗がほとんどないため、研削とドレッシングの必要性が低減する。[4]
許容範囲
- この種の研削は、非常に硬い金属を成形できるため、また化学還元プロセスであるため、通常の研削砥石よりも砥石の寿命が長くなるため、主に使用されます。
- このタイプの研削にはさまざまな種類のホイールが使用されているため、金属を必要な形に成形できます。
- 他の研削方法よりも滑らかでバリのない表面を生成し、表面ストレスが少なくなります。
アプリケーション
電気化学研削は、ステンレス鋼や一部の特殊金属など、従来の機械加工が困難で時間のかかる硬い材料によく使用されます。硬度が 65 HRC を超える材料の場合、ECG は従来の機械加工の 10 倍の材料除去率を実現できます。ECG は摩耗がほとんどないため、部品の表面にバリ、傷、残留応力がないことが求められるプロセスによく使用されます。これらの特性により、電気化学研削には多くの便利な用途があります。
- タービンブレードの研削[8]
- 航空宇宙用途のハニカム金属の研削[8]
- 注射針の研磨[8]
- 超硬切削工具インサートの加工[8]
- ECGは、機関車の歯車の再プロファイリングなど、過剰な材料除去や残留応力が望ましくない部品の表面欠陥を除去するために使用されます[8]
- 水中の鉄骨構造物から疲労亀裂を除去する。この場合、海水自体が電解質として機能します。研削ホイール内のダイヤモンド粒子は、電気化学的研削が始まる前に、藻類などの非導電性有機物を除去します。[9]
利点と欠点
電気化学研削の主な利点の 1 つは、研削ホイール ツールの摩耗が最小限に抑えられることです。これは、材料の大部分がカソードとアノードの間で発生する電気化学反応によって除去されるためです。研磨研削が実際に行われるのは、ワークピースの表面に形成される膜を除去するときだけです。電気化学研削のもう 1 つの利点は、硬い材料を加工できることです。硬い材料は、硬い材料の加工に伴うツールの摩耗により、他の種類の加工に問題をもたらします。[5]電気化学研削により硬い表面から材料を除去しても摩耗が最小限に抑えられるというのは、少し意外に思われるかもしれません。材料の大部分は電気化学反応によって除去されるため、ワークピースは従来の研削プロセスのように熱による損傷を受けません。[10]
電気化学研削にも欠点がいくつかあります。このシステムは、陽極ワークピースと陰極研削ホイールで構成されています。これらの条件を作り出すには、ワークピースと研削ホイールの両方が導電性でなければなりません。これにより、電気化学研削に適したワークピースの材料の種類が制限されます。電気化学研削のもう1つの欠点は、表面研削にのみ適用できることです。キャビティ内のフィルム堆積物を研削ホイールが除去できないため、キャビティのあるワークピースに電気化学研削を適用することはできません。[5]もう1つの欠点は、電解液がワークピースと研削ホイールの表面を腐食させる可能性があることです。[10]最後に、電気化学研削は従来の機械加工方法よりも複雑です。これにより、機械を操作するために経験豊富な人員が必要になり、生産コストが高くなります。もう1つの欠点は、環境規制に応じて、研削プロセス中に使用される化学物質を適切に処分する必要があることです。
参考文献
- ^ ab ベネディクト、ゲイリー F. (1987)、非伝統的製造プロセス：製造工学と材料処理の第19巻、CRCプレス、pp. 153–160、ISBN 0-8247-7352-7
- ^ デレク・プレッチャー、フランク・ウォルシュ（1990）、工業電気化学、シュプリンガー、pp. 464–466、ISBN 0-412-30410-4
- ^ Valenti, Michael、「Making the Cut」、機械工学、アメリカ機械学会、2001 年。http://www.memagazine.org/backissues/membersonly/nov01/features/makcut/makcut.html 2010 年 7 月 5 日にWayback Machineにアーカイブ、2010 年 2 月 23 日にアクセス
- ^ abc Valenti、「Making the Cut」。
- ^ abcdefghijk Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven (2008). Manufacturing Processes (5 ed.). Prentice Hall. pp. 558–561. ISBN 9780132272711。
- ^ abcdef Phillips, Robert (1989). 「電気化学研削」. ASM ハンドブック. 2016 年2 月 15 日閲覧。
- ^ 「金属辞典」ASMインターナショナル2012年。
- ^ abcdef Jain, VK (2003). 「電気化学ハイブリッドプロセス」ASM International . 2016年2月15日閲覧。
- ^ McGeough, JA (1988)、機械加工の高度な方法、Springer、p. 82、ISBN 0-412-31970-5
- ^ ab Bralla, James (2007).製造プロセスハンドブック - 製品、部品、材料の製造方法。Industrial Press。p. 122。ISBN 9780831131791。
外部リンク
- Everite Machine Products Co は、手動と自動の両方の電気化学切断機と研削機のフルサービスメーカーです。
- Tridex Technology Ltd 電気化学研削および切断機のメーカー (ウェブサイトは英語とドイツ語)