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放電加工における製造性設計とは、放電加工プロセスを用いて効率的に加工するための金属部品の設計方法である。
放電加工（EDM）は、部品やアセンブリ内に複雑な形状や単純な形状を作成するために利用できる最も高精度な製造プロセスの1つです。通常は硬質金属に使用される加工方法であるEDMは、従来の加工技術では効果のない金属の加工を可能にします。[ 1 ]
製造性設計（Design for Manufacturability、DFMとも呼ばれる）とは、製品を製造しやすいように設計する一般的な工学技術です。この概念はほぼすべての工学分野に存在しますが、その実装方法は製造技術によって大きく異なります。DFMは、製造コストを削減するために製造プロセスを容易にするように製品を設計またはエンジニアリングするプロセスを指します。DFMにより、潜在的な問題を設計段階で修正することが可能になり、これは問題に対処する上で最もコストのかからない段階です。原材料の種類、原材料の形状、寸法公差、仕上げなどの二次加工など、その他の要因も製造性に影響を与える可能性があります。
様々な製造プロセスに応じて、DFM（設計製造性）の実践に関するガイドラインが定められています。これらのDFMガイドラインは、DFMに関連する様々な公差、ルール、および一般的な製造チェックを正確に定義するのに役立ちます。部品設計時に参照できるルールベースのガイドラインを以下に示します。部品は、放電加工を念頭に置き、製造性を考慮して設計されています。
フィーチャの最小内角半径によって、使用できる最大ワイヤ径が決まります。加工を成功させるには、ワイヤ径は最小内角半径の2倍未満である必要があります。ただし、コーナーを生成するには、最終的なオーバーカット量とわずかな操作を考慮する必要があります。小径ワイヤの場合、以下が推奨されます。[ 2 ]
表面仕上げとは、表面が完全に平坦な理想状態からわずかにずれている状態を指します。これは、滑り時の摩擦や転写層の形成を制御する重要な要素の一つです。
多くのワイヤ放電加工機は、点火に低電力、加工に高電力を使用するパルス発生回路を採用している。しかし、高電圧サブ回路で発生するエネルギーが高すぎるため、望ましい微細な表面を得るには仕上げ加工には適していない。表面仕上げを緩和することで、メーカーはパス数を減らし、より高い電流レベルとより高い金属除去率で部品を製造できるようになり、生産時間とコストを削減できる。[ 3 ]
放電加工における材料除去は、工具電極と被加工物電極の間で離散的かつ空間的な放電が発生する際に生じる侵食効果に関連しています。これら2つの電極間には短時間の火花が発生します。発生器は電気エネルギーを放出し、これが両方の電極から少量の材料を溶融させる原因となります。部品は、放電加工によって除去される材料の量が比較的少なくなるように設計および準備する必要があります。フライス加工などの従来の機械加工技術を使用して大部分の材料を除去し、仕上げ加工を放電加工で行うことができます。[ 4 ]
CNCシステムで強化されたEDMは、鍛造金型、鋳造用金型、プラスチック射出成形金型、粉末冶金用金型の製造において非常に競争力のあるモデルです。これにより、ユーザーは単一のクランプから複数の高精度部品を同時に加工できます。複数の部品を積み重ねて同時に加工したり、1つの部品に対して複数のEDM加工を同時に実行したりできるように設計する必要があります。[ 5 ]
既存の穴を放電加工で拡大または形状変更する場合、貫通穴は止まり穴よりも好ましい。貫通穴は、加工領域を通過する誘電体液の流れを容易にするからである。 [ 2 ]
鋭角をカットする場合、ワイヤは内側の半径でより長く留まるため、わずかにオーバーカットが発生します。外側の半径では速度が速くなり、わずかにアンダーカットが発生します。したがって、部品を設計する際には鋭角を避ける必要があります。[ 6 ]
ガルバニック腐食とは、電解質の存在下で、電気的に接触している金属同士が、一方の金属を他方の金属よりも優先的に腐食させる電気化学的プロセスです。放電加工（EDM）では、ワイヤまたはプローブと母材の間で、ある程度の材料交換が発生します。電極と母材は、ガルバニック腐食を可能な限り防止するように選択する必要があります。