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技術 電食加工における材料回収のための方法

出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
発明者 ユアンフェン・ルオスティーブン・ロバート・ハヤシアンドリュー・リー・トリマーデール・ロバート・ロンバードジョン・アンソニー・ヴォーゲル
出願日 2016年5月25日 (5年1ヶ月経過) 出願番号 2016-103803
公開日 2016年12月28日 (4年6ヶ月経過) 公開番号 2016-221674
状態 特許登録済
技術分野 放電加工、電解加工、複合加工
主要キーワード 内側間隙 切断流体 後退面 外側間隙 較正プログラム 耐損耗性 電気加工 加工端
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図面 (6)

課題

電食加工における材料回収のための方法を提供する。

解決手段

電食加工のための方法は、電極アセンブリ24であって、中空内部を形作るチューブ形状の本体を有する電極本体および電極アセンブリの切断面を形成するために電極本体に固定された1つ以上のインサートを備える電極アセンブリを用意するステップと、加工される加工物12の近傍に電極アセンブリを配置するステップと、電極アセンブリおよび加工物が互いに逆の電気的極性となるように電極アセンブリに通電するために電極アセンブリに電力を供給するステップとを含み、インサートと加工物との間の加工間隙であって、加工物から材料を除去するためにパルス電流が流される加工間隙を維持しながら、電極アセンブリに加工物中を前進させるステップを含み、電極アセンブリに加工物中を前進させるときに、加工物の残りの部分から完全に分離され、電極本体の中空内部内に含まれるコアが形成される。

概要

背景

電食加工は、硬質金属または他の技術(旋盤もしくはドリルなどを用いるものなど)では加工することが不可能であったものを加工するために一般に使用される加工方法である。したがって、電食加工は、極めて硬い鋼および他の導電性の硬質金属(チタンハステロイコバールインコネル、またはカーバイドなど)のトレパニング作業またはドリリング作業に使用され得る。特定の電食加工技術は、強力な電界の存在下で電極切断工具)と加工物との間に高速に繰り返し発生する一連アーク放電によって材料を積極的に(例えば、標準的な放電加工の10倍の速度で)除去する荒加工方法を実現するために放電侵食およびスパーク侵食(electrical discharge and spark eroding)を利用する。電食切断工具は、加工物に極めて近い所望の経路に沿って案内されるが、加工物に接触しない。連続するスパークは、加工物上に一連の微小な窪みを形成し、溶融および気化によって切断経路に沿って材料を除去する。加工物は、カソードを形成し、工具(あるいは電極と呼ばれる)は、アノードを形成する。粒子は、誘電性流体を連続的に流すことによって洗い流される。

電食機械用の電極は、一般に、導電性材料グラファイト黄銅、または銅など)から製造される。上で指摘したように、誘電性流体(炭化水素油など)の流れは、放電のための経路を確保するために、またアーク放電によるを洗い流すために電極と加工物との間の間隙に圧送される。パルスDC電源は、電極と加工物との間にアーク放電を発生させるエネルギーを供給するために接続される。放電は、誘電性流体を通って進み、誘電性流体をイオン化し、スパークは、電極の表面と加工物とが最も近い位置に発生する。スパークが発生する領域は、加工表面小点が溶融され、加工物から除去されるほどの高温に加熱され、その後、誘電性流体の流れによって洗い流される。このとき、加工物のこの部分は、加工物表面の平均高さよりも低くなり、次に、加工物の次の最も高い領域が除去される。これらの放電は、電極と接続される加工物上の領域のすべてが徐々に電食されるように1秒につき数百回または数千回発生する。

上で言及した理由から、電食は、航空宇宙用途に用いられる構成要素の加工に有用である。例えば、電食は、接近可能性または孔の形状の複雑度によりレーザドリリングの使用が不可能な状況でガスタービン翼形部の超合金構成要素に冷却孔を加工するために使用され、この場合、このような孔は、トレパニング法またはドリリング法によって形成される。冷却孔は、例えばエンジン圧縮機から供給される冷却空気が、翼形部表面上に冷却空気の薄い膜を形成するためにノズルガイドベーン中空コアから流れ、これにより、高温燃焼ガスの効果から翼形部を保護することを可能にするためにノズルガイドベーンの翼形部壁部に形成される。

しかしながら、電気加工処理の1つの欠点は、加工物の材料の再利用が困難かつ費用の掛かるものであることである。すなわち、高価な加工物材料(例えば、チタン)の材料の再利用は非常に望ましいが、既存の電食技術は、電食加工によって生じる小片および削りかすの再利用が、その小さなサイズおよびさらにはその酸化に起因して困難かつ費用の掛かるものであることから、加工物の再利用を困難にすることが認められる。とりわけ、大量の材料を積極的に除去する荒加工方法を実現するために利用される電食加工技術にとって、材料の再利用は、大量の材料が加工されることから、非常に望ましいものである。

したがって、電食荒加工処理における加工物の小片および削りかすを再利用するための手段を提供することが望ましい。

概要

電食加工における材料回収のための方法を提供する。電食加工のための方法は、電極アセンブリ24であって、中空内部を形作るチューブ形状の本体を有する電極本体および電極アセンブリの切断面を形成するために電極本体に固定された1つ以上のインサートを備える電極アセンブリを用意するステップと、加工される加工物12の近傍に電極アセンブリを配置するステップと、電極アセンブリおよび加工物が互いに逆の電気的極性となるように電極アセンブリに通電するために電極アセンブリに電力を供給するステップとを含み、インサートと加工物との間の加工間隙であって、加工物から材料を除去するためにパルス電流が流される加工間隙を維持しながら、電極アセンブリに加工物中を前進させるステップを含み、電極アセンブリに加工物中を前進させるときに、加工物の残りの部分から完全に分離され、電極本体の中空内部内に含まれるコアが形成される。

目的

したがって、電食荒加工処理における加工物の小片および削りかすを再利用するための手段を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

電食加工のための方法であって、電極アセンブリ(24)であって、中空内部(30)を形作るチューブ形状の本体を有する電極本体(28)、および前記電極アセンブリ(24)の切断面を形成するために前記電極本体(28)に固定された1つ以上のインサート(34)を備える電極アセンブリ(24)を用意するステップと、加工される加工物(12)の近傍に前記電極アセンブリ(24)を配置するステップと、前記電極アセンブリ(24)および前記加工物(12)が互いに逆の電気的極性となるように前記電極アセンブリ(24)に通電するために前記電極アセンブリ(24)に電力を供給するステップと、前記1つ以上のインサート(34)と前記加工物(12)との間の加工間隙(26)であって、前記加工物(12)から材料を除去するためにパルス電流が流される加工間隙(26)を維持しながら、前記電極アセンブリ(24)に前記加工物(12)中を前進させるステップとを含み、前記電極アセンブリ(24)に前記加工物(12)中を前進させるときに、前記加工物(12)の残りの部分から完全に分離され、前記電極本体(28)の前記中空内部(30)内に含まれるコア(48)が形成される方法。

請求項2

電解質が前記電極アセンブリ(24)と前記加工物(12)との間の前記加工間隙(26)に流れ込むように、電解質供給部(22)から下に前記電解質を流して前記電極本体(28)を通過させるステップと、加工物材料の除去から生じる加工物を前記電極本体(28)の加工端(32)から遠くに移動させるために、前記電極本体(28)の外面(36)上の流路(40)を通して前記電解質および前記加工物屑を導くステップであって、前記流路(40)が、前記電極本体(28)の前記外面(36)上に形成された複数のフルート(38)によって形作られているステップとをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記複数のフルート(38)が、前記電極本体(28)の前記外面(36)上に螺旋パターンに配置されている、請求項2に記載の方法。

請求項4

前記電解質が、前記電極本体(28)に形成された冷却通路を通って前記電極本体(28)を通過するように下に供給される、請求項1に記載の方法。

請求項5

前記コア(48)の酸化を防止するために、前記電極本体(28)の前記切断面に保護ガスを向けるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項6

前記保護ガスを向ける前記ステップが、前記電極本体(28)と前記電極本体(28)の少なくとも一部の周りに配置され、かつそこから離間された遮蔽部材(42)によって形作られたガス通路(44)を通して前記保護ガスを下に導くことを含む、請求項5に記載の方法。

請求項7

前記電極アセンブリ(24)に前記加工物(12)中を前進させる前記ステップが、長孔吸引ドリリング(longaspirationholedrilling)工程を実行する際に前記加工物(12)を前進させることを含む、請求項1に記載の方法。

請求項8

前記電極アセンブリ(24)を用意する前記ステップが、前記1つ以上の交換可能インサート(34)が前記電極本体(28)に/から選択的に取り付け可能かつ取り外し可能なように構成されて、前記1つ以上のインサート(34)が損耗したときに前記1つ以上のインサート(34)を選択的に交換することを含む、請求項1に記載の方法。

請求項9

前記1つ以上のインサート(34)を選択的に交換する前記ステップが、前記加工物(12)を加工する前の前記1つ以上の交換可能インサート(34)の厚さと前記加工物(12)の加工後の前記1つ以上の交換可能インサート(34)の厚さとの間の損耗値を計算することによって前記1つ以上のインサート(34)の厚さを監視すること、および前記計算された損耗値に基づいて前記1つ以上の交換可能インサート(34)の残りの寿命を求めることを含む、請求項8に記載の方法。

請求項10

前記1つ以上の交換可能インサート(34)のそれぞれが、タングステン銅合金から構成されている、請求項8に記載の方法。

請求項11

前記電極アセンブリ(24)を用意する前記ステップが、複数の交換可能インサート(34)が前記電極本体(28)の外周において等間隔に離間されるように、前記複数の交換可能インサート(34)を前記電極本体(28)に取り付けることを含む、請求項1に記載の方法。

請求項12

長孔吸引ドリリングのための荒加工方法であって、電極アセンブリ(24)であって、中空内部(30)を形作る管形状の電極本体(28)であって、荒加工される加工物(12)の近傍に配置可能な加工端(32)を有する管形状の電極本体(28)、および切断面を設けるために前記加工端(32)の位置で前記電極本体(28)に固定された1つ以上の交換可能インサート(34)を備える電極アセンブリ(24)を用意するステップと、前記加工物(12)および前記電極アセンブリ(24)の一方をアノードとして、他方をカソードとして通電するステップと、前記電極アセンブリ(24)が前記加工物(12)に前進するにつれて、加工物材料のコア(48)が、前記管形状の電極本体(28)の前記中空内部(30)内に形成されるように、孔を形成するために前記電極アセンブリ(24)を前記加工物(12)に前進させるステップと、前記電極アセンブリ(24)が前記加工物(12)に前進するときに前記管形状の電極本体(28)の前記加工端(32)と前記加工物(12)との間の加工間隙(26)を経由して切断流体流通させるステップとを含み、前記加工物材料の前記コア(48)が、前記電極アセンブリ(24)が前記加工物(12)の全体にわたって前進したときに前記加工物(12)の残りの部分から分離される方法。

請求項13

前記加工間隙(26)を経由して前記切断流体を流通させる前記ステップが、前記管形状の電極本体(28)に形成された冷却通路を通って前記管形状の電極本体(28)を通過するように前記切断流体を下に供給することを含む、請求項12に記載の方法。

請求項14

前記加工端(32)から遠くに加工物屑を除去するステップを含み、前記加工物屑を除去する前記ステップが、前記加工間隙(26)を経由して前記切断流体を流通させること、および前記管形状の電極本体(28)の外面(36)上の流路(40)であって、前記電極本体(28)の前記外面(36)上に形成された複数のフルート(38)によって形作られた流路(40)を通して、前記切断流体および前記加工物材料の除去から生じる加工物屑を導くことを含む、請求項12に記載の方法。

請求項15

前記加工物材料の前記コア(48)の酸化を防止するために、前記管形状の電極本体(28)の前記加工端(32)に保護ガスを向けるステップを含む、請求項12に記載の方法。

請求項16

前記保護ガスを向ける前記ステップが、前記管形状の電極本体(28)と前記電極本体(28)の少なくとも一部の周りに配置され、かつそこから離間された遮蔽部材(42)との間に形成されたガス通路(44)を通して前記保護ガスを下に導くことを含む、請求項15に記載の方法。

請求項17

前記1つ以上の交換可能インサート(34)が最小の許容可能な厚値未満に損耗したときに前記管形状の電極本体(28)上の前記1つ以上の交換可能インサート(34)を選択的に交換するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。

請求項18

前記1つ以上の交換可能インサート(34)のそれぞれが、タングステン−銅合金から構成されている、請求項12に記載の方法。

請求項19

電食加工システム(10)を製造する方法であって、加工物(12)を所望の構造に加工するために構成された電極アセンブリ(24)を用意するステップと、互いに逆の電気的極性となるように前記電極アセンブリ(24)および前記加工物(12)に通電するために構成された電源(20)を用意するステップと、前記加工物(12)に対して前記電極アセンブリ(24)を移動させるために構成された加工装置(14)を用意するステップとを含み、前記電極アセンブリ(24)を用意する前記ステップが、前記加工物(12)の孔のドリリングから生じる、加工物材料のコア(48)をその中に収容するサイズに形成された中空内部(30)を形作る管形状の電極本体(28)を用意すること、および前記管形状の電極本体(28)の加工端(32)に/から選択的に取り付け可能かつ取り外し可能なように構成された1つ以上の交換可能インサート(34)を前記管形状の電極本体(28)の前記加工端(32)に取り付けることを含む方法。

請求項20

前記電極アセンブリ(24)を用意する前記ステップが、前記電極本体(28)の外面(36)上に形成される複数のフルート(38)であって、前記管形状の電極本体(28)の前記加工端(32)から遠くに切断流体および加工物屑を向かわせる流路(40)を形成する複数のフルート(38)を形成すること、およびガス通路(44)であって、これを通して保護ガスが、前記加工物材料の前記コア(48)の酸化を防止するために前記電極本体(28)の前記加工端(32)に向けて下に供給され得るガス通路(44)を形作るように遮蔽部材(42)を前記管形状の電極本体(28)から離間させて、前記管形状の電極本体(28)の一部の周りに配置することをさらに含む、請求項19に記載の方法。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、一般に電食機械に関し、より具体的には、電食機械のためのチューブ形状電極に関する。

背景技術

0002

電食加工は、硬質金属または他の技術(旋盤もしくはドリルなどを用いるものなど)では加工することが不可能であったものを加工するために一般に使用される加工方法である。したがって、電食加工は、極めて硬い鋼および他の導電性の硬質金属(チタンハステロイコバールインコネル、またはカーバイドなど)のトレパニング作業またはドリリング作業に使用され得る。特定の電食加工技術は、強力な電界の存在下で電極(切断工具)と加工物との間に高速に繰り返し発生する一連アーク放電によって材料を積極的に(例えば、標準的な放電加工の10倍の速度で)除去する荒加工方法を実現するために放電侵食およびスパーク侵食(electrical discharge and spark eroding)を利用する。電食切断工具は、加工物に極めて近い所望の経路に沿って案内されるが、加工物に接触しない。連続するスパークは、加工物上に一連の微小な窪みを形成し、溶融および気化によって切断経路に沿って材料を除去する。加工物は、カソードを形成し、工具(あるいは電極と呼ばれる)は、アノードを形成する。粒子は、誘電性流体を連続的に流すことによって洗い流される。

0003

電食機械用の電極は、一般に、導電性材料グラファイト黄銅、または銅など)から製造される。上で指摘したように、誘電性流体(炭化水素油など)の流れは、放電のための経路を確保するために、またアーク放電によるを洗い流すために電極と加工物との間の間隙に圧送される。パルスDC電源は、電極と加工物との間にアーク放電を発生させるエネルギーを供給するために接続される。放電は、誘電性流体を通って進み、誘電性流体をイオン化し、スパークは、電極の表面と加工物とが最も近い位置に発生する。スパークが発生する領域は、加工表面小点が溶融され、加工物から除去されるほどの高温に加熱され、その後、誘電性流体の流れによって洗い流される。このとき、加工物のこの部分は、加工物表面の平均高さよりも低くなり、次に、加工物の次の最も高い領域が除去される。これらの放電は、電極と接続される加工物上の領域のすべてが徐々に電食されるように1秒につき数百回または数千回発生する。

0004

上で言及した理由から、電食は、航空宇宙用途に用いられる構成要素の加工に有用である。例えば、電食は、接近可能性または孔の形状の複雑度によりレーザドリリングの使用が不可能な状況でガスタービン翼形部の超合金構成要素に冷却孔を加工するために使用され、この場合、このような孔は、トレパニング法またはドリリング法によって形成される。冷却孔は、例えばエンジン圧縮機から供給される冷却空気が、翼形部表面上に冷却空気の薄い膜を形成するためにノズルガイドベーン中空コアから流れ、これにより、高温燃焼ガスの効果から翼形部を保護することを可能にするためにノズルガイドベーンの翼形部壁部に形成される。

0005

しかしながら、電気加工処理の1つの欠点は、加工物の材料の再利用が困難かつ費用の掛かるものであることである。すなわち、高価な加工物材料(例えば、チタン)の材料の再利用は非常に望ましいが、既存の電食技術は、電食加工によって生じる小片および削りかすの再利用が、その小さなサイズおよびさらにはその酸化に起因して困難かつ費用の掛かるものであることから、加工物の再利用を困難にすることが認められる。とりわけ、大量の材料を積極的に除去する荒加工方法を実現するために利用される電食加工技術にとって、材料の再利用は、大量の材料が加工されることから、非常に望ましいものである。

0006

したがって、電食荒加工処理における加工物の小片および削りかすを再利用するための手段を提供することが望ましい。

先行技術

0007

米国特許第8471167号明細書

0008

本発明の一態様によれば、電食加工のための方法は、電極アセンブリであって、中空内部を形作るチューブ形状の本体を有する電極本体および電極アセンブリの切断面を形成するために電極本体に固定された1つ以上のインサートを備える電極アセンブリを用意するステップと、加工される加工物の近傍に電極アセンブリを配置するステップと、電極アセンブリおよび加工物が互いに逆の電気的極性となるように電極アセンブリに通電するために電極アセンブリに電力を供給するステップとを含む。また、本方法は、1つ以上のインサートと加工物との間の加工間隙であって、加工物から材料を除去するためにパルス電流が流される加工間隙を維持しながら、電極アセンブリに加工物中を前進させるステップを含み、電極アセンブリに加工物中を前進させるときに、加工物の残りの部分から完全に分離され、電極本体の中空内部内に含まれるコアが形成される。

0009

本発明の別の態様によれば、長孔吸引ドリリング(long aspiration hole drilling)のための荒加工方法は、中空内部を形作り、かつ荒加工される加工物の近傍に配置可能な加工端を有する管形状の電極本体および切断面を設けるために加工端の位置で電極本体に固定された1つ以上の交換可能インサートを備える電極アセンブリを用意するステップを含む。また、本方法は、加工物および電極アセンブリの一方をアノードとして、他方をカソードとして通電するステップと、電極アセンブリが加工物に前進するにつれて、加工物材料のコアが、管形状の電極本体の中空内部内に形成されるように、孔を形成するために電極アセンブリを加工物に前進させるステップとを含む。本方法は、電極アセンブリが加工物に前進するときに管形状の電極本体の加工端と加工物との間の加工間隙を経由して切断流体流通させるステップをさらに含む。加工物材料のコアは、電極アセンブリが加工物の全体にわたって前進したときに加工物の残りの部分から分離される。

0010

本発明のさらに別の態様によれば、電食加工システムを製造する方法は、加工物を所望の構造に加工するために構成された電極アセンブリを用意するステップと、互いに逆の電気的極性となるように電極アセンブリおよび加工物に通電するために構成された電源を用意するステップと、加工物に対して電極アセンブリを移動させるために構成された加工装置を用意するステップとを含む。電極アセンブリを用意するステップは、加工物の孔のドリリングから生じる、加工物材料のコアをその中に収容するサイズに形成された中空内部を形作る管形状の電極本体を用意すること、および、管形状の電極本体の加工端に/から選択的に取り付け可能かつ取り外し可能なように構成された1つ以上の交換可能インサートを管形状の電極本体の加工端に取り付けることをさらに含む。

0011

様々な他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかにされる。

0012

図面は、本発明を実施するために現在考えられる実施形態を示している。

図面の簡単な説明

0013

本発明の実施形態に係る電食加工システムの概略図である。
本発明の実施形態に係る、図1の電食加工システムの電極アセンブリの斜視図である。
本発明の実施形態に係る、図1の電食加工システムの電極アセンブリの斜視図である。
電極アセンブリが加工物に前進されるときの、線4−4に沿った、電極アセンブリの断面図である。
電極アセンブリが加工物に前進されるときの、線4−4に沿った、電極アセンブリの断面図である。

実施例

0014

本発明の実施形態は、電食加工処理から生じる、加工物の塊の回収を実現する、電食機械用の電極アセンブリを提供する。電極アセンブリは、管形状の電極本体であって、その中に加工物材料の塊を受け入れることが可能な管形状の電極本体および加工物からの材料の除去に利用される交換可能インサートを含む。

0015

図1は、本発明の一実施形態に係る電食加工システム10(放電加工を実行するためのシステムなど)の概略図を示している。本発明の実施形態において、電食加工システム10は、所望の構造を形成するために加工物12から材料を層ごとに除去するために使用される。図1に示されているように、電食加工システム10は、加工装置14およびCNCコントローラ16を含む数値制御NC:numerical control)装置またはコンピュータ数値制御(CNC:computer numerical control)装置(図示せず)と、電食コントローラ18と、電源20と、電解質供給部22と、電極アセンブリ24とを備える。

0016

本発明の実施形態において、NC装置またはCNC装置は、従来の自動加工を実行するために使用されてもよい。特定の例において、加工装置14は、当業者に知られている工作機械またはサーボモータ(図示せず)およびスピンドルモータ(図示せず)を含む旋盤を備えてもよい。電極アセンブリ24は、電食加工を実行するために加工装置14に取り付けられている。したがって、サーボモータは、所望の速度および経路で互いに反対方向に移動するように電極アセンブリ24および加工物12を駆動してもよく、また、スピンドルモータは、所望の速度で回転するように電極アセンブリ24を駆動する。

0017

CNCコントローラ16は、コンピュータ支援設計CAD:computer−aided design)および/またはコンピュータ支援製造(CAM:computer−aided manufacturing)における加工物12の記述に基づいて予めプログラムされた命令を備え、また、特定の動作パラメータ(特定の送り速度、軸位置、または主軸速度など)に従って移動および/または回転するように電極アセンブリ24を駆動するために加工装置14を制御する目的で加工装置14に接続されている。非限定的な一例において、CNCコントローラ16は、一般的なCNCコントローラであってもよく、また、当業者に知られているように中央処理装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、および/またはランダムアクセスメモリ(RAM)を備えてもよい。また、一実施形態によれば、CNCコントローラ16は、以下でより詳細に説明されるように、加工の前後の電極アセンブリ24の状態を求めるように機能する損耗較正プログラムモジュール25をその中に含んでもよい。

0018

図示の実施形態において、電源20は、直流(DC)パルス発生器を備える。電極アセンブリ24および加工物12は、それぞれ電源20の陰極および陽極に接続されている。したがって、本発明の実施形態において、電極アセンブリ24は、カソードとして機能することができ、加工物12は、アノードとしての役割を果たすことができる。他の実施形態において、電極アセンブリ24および加工物12の極性は逆にされてもよい。

0019

電食コントローラ18は、電源20の状態を監視するために電源20に接続されている。一実施形態において、電食コントローラ18は、1つ以上のセンサ(図示せず)(電極アセンブリ24と加工物12との間の間隙26における電圧および/または電流の状態を監視するための、電圧および/または電流の測定回路など)を備えてもよい。他の実施形態において、センサは、電源20に配置されてもよいし、別個に配置されてもよい。非限定的な例において、電食コントローラ18は、当業者に知られているように、センサとしての役割を果たすマイクロプロセッサもしくは別の計算装置タイミング装置電圧比較装置、および/またはデータ記憶装置などを備えてもよい。さらに、電食コントローラ18はまた、電源20、および電極アセンブリ24を保持する加工装置14の動作を制御するためにCNCコントローラ16と通信する。

0020

一例において、電解質供給部22は、電極アセンブリ24と加工物12との間に電解質を流すためにCNCコントローラ16と通信し、CNCコントローラ16から予めプログラムされた命令を受信してもよい。あるいは、電解質供給部22は、別個に配置されてもよい。したがって、電食加工において、電源20が、所望の構造を形成する目的で加工物12から材料を層ごとに除去するために電極アセンブリ24と加工物12との間にパルス電流を流す一方で、電解質は、除去された材料を間隙26から運び出してもよい。

0021

次に図2図5を参照すると、電極アセンブリ24が、例示的な実施形態に従ってより詳細に示されている。電極アセンブリ24は、内部中空部30を形作るチューブ形状または管形状の電極本体28を含む。電極本体28は、加工物12の近傍に配置される環状の加工面または加工端32および荒加工作業を実行するために加工端32の位置で電極本体28に固定された1つ以上の交換可能インサート34を有する。一実施形態では、図2に示されているように、単一の交換可能インサート34が、電極本体28の加工端32に設けられる。しかしながら、別の実施形態では、図3に示されているように、管形状の電極本体28の外周において互いに等間隔に90度離間された4つの交換可能インサート34が設けられる。

0022

交換可能インサート34は、加工物12から材料を除去するのに適した特性(例えば、導電率耐損耗性など)を有する材料から構成される。例示的な実施形態において、交換可能インサート34は、タングステン銅合金(WCu)から形成されるが、他の適切な材料も、インサートを形成するために使用され得る。電極アセンブリ24の交換可能インサート34は、作業中に損耗するため、交換可能インサート34は、電極本体28の加工端32に/から選択的に取り付け可能かつ取り外し可能なように構成されることが認められる。電極本体28への交換可能インサート34の取り付けは、例えば本体へのインサートのボルト止めによって、または電極本体28への/からの交換可能インサート34の選択的な取り付けおよび取り外しを行い得る任意の他の適切な手段によって達成されてもよい。

0023

図2および図3から分かるように、中空内部30の寸法は、管形状の電極本体28の壁の厚さよりも大幅に大きく、これにより、中空内部30は、加工物12のトレパニングまたはドリリングから生じる、加工物材料の塊またはコアを受け入れるように構成されている。電極本体28の中空内部30に入る加工物材料のコアに加えて、加工物材料の付随的な削りかすまたは屑が、電解質によって電極本体28から外側に、そして上方に送り出される。図2に示されているように、電極本体28の外面36は、その上に形成された複数のフルート38であって、電極本体28の加工端32からのこの加工物屑の除去を実現する複数のフルート38を含む。フルート38は、流路40であって、これを通して電解質および加工物屑が電極本体28の加工端32から遠くに移動される流路40を形作るように電極本体28の外面36上に螺旋パターンに配置されている。

0024

図4および図5に最も良く示されているように、電極アセンブリ24はまた、電極本体28の中空内部30内に受け入れられた加工物材料の塊/コアの酸化を防止するために保護ガスの流れを加工物12に向けるために使用される遮蔽部材42を含む。遮蔽部材42は、電極本体28の一部の周りに配置され(すなわち、遮蔽部材42は、加工端32の下までは延在しない)、ガス通路44であって、これを通して保護ガスが供給され得るガス通路44を形作るように電極本体28から離間されている。一実施形態において、アルゴンガスが、塊/コアが再利用され得るように加工物材料の塊/コアの酸化が防止される保護環境を実現するために遮蔽部材42および電極本体28によって形成されたガス通路44を通して下に送られる。

0025

次に図4および図5を参照すると、電極アセンブリ24が移動され得る、指定されたトレパニングまたはドリリングの工具経路が示されている。工具経路に沿ってトレパニング作業またはドリリング作業を実行する際、電極アセンブリ24は、回転され、CNCコントローラ16(図1)によって制御された経路に沿って加工物12に前進される。電極アセンブリ24の環状の加工端32およびインサート34と加工物12の対応する後退面との間の加工間隙26は維持される。加工物12の対応する表面は、電気アークの有無にかかわらず連続的に電食される。このようにして、環状の溝または孔およびコア48が徐々に形成される。コア48と電極本体28の内面52との間に、内側間隙50が形作られ、電極本体の外面36と環状の溝または孔の側壁との間に、外側間隙54が形作られる。一実施形態において、内側間隙50は、電極本体28に形成されるスロットまたは通路の形態をとる。

0026

荒加工作業中、電解質供給部22は、低温のきれいな切断流体を電極アセンブリ24に連続的に高圧で圧送し、コア48と電極アセンブリ24との間の内側間隙50を通過させる。切断流体は、電極アセンブリ24の前進する加工面32と加工物12の対応する後退面との間の加工間隙26を通って流れ、次に、電極アセンブリ24と加工物12との間の外側間隙54および電極本体28の外面36の流路40を通って流出し、これにより、荒加工作業中に発生した削りかすおよび熱を取り除く。

0027

図5に示されているように、トレパニング作業またはドリリング作業の完了後、加工物12の残りの部分から完全に分離されたコア48が残される。コア48は、電極本体28の中空内部30内に含まれ、電食作業の完了時に、コア48が再利用され得るように(遮蔽部材42および電極本体28によって形成されたガス通路44を通して流されるアルゴンガスによってコア48を保護しながら)中空内部30から除去されてもよい。加工物材料のこのような再利用は、加工される加工物材料が高価な材料(例えば、チタンなど)の場合にとりわけ有益である。

0028

電極アセンブリ24の交換可能インサート34は、作業中に損耗するため、交換可能インサート34の状態を、交換可能インサート34の交換が必要な時点を判定するために監視しなければならないことが認められる。上に示したように、損耗較正プログラムモジュール25(図1)が、電極アセンブリ24の状態(詳細には、交換可能インサート34の状態)を監視するために利用されてもよい。損耗較正プログラムモジュール25は、交換可能インサート34のサイズ(例えば、厚さ)を監視してもよい(例えば、加工物を加工する前の交換可能インサート34の厚さと加工物の加工後の交換可能インサート34の厚さとの間の損耗値を計算し、交換可能インサート34の残りの寿命を求めることによって)。次に、損耗較正プログラムモジュール25によって新しいインサートが必要であると判定された場合、交換可能インサート34は、取り外され、交換されてもよい(例えば、古いインサート34が、ボルトを外すことにより電極本体28から取り外され、新しいインサート34が、電極本体28にボルト止めされる)。

0029

したがって、有益にも、本発明の実施形態は、電食作業による加工物材料の塊の再利用を可能にする電極アセンブリを提供する。電極アセンブリは、管形状の電極本体であって、その中に加工物材料のコアまたは塊を受け入れることが可能な管形状の電極本体を含み、コアは、コアが再利用され得るように電食作業の完了時にそこから除去される。電極アセンブリは、電極アセンブリの切断面または加工面に沿って加工物材料のコア/塊を保護し、その酸化を防止するためにアルゴンガスの流れを加工物に供給するように構成される。電極アセンブリの加工面に交換可能インサートが用意されていることにより、電極本体は、完全な状態に保たれるようになっている(交換可能インサートは、必要に応じて容易に電極本体に/から取り付けられ、取り外される)。したがって、加工物材料を再利用するコストを低減する、長寿命の電極アセンブリ(交換可能インサートのみ、定期的に交換する必要がある)が提供される。

0030

本発明の一実施形態によれば、電食加工のための方法は、電極アセンブリであって、中空内部を形作るチューブ形状の本体を有する電極本体および電極アセンブリの切断面を形成するために電極本体に固定された1つ以上のインサートを備える電極アセンブリを用意するステップと、加工される加工物の近傍に電極アセンブリを配置するステップと、電極アセンブリおよび加工物が互いに逆の電気的極性となるように電極アセンブリに通電するために電極アセンブリに電力を供給するステップとを含む。また、本方法は、1つ以上のインサートと加工物との間の加工間隙であって、加工物から材料を除去するためにパルス電流が流される加工間隙を維持しながら、電極アセンブリに加工物中を前進させるステップを含み、電極アセンブリに加工物中を前進させるときに、加工物の残りの部分から完全に分離され、電極本体の中空内部内に含まれるコアが形成される。

0031

本発明の別の実施形態によれば、長孔吸引ドリリングのための荒加工方法は、中空内部を形作り、かつ荒加工される加工物の近傍に配置可能な加工端を有する管形状の電極本体および切断面を設けるために加工端の位置で電極本体に固定された1つ以上の交換可能インサートを備える電極アセンブリを用意するステップを含む。また、本方法は、加工物および電極アセンブリの一方をアノードとして、他方をカソードとして通電するステップと、電極アセンブリが加工物に前進するにつれて、加工物材料のコアが、管形状の電極本体の中空内部内に形成されるように、孔を形成するために電極アセンブリを加工物に前進させるステップとを含む。本方法は、電極アセンブリが加工物に前進するときに管形状の電極本体の加工端と加工物との間の加工間隙を経由して切断流体を流通させるステップをさらに含む。加工物材料のコアは、電極アセンブリが加工物の全体にわたって前進したときに加工物の残りの部分から分離される。

0032

本発明のさらに別の実施形態によれば、電食加工システムを製造する方法は、加工物を所望の構造に加工するために構成された電極アセンブリを用意するステップと、互いに逆の電気的極性となるように電極アセンブリおよび加工物に通電するために構成された電源を用意するステップと、加工物に対して電極アセンブリを移動させるために構成された加工装置を用意するステップとを含む。電極アセンブリを用意するステップは、加工物の孔のドリリングから生じる、加工物材料のコアをその中に収容するサイズに形成された中空内部を形作る管形状の電極本体を用意すること、および、管形状の電極本体の加工端に/から選択的に取り付け可能かつ取り外し可能なように構成された1つ以上の交換可能インサートを管形状の電極本体の加工端に取り付けることをさらに含む。

0033

この記載された説明では、最良の態様を含めて本発明を開示するために、さらには、任意の当業者が任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込み方法の実行を含めて本発明を実施することを可能にするために、例が使用されている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、また、当業者によって想到される他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

0034

本発明について、限られた数の実施形態のみに関連して詳細に説明してきたが、本発明は、このような開示された実施形態に限定されるわけではないことが容易に理解されるべきである。それどころか、本発明は、これまでに説明されていないが、本発明の精神および範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換、または同等の配置を取り入れるために修正されてもよい。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様が、説明されている実施形態の一部しか含まなくてもよいことが理解されるべきである。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されるものとして理解されるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

0035

10電食加工システム
12加工物
14加工装置
16CNCコントローラ
18 電食コントローラ
20電源
22電解質供給部
24電極アセンブリ
25損耗較正プログラムモジュール
26加工間隙
28電極本体
30中空内部、内部中空部
32加工端、加工面
34交換可能インサート
36 電極本体の外面
38フルート
40流路
42遮蔽部材
44ガス通路
48コア
50内側間隙
52 電極本体の内面
54 外側間隙

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