型彫り放電加工の発注——電極の消耗、角の R、白層・クラックと変質層の除去の指定

型彫り放電加工は何をする加工か

この記事は、金型や部品の凹み・深いリブ・底のある形状を型彫り放電加工で作ってもらうときに、発注側が図面と発注書で何を決め、受け取るときに何を確かめるかをまとめる。抜き形状を糸のこのように切るワイヤ放電加工（ワイヤーカット）は、ワイヤーカット部品の発注で扱っている。

放電加工機の安全の規格 JIS B 6032（2025 年改正、ISO 28881:2022 を修正）は、形彫り放電加工機と細穴放電加工機の工具の名称を「電極」、ワイヤ放電加工機の工具の名称を「ワイヤ」としている^[1]。加工液は、放電の効果を高め、加工くずを排出し、工作物と電極を冷やす非導電性の液体と定義され、点火しやすく燃焼し続けやすい特性をもつ油性の加工液は「可燃性加工液」として区別されている^[1]。可燃性の加工液を使う機械では、液面と液温の監視や火災の検知が安全の機能として挙げられている^[1]。

型彫り放電加工は、作りたい凹みの形をした電極を工作物に近づけ、放電で少しずつ溶かして取ることで、電極の形を写す。工作物も電極の片側になるので、電気を通す材料でなければ加工できない。底のある凹みや、切削工具が入らない細く深い溝を、焼入れした硬い材料にそのまま作れることが、この加工を使う理由になる。

電極は消耗品——本数と材質が精度と費用を決める

日本機械学会誌の解説（1988 年）は、ワイヤ放電加工では新しいワイヤが常時供給されるので電極の消耗はほとんど無視できるのに対し、形彫り放電加工では電極の消耗が加工精度に及ぼす影響が極めて大きいとしている^[3]。銅の電極で鋼を加工する場合、従来の長方形の電流波形による低消耗加工では電極消耗比 0.5〜1 % 程度が限界だったが、電流波形の立ち上がりを緩やかにすることで消耗を大きく減らせたとも書いている^[3]。荒加工では大電流で加工するようになり、その場合は電極材料として通常グラファイトが用いられるとしている^[3]。

自動車用の金型での使い方を振り返った電気加工学会誌の記事（1998 年）も、当初は銅の電極で放電加工を始め、1980 年代に入って高能率化のために大電流で加工する際、大電流でも低い消耗を保てるグラファイトに電極材を変えたこと、アルミホイールの金型のような深いリブの多い型の増加に合わせてグラファイト電極の放電加工に着手したことを書いている^[4]。型どうしの精度をそろえるために、使う前に精度を保証した総型（形状全体を一体にした）グラファイト電極を使った例も紹介している^[4]。

電気加工学会の委員会が使う側の会社に行った調査（1984 年）では、角の丸みや側面の真直度の問題に、多くの会社が、荒・中・仕上げのほかに仕上げ用の電極をもう 1 本作って加工する、電極を揺動させる、加工液の噴流や吸引を使う、といった方法で対処していた^[2]。つまり、精度を上げるほど電極の本数と加工の工程が増える。

発注側としては、見積で電極の本数・材質・製作費を分けて出してもらうと、精度の要求と費用の関係が見える。金型の補修や同じ形の再製作を見込むなら、電極を誰が保管し、次に使えるかも取り決めておく（実務の提案）。

角の丸みと深さ方向の寸法は、ゼロにはできない

1984 年の調査は、加工された凹みの寸法と形の実態をまとめている^[2]。調査は 40 年前のもので、その後の機械の進歩で数字は良くなっているはずだが、何がずれるかの考え方は今も変わらない。

同じ調査は、角の丸みをなくしたいという要望に対し、放電加工の仕組みから言って完全にゼロにすることは不可能と思う、と書いている^[2]。形状の精度は、加工の形、加工後の残りの肉の厚さ、材料の厚さ、圧延の方向、焼入れ性、硬さなどで違うので一概に言えない、という回答もあった^[2]。寸法の測定は、底付き穴では入口側 1 か所、貫通穴では入口と出口の 2 か所で、それ以外の場所はほとんど測っていない、とも報告されている^[2]。発注側が奥の寸法を大事にするなら、測る位置を指定しないと測られないことがある。

面粗さは条件で決まる——鏡面にも、模様にもできる

放電加工の面は、放電の跡（クレーター）が重なった梨地になる。1988 年の解説は、型彫りでは電極を揺動させる加工で 0.5 μm Rmax 程度の鏡面仕上げが可能になっているとし、特定の条件で揺動加工すると、電極の面積が比較的小さい場合に鏡面に近い面が得られると書いている^[3]。一方で、電極の面積が大きくなると極間に浮遊容量ができ、加工面が荒れてくるとも書いている^[3]。同じ面粗さでも、面積の大きい面ほど条件が難しくなる、ということである。

放電加工の梨地は、樹脂の成形金型の模様（シボ）としても使われる。電気加工学会誌の技術報告（2000 年）は、放電加工で作る梨地面はプラスチック成形金型のシボ加工面として多く使われているが、塩化ビニルや難燃剤を加えたプラスチックの成形では使用中に金型の表面が腐食しやすいとし、放電加工で Rmax 5 μm 程度に仕上げた型で腐食が発生した例を示している^[6]。放電による模様を指定するときは、成形する樹脂の種類も合わせて仕入先に伝える。シボの指定全般は金型へのシボ加工の指定で扱った。

加工面に残るもの——白層・熱影響層・クラック・引張残留応力

精密工学会誌の解説（1991 年）は、放電加工は火花放電による熱的な溶融除去を利用するので、加工された表面には母材と質の違う「変質層」ができると説明している^[5]。油中の形彫り放電加工の面は溶けた物で覆われ、ガスの孔や凝固の過程でできたマイクロクラックが見られ、最表面の溶融再凝固層は断面で白く見えるので「白層」と呼ばれ、その内側の高温にさらされた部分は「熱影響層」と区別される^[5]。焼入れ焼戻しした鋼を油中で加工すると、加工液の熱分解による浸炭作用で最表面の硬さは母材よりかなり高くなり、白層の直下の熱影響層は逆に母材より軟らかくなる^[5]。急熱急冷の作用で、加工表面にはかなりの引張残留応力も残る^[5]。

2000 年の技術報告は、焼入れ鋼や超硬合金の加工では表面にマイクロクラックが発生しやすく、金型として使う際に欠け（チッピング）や割れの原因になることがあるとしている^[6]。鋼の加工のマイクロクラックはほぼ白層の中に留まるが、放電のエネルギーが高いと母材の奥まで進むことがあり、比較的エネルギーの低い中加工の面でも 20 数 μm の変質層があった^[6]。腕時計の鍛造金型の例では、放電加工の後に仕上げの研磨をしたにもかかわらず、白層のマイクロクラックが残っていて型割れにつながっていた^[6]。

疲れ強さへの影響を調べた電気加工学会誌の研究（1985 年）は、炭素鋼 S45C の焼ならし材を放電加工し、研削した試験片と比べている^[7]。ピーク電流 3.3 A の条件で、パルス幅 40 μs 以下では耐久限度の差は約 10 % と小さかったが、加工面が全面クラック状態になったパルス幅 500 μs では約 60 % もの急激な低下を示した^[7]。焼入れ焼戻し材は低下の度合いがさらに著しく、変質層の厚さに相当する量を取り除けば研削した試験片の疲れ強さに近づくが、損傷の大きい条件では変質層の厚さ以上を取り除く方がよいと結論している^[7]。

対策について、2000 年の報告は、放電加工のときに表面の欠陥層をできるだけ少なくすること（電極を上下させるジャンプ動作や揺動で放電の集中を抑える、放電時間の短いパルスで仕上げる）と、その後の仕上げ研磨で欠陥層を十分に取り除くことを挙げている^[6]。仕上げには手作業のラッピングのほか、ガラスビーズのブラストがあり、ブラストのピーニング作用で引張残留応力が圧縮側に変わり、型寿命の延長も期待できるとしている^[6]。ワイヤ放電加工の変質層との違いは、同じ放電でも加工液が水か油かで性状が大きく変わる点で^[5]、詳しくはワイヤーカット部品の発注を参照してほしい。

材料の偏りが、放電の面に出る

2000 年の報告は、工作物の材料に原因がある例も挙げている^[6]。丸棒や角棒の圧延材を使う場合、圧延方向に垂直な断面の中央部では炭化物が偏析しやすいのでなるべくそこを避け、十分に鍛造した型材を使うことが望ましいとしている^[6]。非金属介在物があると、放電加工の面にピンホールや縞模様が現れるとも書いている^[6]。外観に厳しい型や部品では、材料の素性（どの鋼材メーカーのどの材料か、どの部位から取るか）も仕様に入れる。樹脂の金型の鋼材の選び方は樹脂金型の鋼材（NAK80・HPM）の選び方で扱った。

型彫りとワイヤーカットを並べて見る

使ってはいけない指定

一つ目は、型彫りで作る凹みの内側の角を R0 のまま描き、許せる R を書かないことである。丸みは完全にはゼロにならない^[2]。二つ目は、プレス型の刃先や衝撃を受ける面を、放電加工のままの面で使う指定にすることである。白層のマイクロクラックが欠けや割れの原因になる^[6]。三つ目は、繰り返しの力を受ける部品の面を、変質層を取る指定なしに放電加工のままにすることである。条件によって疲れ強さが大きく下がる^[7]。四つ目は、塩化ビニルや難燃剤入りの樹脂を成形する型に、腐食を考えずに放電の梨地をシボとして使うことである^[6]。

発注書・図面に書くこと

1. 形状：内側の角と底の角の許せる R、深さと、奥の寸法を測るかどうか
2. 寸法：放電加工のままで出す寸法と、研削・ラッピングで仕上げる寸法
3. 面：機能面の面粗さ、鏡面・梨地・模様の別と、模様なら見本と識別
4. 変質層：刃先・衝撃面・疲れの効く面で、取り除く量（または仕上げの方法）
5. 仕上げ：研磨・ブラストの要否と、その後の寸法の扱い
6. 材料：鋼種と熱処理後の硬さ、鍛造材かどうか、介在物の少ない材料の要否
7. 成形に使う型なら、成形する樹脂の種類（腐食の考慮のため）
8. 電極：本数・材質・製作費の内訳と、保管・再使用の扱い

面粗さの書き方と測り方は表面粗さの指定と測定条件の合わせ方、仕上げの種類の指定は切削加工品の仕上げの指示で扱っている。

受け取るときに確かめること

受入では、決めた位置（入口・奥・底）の寸法と角の R、機能面の面粗さを測った記録を出してもらう。変質層を取り除く指定をした面は、取り除いた量と方法の記録を確かめる。刃先や衝撃を受ける面では、拡大して見てクラックが残っていないかを、確かめる方法とあわせて決めておく。研磨の後でも白層のクラックが残っていた例がある^[6]ので、「研磨済み」とだけの報告で済ませない。

よくある質問

ワイヤーカットと型彫り、どちらで頼めばよいですか

上から下まで抜ける形ならワイヤーカット、底のある凹みや深いリブなら型彫りが候補になる。型彫りは電極の消耗が精度に大きく効き^[3]、電極の製作費もかかるので、どちらでも作れる形なら両方の見積を取って比べる。

図面の内側の角が R0 になっています。そのまま発注してよいですか

型彫りでは角の丸みは完全にはなくならない^[2]。相手部品との干渉などで角を使うなら、許せる R の最大を設計に決めてもらい、図面に書いてから発注する。

放電加工の面を、そのまま製品の面にしてよいですか

外観や摺動だけの面なら使えることもあるが、白層・熱影響層・引張残留応力が残り^[5]、条件によって疲れ強さが大きく下がる^[7]。力を受ける面は、変質層を取る量か仕上げの方法を指定する。

まとめ

型彫り（形彫り）放電加工は、加工液の中で電極の形を工作物に写す加工で、ワイヤ放電加工と違って電極の消耗が精度に大きく効き、精度を上げるほど電極の本数と工程が増える。内側の角の丸みはゼロにならず、深さ方向にも寸法の差が出るので、許せる R と測る位置を決める。加工面には白層・熱影響層・引張残留応力が残り、焼入れ鋼や超硬合金ではクラックが金型の欠けや割れに、部品では疲れ強さの低下につながる。刃先・衝撃面・疲れの効く面は変質層を取る量と仕上げを指定し、材料の素性、成形する樹脂、電極の扱いまで発注の前に決めておく。

同じ束では、PS・HIPS の選び方、ガラス繊維強化樹脂 GF30 の指定、金属粉末射出成形（MIM）、ねじの転造も扱う。関係する記事として、ワイヤーカット部品の発注、樹脂金型の鋼材（NAK80・HPM）の選び方、工具鋼 SKD11・SKD61 の選び方、金型へのシボ加工の指定、表面粗さの指定と測定条件、切削加工品の仕上げの指示を参照してほしい。

出典・参考資料

1. JIS B 6032:2025 工作機械－安全性－放電加工機（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2025 年 10 月 25 日改正）
2. 土屋八郎「放電加工における加工精度の現状について」電気加工学会誌 18 巻 35 号（電気加工学会／1984 年 9 月）
3. 小林和彦・弥富剛・尾崎好雄「型彫り・ワイヤ放電加工の最近の技術動向」日本機械学会誌 91 巻 841 号（日本機械学会／1988 年 12 月）
4. 竹内昭伸・古谷政典「自動車用金型加工における放電加工の位置づけ」電気加工学会誌 32 巻 69 号（電気加工学会／1998 年 3 月）
5. 増井清徳・曽根匠「放電加工面の性状と高品位化」精密工学会誌 57 巻 6 号（精密工学会／1991 年 6 月）
6. 増井清徳・曽根匠・佐藤幸弘・南久「金型製作における放電加工面のトラブル事例とその対策」電気加工学会誌 34 巻 76 号（電気加工学会／2000 年 7 月）
7. 筒井忠夫・田村武夫「放電加工面の機械的性質に及ぼす影響－炭素鋼の疲れ強さについて－」電気加工学会誌 18 巻 36 号（電気加工学会／1985 年 3 月）

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