工具鋼のワイヤEDM：再凝固層、応力除去およびスキムカット

EDMが残すもの

ワイヤEDMは火花で金属を侵食し、各火花が微小なクレータを溶融させます。再凝固した表面、すなわち再凝固層は、白色にエッチングされ模様がないためしばしば白色層と呼ばれ、切断エネルギーに応じて通常およそ数マイクロメートルから数十マイクロメートルの厚さです。その特性は母材鋼とは大きく異なります。

• それは未焼戻しの脆いマルテンサイトであり、しばしば母材より硬く、微小割れを含むことが頻繁にあります。
• その下には、焼戻しが変化した浅い熱影響部があります。

パンチやダイの刃先では、再凝固層が欠けや早期疲労割れの始まる箇所です。低負荷部品では切断したままで許容できることもありますが、実働する工具刃先では意図的に管理されます。

スキムカット：標準的な対策

生産用のダイ作業で単一の切断を用いることはまれです。通常の順序は次のとおりです。

1. 速度を優先した高エネルギーでの荒切断を一回行います。再凝固層は厚く、表面は粗くなります（しばしばRa 1.6 µm以上）。
2. 放電エネルギーを段階的に下げながら、スキム（トリム）カットを二回から四回行います。各カットで一ミリメートルの数百分の一以下を除去します。各スキムは前層の損傷を除去し、それ自体のより薄く割れの少ない層を残します。

複数のスキムにより、最終的な再凝固層はおよそ1–2 µm以下まで低減でき、表面仕上がりはRa 0.2–0.4 µmに向けて改善し、低エネルギー切断ではワイヤのたわみが少ないため寸法精度が締まります。代償は機械時間であり、そのためスキムの回数は部品クラスごとに指定されます。切断ダイや精密ブランキング工具では多めに、粗いクリアランス作業では少なめに設定します。

切断後は、重要な刃先を砥石掛けまたは軽い研磨で仕上げることで最後の再凝固層を機械的に除去します。疲労に厳しいパンチでは、この工程は外観目的ではありません。

応力除去と変形

硬化工具鋼は焼入れによる残留応力を抱えており、ワイヤEDMは機械的応力を加えずに材料を除去しますが、ブロックを分割すると既存の応力が再配分され、部品が動きます。典型的な症状は、スリットプレートがワイヤへ閉じたりワイヤから離れて跳ねたり、中心部を除去した後に長い部品が反ったりすることです。

標準的な対策は次のとおりです。

• 鋼の焼戻しが許す箇所ではEDM前に応力除去を行ってください。荒加工後に最終焼戻し温度よりおよそ25–30 °C低い焼戻しを行うことで、仕上げ作業向けのブランクが安定します。
• 切断戦略：スラグとフレームが最後まで接続したままになるようタブ／ブリッジを残してください。大きな開口部を先に荒加工してから仕上げ、一回のパスで硬化ブランクを長く薄い支持のない断面に切断することは避けてください。
• 大きめに荒加工し、応力除去してから、サイズまで仕上げEDMを行ってください。これは精密ダイプレートで用いられる順序です。

ワイヤとプロセスに関する注意

黄銅ワイヤが一般的な標準であり、コーテッドワイヤや細いワイヤは小さな半径やテーパー作業に供されます。EDMは硬さに無関心であるため、完成したダイの補修や改造にも同様に用いられます。その際、補修された刃先には新しい刃先と同じ再凝固層の規律が適用されます。