JPH02250720A - 研摩材電気腐食研削方法 - Google Patents

研摩材電気腐食研削方法

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JPH02250720A
JPH02250720A JP7164689A JP7164689A JPH02250720A JP H02250720 A JPH02250720 A JP H02250720A JP 7164689 A JP7164689 A JP 7164689A JP 7164689 A JP7164689 A JP 7164689A JP H02250720 A JPH02250720 A JP H02250720A
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grinding
grinding wheel
oxide film
amplitude
abrasive
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JP7164689A
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Semenovna Zubatova Ridia
リディア セメノヴナ ズバトバ
Yakovlev Grodzinski Eduard
エデュアルド ヤコヴレヴィチ グロドジンスキイ
Vasiliev Shelyagin Ivan
イヴァン ヴァシリエヴィチ シェルヤギン
Arkhadiev Zajtsev Aleksandr
アレキサンドル アルカディエヴィチ ザイツエフ
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EXPERIMENT N I INST METALLO STANKOV
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EXPERIMENT N I INST METALLO STANKOV
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は研削の分野に関し、より詳しくは研摩材電気腐
食研削方法(method of abrasive 
electroerosion grindiB)に関
する。
最も有益に、本発明は、例えば硬質磁性合金、ステンレ
ス鋼及び耐熱鋼(high−temperature−
steels) 、アルミニウム及びその合金、銅及び
その合金の加工困難な(difficult−to−w
ork)材料(硬く又はもろく又は強靭な)の表面研削
、円柱研削及び内面研削に利用され、またどんな等級の
硬鋼及び高速度鋼からなる切削工具をも鋭利にするため
に利用される。
また、本発明は、研削される面に加えられる力や研削さ
れる面に生ずる熱を減らす必要がある場合に、通常の構
造用鋼製又は鋳鉄製の物品を研削するために用いられる
〔従来技術〕
基幹産業の発展は、機械加工性に劣るが、高い使用特性
を特徴とする二次、機械加工性に劣るが材料(例えば耐
熱性超硬質材料や望ましい電子工学的若しくは電気工学
的特性等を有する材料等)の範囲及び領域の連続的な増
加を伴う、同時に、かかる材料の機械加工品質に対する
要求は常に増大しつつあり、これら要求の主なものは、
次のもの、即ち、欠陥の例えば物品表面層におけるチッ
ピツング(chipping)、微小亀裂(a+1cr
ocracks)、焼け(burns )といった欠陥
の無いことであり、低い表面荒さである。
その上、技術及び経済の観点から、研削工具の高い生産
能力及び妥当な摩耗性といった一般的要求も存在する。
従来の研摩材研削(abrasivegrinding
)による方法を用いてこれらすべての要求を満すこと大
部分の場合不可能である。したがって、かかる加工困難
な材料を研削するためには、加工物金属のV&細切断工
程と電気化学的除去工程を結合したダイヤモンド−電気
化学的研削方法(methoa  of  diamo
nd−electro  che+*1cal  Hr
indiB)がしばしば用いられている。しかしながら
、この方法は、その適用を制限し、妨げる多くの不利な
点を有している。
かかる不利な点の主なものには、作用媒体として電解質
溶液を用いるため、機械の最も重要な部分を耐腐食性材
料で作製しなければならないこと、ダイヤモンド−電気
化学的研削機の大きな寸法、高コスト及び複雑な保守、
該方法の高い電力消費量、大動作電流(数千アンペアに
及ぶ)がある。
金属で結合された砥石車(s+etallic−bon
d wheel)及び冷却液を用いた加工困難な材料の
研摩材電気腐食研削方法が技術上知られており(SU、
^、No。
841.889) 、この方法においては、加工物の研
削領域において、砥石車にパルス電圧が印加され、また
砥石車に及ぼす追加の電気作用を生じしめるように電極
がこの領域外に配置されている。この方法を実施するた
めの作用媒体として非腐食性冷却液の使用は、現存する
研削機を使用することを可能にし、又新しく開発された
機械において通常の構造林料を用いることを可能にする
。さらに、ダイヤモンド−電気化学的方法に比して、S
U、^。
No、841.889による方法は次の利点:数十分の
−の作用電流の削減(50八以下)、電力消費量の15
%から20%の減少、2から4分の1に縮小された付属
装置(タンク、清浄システム、電力供給源)寸法を有す
る。
しかしながら、この従来技術の研摩材電気腐食研削方法
を実施する場合、研摩工具の摩耗がまだ相当あり、(5
鵬g/gから30−g/g)、これは砥石車の大消費を
結果し、またしばしばその交換を必要とする。またこの
機械加工は比較的強烈な火花発生、光放射及び雑音を伴
う、また多くの場合において(例えば高い生産性の粗研
削の場合)、電気作用の助けによって研摩工具の切削特
性を安定化することができない。
かかる不利な点の主原因は用いられる作用媒体のコンダ
クタンス(取るに足らないけれども)にあり、これは電
極間の間隙の絶縁耐力の低下をきたす、この欠点は電源
出力の電圧低下、周囲の導電媒体へのエネルギー損失及
び電極表面における放電の不充分な局部化をもたらす。
これら損失を補うためにパルス電圧振幅及び電源の電力
を増加する必要があり、これは雑音及び光放射の増大及
び砥石車の摩耗を結果する。電気腐食機械において普通
に用いられる有機液体(ケロシンや油等)を作用媒体に
用いることは、研削機の場合には、15〜30m/sの
速度で回転する砥石車によって微粒子化された液体の発
火の危険性があるため許容されない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、金属で結合された砥石車と冷却液を用い、砥
石車に及ぼす電気作用のモード及び作用媒体のパラメー
タが、砥石車の表面に安定な酸化膜の形成を確保する様
に選択される金属で結合された砥石車と冷却液を用いる
研摩材電気腐食研削方法を提供することを目的とする。
前記酸化膜は、電極間の間隙の絶縁耐力を高めることに
より、エネルギー損失、砥石車のRI耗、並びに光放射
及び音放射のレベルを減少させる。
〔問題点を解決するための手段〕
この目的は、金属で結合された砥石車及び冷却液を用い
、パルス電圧が加工物の研削領域に於いて、砥石車に印
加され、一方砥石車に及ぼす追加の電気効果を発生する
ように適合せしめられた電極が研削領域外に配置される
研摩材電気腐食研削方法において、本発明に従って、砥
石車の表面に絶縁性の酸化膜の形成を確保する振幅及び
脈動率を有する整流電圧が該電極に印加され、該冷却液
は 2・10−りohm−1cm−’  から 2・1
0−”ohm−1cm−’  の導電率を有することに
より達成される。
本発明による方法は、砥石車の摩耗の減少、いかなる加
工困難な材料部品をも機械加工する高い生産能力を確保
する、砥石車の全耐用年数を通しての砥石車の切削特性
の安定及び研削過程における雑音及び光放射のレベルの
低下が得られる。
かかる効果を得るために、砥石車の作用面に絶縁特性を
有する安定した酸化膜の形成を確保することが必要であ
る。この形成は直流電源から砥石車に正電圧を印加する
ことにより達成される。冷却液として表現される導電性
に乏しい媒体中において、砥石車と電極の間に流れる電
流によって作用される銅又はアルミニウムを含む砥石車
の金属結合材(麟etallia bond)は陽極溶
解せしめられ、次いで不働態化過程すなわち絶縁膜の形
成をもたらす酸化過程が続く、整流電流の振幅及び脈導
率は、酸化膜の破壊を生じさせる電極間の間隙における
放電を防止する一方、この膜の充分な形成速度を確保す
るように適切に選択される。これはまた作用媒体の導電
率をある程度まで制限することにより達成される。2・
1010−3oh1cm−’以下の導電率では、生じる
電流が酸化膜を形成するには不充分であり、2・10−
”ohm−1cm−’ を超える導電率では、装置の腐
食の危険が現れる一方、他方では再不動態化(repa
ssivation )による酸化膜の部分的溶解の危
険が現れる。
酸化膜を備えることによる電極間の間隙の全体的絶縁耐
力の増加により、砥石車の電気腐食仕上げの有効な過程
のためのより充分な放電エネルギーの使用が確実になる
。これは従来技術の研摩材電気腐食研削方法に用いられ
た振幅に比してパルス電圧振幅を減少させることを可能
にし、これは工程中消費されるエネルギー、砥石車の摩
耗、及び雑音と光放射のレベルの減少をもたらす。
事実によれば、本発明による方法において、切れ味の悪
い砥粒の代わりに新しい砥粒の露出は、結合科の電気化
学的溶解及び電気腐食的破砕によって同時に引き起され
るので、砥石車の切削特性の高安定性が全実用期間(s
ervice period)を通じて維持される。さ
らに砥石車に形成された酸化膜は研削領域における摩擦
を減じ、また、これは機械加工に消費されるエネルギー
の追加的な減少及びその効率の向上に寄与する。
砥石車に及ぼされる電気腐食効果により、最初の回転で
、そのレリーフ(relief>の最も突起している箇
所の酸化膜除去が行われるので、砥石車外面形状の修正
処理が迅速化される。
砥石車表面の酸化処理は、2・10−コoh+s−’a
s+−’乃至2・10−”ohm−1cm−’の導電率
を有する水性冷却液中で行なわれる。これよりも高い導
電率は、漏れ電流(電気化学電流(electroch
eei+1cal cur−rent))による放電の
転流条件(comwutation con−diti
on)を悪化させるという理由及び機械構成単位(ma
chine units)の腐食という理由で得策では
ない。
若し、導電率が2・lO弓ohm−3ohm−’以下の
場合には、酸化膜形成速度が、本発明における固有の効
果を達成するには不十分である。
整流電圧の振幅は好ましくは5乃至35 Vの限度内に
設定される。これは、すべての場合において、研削すべ
き材料の形態、要求される生産性及び表面の性質に応じ
て、望ましい酸化膜形成速度を提供することを可能にす
る。低い方の電圧(5乃至15V)は、好ましくは、容
易に不動態化される材料(アルミニウム、鋼、タングス
テン等)の研削や、比較的小さな生産性において加工物
から取除かれる研削許容量が僅かな場合に用いられる。
若し電圧が5V未満であると、研削領域で破壊された酸
化IIが早暁に復元されないので、上述の場合において
も膜形成速度は不充分である。35Vを越える整流電圧
振幅値を用いると、再不動態化すなわち酸化膜の電気化
学的溶解が始まつる。
さらに機械加工のエネルギー消費が過分に増加し、腹の
連続性を破壊する放電が起きる。その結果、本発明にお
いて特定された範囲より高い又は低い整流電圧振幅値を
用いると、砥石車表面への酸化膜形成過程が乱され、こ
れは砥石車の11粍の増加及び砥石車の切削特性の劣化
をもたらす。
整流電圧の脈動率は好ましくは10乃至15%に設定さ
れる。これにより一方では、所定の電圧振幅値において
充分な酸化膜形成速度が得られ、他方では本発明にかか
る方法において脈動波の減少を提供する追加の複雑な平
滑システムを有しない比較的単純な電力供給源を用いる
ことができる。
上述した整流電圧値及び作用媒体のパラメータかへの逸
脱は、砥石車の摩滅増加(スパーク若しくは不充分な酸
化膜形成速度による)あるいはその切削特性の漸進的低
下をもならし、それ故加工の低品質及び生産性の低下に
帰結する。好ましくは、電極に約32 Vの振幅を有し
、約12%の脈動率を有する整流電圧を供給し、約5・
10−コoh+*−1cm−’の導電率を有する冷却液
を用いるとよい。
かかる条件により、加工すべき材料、加工物の形態及び
生産業務(production oBrations
)の広い範囲にわたって研削効率、品物の品質及び工具
の摩滅低下に関し良い結果をもたらし、また、同時に、
種々の等級の砥石車を用いることができる。
〔実施例〕
本発明による研摩材電気腐食研削方法は発明者らが行っ
た研究に基づいており、研究の結果は生産条件の下に確
認された。若し絶縁性酸化膜が砥石車1の表面に予め形
成されていれば、切削産出物(粒状物)を除去する砥石
車1の電気腐食クリーニング(eleatroeros
ion cleanin8)過程及び新しい砥粒の露出
がより効果的に進行するということが証明された。この
ような膜を砥石車1に備えることにより、パルスの電圧
の振幅を20〜35Vに減少でき、作用パルス電流の値
を2〜4Aに下げることができ、研削砥石車の摩耗を1
〜5−g/gに減少でき、工作物からの金属除去率を1
.3〜1,6倍に増加でき、研削領域における放電によ
る雑音及び光放射のレベルを2〜4倍(fac−tor
 )減少、即ち2〜4分の−に減少できる。
研削領域2に配置される酸化膜を形成するために、砥石
車1の金属結合材の電気化学的(陽極)酸化領域3が設
けられており、直流電圧が砥石車1と電極4に印加され
、無機物質(例えば、亜硝酸ナトリウム)又は有機物質
(例えば、トリエタノールアミン)の導電性に乏しい水
溶液からなる冷却液が電極間の間隙5に供給される。電
極間の間隙5で生じる電気化学的過程の作用の下に、結
合材の陽極溶解が始まり作用砥粒の部分的露出を生じさ
せる。結合材は銅又はアルミニウムのいずれか、即ち容
易に酸化される金属からなるので、結合材の溶解過程は
次第に終り、砥石車1の作用面は酸化膜で覆われる0作
用電流値の急な減少(数10アンペアがら致アンペアへ
)は陽極溶解過程及び膜形成過程が終了したことを示す
パルス電圧が砥石車1及び加工物6に印加される結果と
して研削領域に生じる放電は、結合材の電気腐食破砕(
electroerosion crushing) 
、切削砥粒の露出、及び砥石車1の表面からのくつつい
ている粒状体の除去を引き起こす。
砥石車1が、その作用面に形成された酸化膜を有して研
削領域2に到着すると、前記結合材の電気腐食的除去(
electroerosive res+oval )
について最も完全な放電エネルギーの利用のための条件
が作り出される。これにより、その放電エネルギーをこ
のような酸化膜なしの電気腐食研削に利用される放電エ
ネルギーに比して減少でき、結果として砥石車1の摩耗
、機械加工に消費されるエネルギー、及び研削領域2に
おける雑音とスパークを減らすことができる。研削され
る材料の種類、砥石車の特性及び機械加工の品質及び生
産性に対する要求によって、パルスの電圧の値(パルス
周波数又はパルス幅のいずれか又はそれらの両方同時に
)が次の二つの主な要件ニ ー砥石車の切削能力はできるだけ高くかつ早晩に変化し
ないこと、 一砥石車の摩耗は可能な限り小さいことに基づいて変え
られる。
しかしながら、放電は結合材を破砕する一方で酸化膜も
破壊する。酸化膜の回復は砥石車の各部分が陽極酸化領
域にとどまっているかなり短い時間(数ミリ秒)で行わ
れなければならない、研究が明らかにしたように、電極
と研削砥石車に印加される直流電圧のパラメータや作用
流体の特性に主として関係する特別の条件が満たされる
ならば、砥石車の表面における酸化膜の高速度の形成が
得られる。
冷却液の組成及びパラメータは迅速な酸化膜の形成、酸
化膜の連続性及び絶縁耐力を促進する。
無機ナトリウム塩やトリエタノールアミン等の形態の耐
腐食剤及び耐摩擦剤を含む水を基材とする冷却液が最も
高度にこれら要件を満たすことが見い出された。上述の
冷却液は 2 ・10−3ohm−’ am−’乃至2
・10−”ohm−1cm−’の範囲の導電率を有しな
ければならない0機械構成単位の腐食の出現や漏れ電流
(電解電流)の増加による研削領域における放電の転流
条件の悪化等の理由で、媒体のより高い導電率は得策で
はない。
2・10−3ohm+−’es−’以下の導電率を有す
る媒体も、媒体内での酸化膜形成速度が不十分であるた
め、使用上動められない、研究は、本発明において特定
された導電率の範囲内で、入手可能ないかなる水性冷却
液も使用できるということを明らかにした。
整流された電圧の振幅は5乃至35 Vの範囲に設定さ
れる。35Vを越える電圧は再不動態化すなわち酸化膜
の溶解を引き起し、処理の電力消費量が増大し、さらに
放電が酸化膜の電気腐食的粉砕を引き起こす、5V未満
の電圧では、酸化膜は砥石車の作用面の離れた複数の部
分においてのみ形成され、これは全ての機械加工特性を
損なう。
直流電圧振幅は機械加工される各材料、生産過程及び砥
石車のタイプについて実験的に選択されるべきであり、
又品物に課せられる要求によって、経時的に安定した砥
石車の切削能力と共に最小の砥石車摩耗量を与えるこの
パラメータの個々の最適値が存在する。
等しい振幅でも、平均電圧(及びこの故に平均電流)は
異なるので、電圧振幅値を選択しただけではなお不十分
であり、また酸化膜の迅速な形成のためにも不十分であ
る。10〜15%を越えない脈動波(ripples)
を用いることにより、砥石車が酸化領域にとどまってい
る問に酸化膜を完全に回復できることが見い出された。
32 Vに等しい整流化された電圧振幅と 12%に等
しい脈動率と5・1010−3oh’ca−’ に等し
い媒体導電率の場合、本発明の研削方法は最も万能であ
り、すなわち異なったタイプの砥石車を用い、異なった
生産作業において広い範囲の材料及び加工物を機械加工
する場合においてかなり高い技術的及び経済的指数を有
することを可能にする。
より良い理解のため、概要図に示された実施例を参照し
て本発明をさらに詳述する。
研削砥石車ヘッド7に固定されているのは電極4であっ
て、機械フレーム8から電気的に絶縁されており、また
電極4を砥石車1の方へ送るシステム9に接続されてい
る。直流電圧源10の負極端子は電極4に接続されてお
り、正極端子は金属で結合されたダイヤモンド砥石車(
鋼eilllic−bond diamond whe
el)に接続されている。パルス電圧源11は負極端子
を介して加工物6に接続されており、またその正極端子
を介して砥石車1に接続されている。鋼や黄銅等のいか
なる導電材料からなる板も電極4として用いられる。下
記に述べる実施例においては、工具として125μ論か
ら160μ鐘の粒度と銅からなる金属結合材を有する直
径250■及び高さ2〇−輪の円筒形のダイヤモンド砥
石車が用いられ、また冷却液として導電率2.7・10
−コohm−1cm−’ を有する亜硝酸ナトリウム(
0,4%)及びトリエタノールアミン(0,8%)の水
溶液が用いられた0表面研削されるのは24am”の面
積を有し、タングステンカーバイド92%とコバルト8
%を混合した硬質合金板と鋼で作られており、画板の面
積比が1 : 1の加工物である。電深として用いられ
たのはパルス繰り返し周波数50 Hz及び定格電流1
5 Aを有する1 kMのパルス発生器と、定格電流2
5 Aの1 kW三相全波形整流器である。
研削条件 (1)機械的条件 −1分当りのテーブルの二ストローク (double 5tokes)回数       7
2−各二ストローク当りの垂直送り量の値、輪−/ニス
トローク          0.02(2)電気的条
件 一パルス電圧の振幅、V         25−直流
電流電圧の振幅、V        23本方法を実現
するなめに、つぎの作業ニー作用液供給源をあけ、砥石
車を始動して回転させる; 一電極を砥石車に接触させ、等距離砥石車の表面マーク
(equirlistant wheel surfa
remar& )を得るように研削し、該tiを砥石車
から離間し、要求された電極間空隙を設定する・ 一整流電圧電源のスイッチを入れ、砥石車の全表面に酸
化膜を形成する; −パルス電圧電源のスイッチを入れ、加工物の研削工程
を実行する: が順次行なわれる。
上述した条件の下に、硬質合金及び鋼からなる加工物の
研削工程において、腐食電流量は2.3Aになり、直流
電流量は11 Aであり、生産能力は80〇−鋤3/g
inであり、砥石車の摩耗量は1.5mg/gになり、
スピンドル駆動の電力消費量は0.62 k−であり、
工程で消費されたエネルギーは49J/−鴎コであり、
砥石車の切削特性を間接的に特徴づけるスピンドル駆動
電力値は300分の操作中変化しなかった。
同じ加工物を従来技術のダイヤモンド電気腐食研削方法
により研削したところ、電流量は28 Aになり、生産
性は620 myh37 sinであり、砥石車摩耗量
は4.8mg/gであり、そして工程中消費された電力
量は 86J/+*m’になった。スピンドル駆動の電
力は70分の操作中に0.63 kMから0.78 k
illに増加した。120分の連続稼動の後研削工程は
中止され、砥石車は表面仕上げされた。
〔発明の効果〕
かくして、本発明による方法を用いることにより、加工
困難な材料の研削処理を強化することができ、高価なダ
イヤモンド工具及び立方晶系窒化ホウ素工具の消費量を
減少でき、機械加工の電力消費量を下げることができ、
あわせて作業の衛生上の及び健康的な条件も向上させる
ことを可能にする。
本発明による方法は、硬い、もろい又は強靭な材料から
なる部品が研削される金属加工工場において適用され得
る。
【図面の簡単な説明】
図は本発明にかかる摩耗電気腐食研削方法を実現するた
めの機械の概要図である。 参照番号については、1は砥石車、2は研削領域、3は
電気化学的酸化処理領域、4は電極、5は電極間の間隙
、6は加工物、7は研削砥石車ヘッド、8は機械フレー
ム、9は電極送りシステム、10は直流電圧源、及び1
1はパルス電圧源である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)金属で結合された砥石車と冷却液を用い、加工物
    の研削領域内においてパルス電圧が該砥石車に印加され
    、一方前記砥石車に追加の電気作用を及ぼすための電極
    が研削領域の外に配置される研摩材電気腐食研削方法に
    おいて、前記電極には砥石車の表面に絶縁性酸化膜の形
    成をもたらす振幅及び脈動率を有する整流電圧が印加さ
    れ、該冷却液は2・10^−^3ohm^−^1cm^
    −^1ないし2・10^−^2ohm^−^1cm^−
    ^1の導電率を有することを特徴とする研摩材電気腐食
    研削方法。
  2. (2)整流電圧の振幅が5Vから35Vの範囲内に設定
    されていることを特徴とする請求項1に記載の研摩材電
    気腐食研削方法。
  3. (3)整流電圧の脈動率が10%から15%の間にある
    ように設定されていることを特徴とする請求項1に記載
    の研摩材電気腐食研削方法。
  4. (4)電極(4)に印加される整流電圧が、約32Vの
    振幅及び約12%の脈動率を有し、用いられる該冷却液
    は約5・10^−^3ohm^−^1cm^−^1の導
    電率を有することを特徴とする請求項1に記載の研摩材
    電気腐食研削方法。
JP7164689A 1989-03-23 1989-03-23 研摩材電気腐食研削方法 Pending JPH02250720A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006255836A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Shoichi Shimada VIIIa族の4周期に属する元素またはTiのいずれかを含む材料の加工方法および加工装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006255836A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Shoichi Shimada VIIIa族の4周期に属する元素またはTiのいずれかを含む材料の加工方法および加工装置

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