JP4148993B2

JP4148993B2 - 両極性パルスによる電解加工法

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Publication number: JP4148993B2
Application number: JP50647697A
Authority: JP
Inventors: ナシチズィーギマエフ; アレクサンドルエヌザイセフ; アレクサンドルエルベロゴルスキー; イゴールエルアガフォノフ; ナイラエイアミルチャノーヴァ; ヴィクトルエヌクセンコ; ラファエルアールムチュディノフ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-07-18
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2016-07-09
Also published as: EA000069B1; CA2199850A1; EP0787056A2; DE69610611D1; HUP9800265A2; US5833835A; WO1997003781A2; KR100407873B1; BR9606518A; PL319277A1; JPH10505798A; DE787056T1; EP0787056B1; MY132232A; EA199700042A1; DE69610611T2; CZ81397A3; KR970706097A; ES2153110T3; AR002859A1

Description

本発明は正常極性の１個、又はそれ以上の両極性電流パルスを反対極性の電圧パルスと交互に、導電性工作物と導電性電極との間に加えることにより、導電性工作物を電解液中で電解加工する両極性パルスによる電解加工法に関するものである。
このような方法はロシヤ発明者証第1440636号明細書から既知であり、この方法は複雑な輪郭を有する部片の製造、又は非常に強度が高く硬質の鋼、及び合金から総形バイトを製造するのに使用することができる。正常電極の電流パルスの間、工作物は電極に対し正であり、工作物の金属は電解液中に溶解し、同時に工作物の表面に不活性化層が形成される。反対極性の電圧パルスの間、工作物は電極に対し負となり、表面の活性化が発生する。同時に、工作物の付近の電解液は水から水素が形成されるためアルカリ性になる。この高いpH値により、工作物上の不活性化層が溶解する反応を生ずる。反対電極の電圧パルスの次には、電圧パルスの持続時間のほぼ０．５〜２倍の長さの休止時間がある。
この既知の方法の欠点は、高い生産性、精度、及び加工品質を確実なものにするために、反対極性の電圧パルスの電圧値を変化させる最適範囲がわからないことである。また電極の溶解が発生し、そのため電極の寸法、及び形状が変化し、その結果、加工の精度と、工作物の表面品質が悪くなる。
米国特許第3654116号は正常極性のパルスと反対極性のパルスとを交互に発生させ、両極性パルスにより、電解加工する方法を開示している。反対極性のパルスの振幅、及び／又は持続時間、及び／又は位置を制御し、これ等のパルスの作用が不活性化を消滅させるのに十分なものになるようにしている。しかし、この既知の方法は、反対極性のパルスの振幅があるべき最適範囲を明らかにしていない。
本発明の目的は工作物の加工精度、生産性、及び加工品質を改善した電解加工法を得るにある。本発明の他の目的はこの電解加工法を実施する電解加工装置を得るにある。この目的のため、本発明電解加工法は、頭書の電解加工法において、工作物の加工に先行する少なくとも１回のテストに基づいて、この工作物の所定の表面品質の発生、及び導電性電極の消耗の発生から誘導された２個の所定値の間で前記電圧パルスの振幅（Un）を調整することを特徴とする。
振幅があるべき最適の限界値を決定するための先行するテストにより、電極の溶解と、その結果としての加工精度の低下とを防止することができ、更に、例えば光沢ある仕上がり状態の良好に明確にされた表面品質によって得られる高い加工効率が達成される。
クロムニッケル鋼を加工する時、これ等の作動条件下で、廃棄電解液中の有毒な６価クロムはその濃度が減少しており、環境への要請にも容易に応じることができる。
反対極性の電圧パルスの振幅が存在する範囲は本発明方法の変形によって決定することができ、その変形の方法は前記テスト中、電圧パルスの振幅を初期値から最終値まで徐々に増大し、作動中、前記電極と工作物との間の間隙の性質を表すパラメータの順次の値の間の差に符号の反転を生ずる際、前記２個の所定値を決定することを特徴とする。
電極と工作物との間の間隙の性質を表すパラメータの順次の値の差に符号の反転を生ずることは反対極性の電圧パルスの所定の振幅における特性現象であることがわかった。この最初の符号の反転は、電圧パルスの振幅が工作物の光沢ある表面を生産する範囲の始まりであると思われる。第２の符号の反転は電極が電解液中で溶解し始め、加工精度が低下し始める瞬間を明示している。テスト中は、反対極性の電圧パルスの振幅は大きくなり、２個の伴って生ずる符号の反転のそれぞれの間はこれに対応する振幅が維持される。従って、これ等２個の対応する振幅は加工プロセスを継続する範囲内の２個の所定の値を形成している。
反対極性のパルスを加えないと、正常極性の電流パルスの終了直後、電極と工作物との間の電圧は零ではないが分極電圧に等しくなり、この分極電圧は他の電流パルスを加えないと徐々に零まで減少する。本発明によれば、テスト中の電圧パルスの振幅は分極電圧にほぼ相当する初期値から、電極が電解液内で溶解し始める電圧より大きくない最終値まで増大する。
電極と工作物との間の間隙の性質を表すパラメータに関する方法の第１の変形は、電流パルス中、工作物と電極との相互に相対的な振動運動から生ずる大域最小値であって、前記間隙の両側の間の電圧の大域最小値の振幅が前記パラメータであることを特徴とする。この場合、このパラメータは間隙の両側間の電圧である。電極と工作物との間の連続する運動とは別に、振動運動もある。電極は例えば正弦波運動を行い、工作物は振動する電極の方向に連続的に移動する。電極が工作物に最も近く位置している時間間隔中に、正常極性の電流パルスを加える。電流パルス中、電極と工作物との間の間隙の両側間の電圧は大域最小値を有する波形を持つ。この大域最小値の電圧値は反対極性の電圧パルスの振幅によって定まるものと思われる。テスト中、反対極性の電圧パルスの振幅は徐々に増大し、順次の大域最小値の電圧値の差が計算される。この差の符号の反転が生ずれば直ちに、反対極性の電圧パルスの対応する振幅が計算される。
テスト中、反対極性の電圧パルスの振幅は、正常極性の各電流パルスの後に所定の段階寸法で増大する。間隙の寸法が比較的小さい場合には、比較的多数の電流パルスの後に始めて、順次の大域最小値の電圧値の測定可能な変化が発生する。この場合、符号の反転を十分な精度で検出するため、大域最小値の多数の順次の電圧値を収集し、平均値を採る必要がある。一般に、比較的大きな段階寸法を使用する時、２個の順次のパルス間の符号の反転を測定することができる。最適の段階寸法は電圧パルスの振幅の範囲に対する希望する精度によって定まる。
テスト中、所定の間隙寸法を維持する。この目的のため、この方法の他の変形では、電流パルス中、工作物と電極との間の電圧に局所最大値が発生するよう電極と工作物との間の間隙の寸法を制御することを特徴とする。電圧パルスは電解液を加熱する。電極が工作物から離れて動く時、キャビテーションが発生し、電解液は沸騰を開始するから、間隙内に余分な気泡が形成される。このため、電解液の抵抗が一時的に増大し、このことは電流パルス中、電極と工作物との間の電圧変化の局所最大値として現れる。
電極と工作物との間の間隙の性質を表すパラメータとして間隙の代わりの性質を使用することもできる。この目的のため、本発明方法の第２の変形では、このパラメータが電圧パルス中の間隙に通る電流の積分値であることを特徴とする。
この場合、電圧パルス中、電極と工作物との間の間隙に流れる瞬間電流を測定する。この電流の積分値は信号反転の検出のためのパラメータとして役立つ。
この方法の第３の変形は、このパラメータが電流パルス中の間隙の両側間の電圧の積分値であることを特徴とする。
この代案の方法では、電流パルス中、電極と工作物との間の間隙の両側間に現れる瞬間電圧を測定する。この電圧の積分値は符号の反転の検出のためのパラメータとして役立つ。
これ等２個の最後に述べた代案の方法は、電極と工作物との間の電圧に大域最小値が無い場合に特に適している。このように大域最小値が無いことは、工作物と電極との間に振動運動が発生しないことによって生ずる。他の原因としては、過度のキャビテーション、及び電解液が余りに高温になることを防止するため、振動運動は行わせるが、各電流パルスを短いパルスの群に分割することであると思われる。従って、大域最小値は測定できないか、又は殆ど測定できない。
更に他の代案では、間隙の両側間の抵抗を測定し、抵抗の変化における符号の反転を検出する。更に間隙自身の寸法を測定し、間隙の寸法の変化における符号の反転を検出する。この後者の場合にはこの方法の他の変形によって反対極性の電圧パルスの振幅の好適な値を決定することができる。この変形はテスト中、電圧パルスの振幅を順次増大し、工作物と電極との間の間隙の寸法を測定し、この間隙の寸法の次の値と前の値とについて測定された値の間の差を計算し、この差に符号の反転が生じた際、電圧パルスの振幅を決定し、次に、この決定された振幅によって工作物の加工を継続することを特徴とする。
このように代案の性質を使用する場合、電極と工作物との間の振動運動を行うことは、も早、必要がないことに注意すべきである。
また、処理すべき表面の同一の活性化作用を達成するため、正常極性の電流パルス間の休止時間より、反対極性の電圧パルスを一層短くしてもよいことにも注意すべきである。
また本発明は正常極性の１個、又はそれ以上の両極性電流パルスを反対極性の電圧パルスと交互に、導電性工作物と導電性電極との間に加えることにより、導電性工作物を電解液中で電解加工する装置に関するものである。この方法、特に、電極と工作物との間の間隙の性質を表すパラメータにおける符号の反転を検出するテストを実施するため、この本発明電解加工装置は、
電極と、
電極と工作物との間に間隙を維持する離間関係にこれ等電極と工作物とを設置する手段と、
前記電極と工作物との間の前記間隙に電解液を送るための手段と、
前記工作物と電極とに電流パルスを供給するためこれ等工作物と電極とに電気的に接続可能な電流源と、
前記工作物と電極とに電圧パルスを供給するためこれ等工作物と電極とに電気的に接続可能であり、制御可能な出力電圧を有する電圧源と、
前記電流源と電圧源とを工作物と電極とに交互に接続する手段と、
前記電圧源の出力電圧を徐々に変化させるための制御信号を発生する手段と、
工作物と電極との間のパルスの電圧波形、及び／又は電流波形を分析し記憶する手段と、
前記パルスの電圧波形、又は電流波形から得られたパラメータ、又は電極と工作物との間の間隙の両側間の抵抗から得られたパラメータの順次の値の間の差の符号の反転を検出する手段と、
前記符号の反転を検出した際、前記電圧源の制御信号の瞬間値を記憶する手段とを具えることを特徴とする。
この電流源は工作物の電解加工に必要な電流パルスを供給する。理想的な電流源は、負荷の抵抗値に関せず所定の電流を供給し、非常に高い出力インピーダンスを有する電力源である。しかし、実際上、出力インピーダンスは制限され、それにも拘らず供給される電流は電極と工作物との間の瞬間抵抗から全く無関係である。この場合、間隙の両側間の電圧の変化は間隙の両側間の抵抗によって殆ど完全に定まり、電流源、それ自身の出力インピーダンスによらない。このような電流源は大域最小値における符号の反転の測定、及び間隙の両側間の電圧の積分値における符号の反転の測定を実施することができる。しかし、選択されたパラメータが電圧パルス中の電流の積分値である場合には、電流源は高い出力インピーダンスを有する必要がない。実際上、正常極性の電流パルス中の電圧の波形は反対極性の電圧パルス中の電流の測定に役割を果たさない。従って、所定の条件下で、電流源の出力インピーダンスは電流源が電圧源として挙動する程小さくてもよい。
この電圧源は工作物の表面の活性化に必要な反対極性の電圧パルスを供給する。理想的な電圧源は、負荷の抵抗に関せず所定の電圧を供給し、非常に低い出力インピーダンスを有する電力源である。しかし、実際上、出力インピーダンスは制限され、供給される電圧は電極と工作物との間の瞬間抵抗から全く無関係である。この場合、間隙に通る電流の変化は間隙の両側間の抵抗によって殆ど完全に定まり、電圧源、それ自身の出力インピーダンスによらない。特に、反対極性の電圧パルス中の電流の積分値を測定する時は、低い出力インピーダンスを有する電圧源を有することが望ましい。正常極性の電流パルス中、間隙の両側間の電圧の大域最小値における符号の反転、及びこの電圧の積分値における符号の反転を測定する時、反対極性の電圧パルス中の電流の波形は従属する部分の役割を果たす。従って、この電圧源の出力インピーダンスは電圧源が電流源として挙動する程高くてもよい。
テスト中の電圧パルスの振幅を徐々に変化させるため、電圧源の出力電圧を制御可能にする。電流源、及び電圧源を電極、及び工作物に交互に接続し、それにより両極性パルス列を発生させる。電極、及び工作物が相互に相対的に振動運動を行う場合、電極と工作物とが最も近く接近する点に電流パルスの中心が合致するように、このパルス列をこの振動に同期させるのが好適である。
電極と工作物との間の間隙に通る電流、及び／又は電圧の変化を時間の関数として測定し、記憶装置に記憶させる。測定データを記憶する計算機に結合されたアナログディジタル変換器により、電流と電圧とを測定するのが好適である。測定データを分析することにより、計算機は測定されるパラメータの変化における符号の反転を計算し、検出する。また、この計算機は電圧源の出力電圧を制御するための制御信号を発生する。テスト中、計算機からの制御信号の指令を受けて、電圧源の出力電圧を徐々に変化させる。計算機が符号の反転を検出するや直ちに、制御信号を記憶する。テストが完了すると、符号の反転の際、見出した値の間の値に、制御信号を調整する。
電流、及び／又は電圧の分析の代わりに、テスト中、適切な位置センサ、及びこのセンサに結合されたアナログディジタル変換器によって、間隙の寸法の変化の分析を行うことができる。
添付図面を参照して本発明のこれ等の態様、及びその他の態様を次に説明し、図示する。
図１は本発明方法を実施する装置の実施例を線図的に示す。
図２は本発明方法の一変形において生ずる信号の波形を示す。
図３は本発明方法のこの変形を実施中、電極と工作物との間の電解液の状態の変化を示す。
図４は本発明方法の一変形において生ずる信号の波形を示す。
図５は本発明方法を実施するための代案の電流パルス列の波形を示す。
図６は本発明方法を実施するための装置の一実施例の電気ブロック線図を示す。
図７は本発明方法を実施している間の、プロセスパラメータと、反対極性の電圧パルスの振幅との間の関係を示す。
図８は本発明方法の一変形を実施している間に、電極と工作物との間に発生する電圧の波形を示す。
図９は本発明方法のプロセス工程のうちの一工程のフローチャートである。
図１は工作物２を電解加工する装置を示す。工作物２をテーブル４上に支持する。このテーブル４は電極６に向け送り速度Vkで移動する。モータ１０によって駆動されるクランクシャフト８により、電極６は工作物２に対し振動運動を行う。工作物は例えばクロム含有鋼で造られる。電解液、例えばアルカリ金属の硝酸塩水溶液を工作物２と電極６との間の間隙５内に流し、この水溶液をタンク３から圧力P₁で循環させる。工作物２、テーブル４、及び電極６は導電性である。電極６とテーブル４とを電力源１２に接続し、この電力源１２によって両極性電流パルスを電極６と、テーブル４とに供給する。この電流パルスは正常極性の電流パルスから成り、この電流パルスに対しテーブル４、従って工作物２は電極６に対し正であり、またこれ等電流パルスは反対極性の電圧パルスと交互に発生し、この電圧パルスに対し工作物２は電極６に対し負になる。正常極性の電流パルスの間は、工作物２の金属は電解液中に溶解し、同時に、工作物２の表面には不活性化層が形成される。反対極性の電圧パルスの間は、工作物の表面は非不活性化される。同時に、工作物２の付近の電解液は水からの水素の発生によりアルカリ性となる。この高いpH値により、工作物２の表面の不活性化層が溶解する反応を生ずる。
図２の曲線Iは電極６と工作物２との間の間隙５の寸法S(t)の変化を現している。図２の曲線II、及びIIIは間隙５の両側の電圧Ｕと、間隙５に通る電流Ｉとをそれぞれ示す。電極６が工作物２に最も近く位置している図２の曲線IVに示す時間間隔tiの間に、正常極性の電流パルスと振幅Ipとを加える。これ等の電流パルスの間、間隙５の両側間の電圧は、図２の曲線IIに示すように大域最小値を有する。これ等電流パルスは反対極性の電圧パルスと交互に発生し、図２の曲線Vに示される時間間隔tuでの振幅はUnである。
図３に示すように、比較的大きな間隙寸法Smaxの場合には、電極６が工作物２に接近する初期の段階で、電解液の流れは乱流であり、この電解液は蒸気とガスとの気泡を含んでいる。この段階では、電極６と工作物２との間の間隙は比較的大きな電気抵抗を有しており、これは、図２の曲線IIの電圧Uの第１最大値から明らかである。電極６が接近する結果として、電解液中の圧力は増大し、蒸気とガスとの気泡を溶解させるから、電解液は間隙内で均質、均一となり、間隙寸法が小さく高い電流密度を達成する。その結果、電気抵抗が減少する。このことは図２の曲線IIの電圧Uに大域最小値が発生することから明らかである。電極６と工作物２との間の距離が増大し、蒸気、及びガスの気泡が新たに形成される結果、図２の曲線IIに示すように電気抵抗は再び第２の最大値まで増大する。加える電力が非常に大きいと、この電解液は激しく沸騰を開始し、間隙内に余分な気泡を形成させる。間隙内に余分な気泡が形成されると、この電解液の電気抵抗が一時的に増大し、このことは、電流パルス中、電極と工作物との間の電圧Uの変化に局所的最大値として現れる。図４は大域最小値Uminの後に発生する局所最大値U3maxを有する電圧Uの変化を一層詳細に示す。
このような激しい気泡の形成は、反対極性の電圧パルスと交互に発生する正常極性の電流パルス群を加えることによって防止することができる。このような両極性パルス列を図５に示す。このようにして、プロセスは一層確実に進行し、同一の最小間隙寸法で一層正確な結果が得られる。
図６は本発明により作動し、電力源１２を有する本発明電解加工装置の電気ブロック線図を示す。この電力源１２は電流源１４を具え、制御信号CSIによって振幅が変化する電流Ipをこの電流源１４が供給する。またこの電力源１２は可変電圧源１６を具え、制御信号CSUによって変化する出力電圧Unをこの電圧源１６が供給する。電流源１４の負端子と、可変電圧源１６の正端子とは任意直列の抵抗１８を通じて共に電極６に接続されている。電流源１４の正端子はスイッチ２０を通じて工作物２に接続されている。スイッチ２０は同期ユニット２２によって供給される信号Siの制御を受けてtiの時間間隔（図２参照）で閉じられる。可変電圧源１６の負端子はスイッチ２４を通じて工作物２に接続される。スイッチ２４は同期ユニット２２によって供給される信号Suの制御を受けてtuの時間間隔（図２参照）で閉じられる。また、この同期ユニット２２はモータ１０を同期させる作用をも行う。電極６と工作物２との間のアナログ電圧Uはアナログディジタル変換器２６によって端子３２、３４で測定され、ディジタル信号DUに変換され、この信号DUは計算機２８で記憶され、分析され、処理される。所要に応じ、間隙を通る電流Iも直列抵抗１８の両端間の電圧降下を第２アナログディジタル変換器３０によって端子３６、３８で測定することによって求めることができる。この第２アナログディジタル変換器３０はアナログ電圧降下をディジタル信号DIに変換し、このディジタル信号DIをディジタル信号DUと同様、計算機２８によって処理する。直列抵抗１８の代わりに、電流変成器、又はその他任意適切なインタフェースを使用することもできる。適切な瞬時に、アナログディジタル変換器２６の入力端子を端子３２、３４間の電圧測定から端子３６、３８間の電流測定に切り替えれば、アナログディジタル変換器３０を省略することができる。同期ユニット２２、アナログディジタル変換器２６、３０、及び計算機２８にクロックパルス（図６に図示せず）を供給し、これにより両極性電流パルス、及び電極の振動の発生に同期して、データ捕捉、及びデータ処理が確実に進行する。テーブル４の位置を位置センサ４０において監視し、テーブル４の移動の測定結果である信号DSをこの位置センサによって供給する。計算機２８は、例えばディジタルアナログ変換器によって形成される適切なインタフェイス４２、４４を介して、電流源１４のための制御信号CSI、及び制御可能な電圧源１６のための制御信号CSUを発生する。
テーブル４の送り速度Vkを制御することにより、図４に示すように局所最大電圧値U3maxが発生するように間隙５を調整する。この局所最大電圧値はアナログディジタル変換器２６、及び計算機２８の助けを借りて、又はオシロスコープの助けを借りて電圧Uの分析によって決定することができる。しかし、所要に応じ、間隙５の寸法に関して任意他の作動点を選択してもよく、即ち局所最大電圧値U3maxが発生しない電圧Uの点を選択してもよい。
実験の結果、次のことが明らかになった。即ち、分極電圧Upolと電圧Un2との間の時間間隔で反対極性の電圧パルスの電圧値Unが変化すると、電極６が溶解を始め、所定の条件下でプロセスが実施され、大域最小値の電圧値Umin（図２の曲線II参照）がまず振幅Un＝Un1で最小値Umin＝Up1を通り、次に増大して、振幅Un＝Un2で最大値Umin＝Up2を通る。この状態を図７に示す。分極電圧Upolは反対極性のパルスを加えない場合、電極２と工作物６との間に正常極性の電流パルスが終了した直後の電圧である。図８の曲線Iを参照のこと。更に電流パルスを加えないと、分極電圧Upolは零まで徐々に減少する。電圧UnがUpolとUn0との間にある第１帯域では、工作物２の表面に暗色酸化フィルムが存在する。電圧Unはこの酸化フィルムを活性化させるには十分でない。電圧UnがUn0とUn1との間にある第２帯域では、反対極性の電圧パルスが加えられ、工作物２の表面は徐々に一層輝いてくる。電圧UnがUn1とUn2との間にある次の第３帯域では、工作物２の送り速度Vkは著しく増大する。これは酸化層が無く、溶解プロセスが一層有効に進行するからである。それ故、工作物２の表面は著しく光沢を有し、平均表面粗さRaは0.1ミクロン以下になる。クロム含有鋼の場合には、光沢がある層のクロム含有量は単極プロセスの場合より一層高いことがわかった。更に、これ等の条件下で、廃棄電解液中の毒性６価クロムイオンの濃度が減少する。電圧値がUn＝Un1であることは、間隙の寸法Stが小さく、均一で気泡のない電解液での作動条件となり、一層高い精度で写取り加工ができ、工作物の溶解速度を高くすることができる。電圧値がUn＝Un2で、電極６が溶解を開始することは望ましくない。これは加工精度が低下するからである。
反対極性の電圧パルスの電圧Unは最適な作用のためにはUn1、及びUn2の限度内に維持すべきである。本発明によれば、これ等の限度は工作物２を更に処理するのを進行させるテストにより決定される。この目的のため、分極電圧Un＝Upolに等しい出発電圧値から、電圧Un＝Unmaxより大きくない最終電圧値まで、所定作動条件下で、電圧Unを徐々に増大し、この最終電圧値で電極が溶解し始める。２つの連続する電流パルスの間で電圧Unは段階値△Unづつ増加する。各電流パルス毎に電圧Uminを測定し、先行する電流パルスのUminとの差を計算する。この差の値に最初の符号の反転が生じた場合、図７のグラフの電圧値Un＝Un1が生ずる。複数個のパルスの後に、この差の値に第２回目の符号の反転が生じた場合、電圧値Un＝Un2が得られる。段階値△Unの大きさが比較的小さい場合は、一般に、比較的大多数の電流パルスの後に始めて、順次の大域最小値の電圧値Uminの測定可能な変化が発生する。その場合は、満足な精度で符号の反転を検出するためには、大域最小値の多数の順次の電圧値を収集し、平均する必要がある。計算機２８を適切にプログラミングすることによって、これを達成することができる。一般に、段階値の大きさが比較的大きければ、２つの相次ぐパルス間で測定可能な符号の反転を生ずる。適切な段階値の大きさは電圧パルスの振幅Unの限界値Un1、及びUn2に対する希望する精度によって定まる。
行うべき多数のステップを記載してこの方法を説明する。
ステップ１：プロセスの作動条件の選択
所定の作動条件は例えば図４に示す信号波形、即ち電極６と工作物２との間の振動運動、及び間隙５の両側間の電圧Uの大域最小値における局所最大値U3maxの発生に関し説明した条件である。しかし、振動運動が無い場合の種々の間隙寸法についての作動条件も同様に可能である。例えば工作物２の溶解速度にほぼ等しい工作物２の一定送り速度にし、即ち間隙の寸法をほぼ一定にするという作動条件である。
ステップ２：分極電圧Upolの測定
テスト中、電圧Unは図８の曲線IIに示すように電圧値Un＝Upolから増大する。分極電圧Upolの大きさを決定し得るようにするため、テストの前に、多数の単極パルスを加える。即ち時間間隔tiでの正常極性の電流パルス間に、時間間隔tuで図６のスイッチ２４を閉じていない状態にする。その時、間隙５の両側間の電圧は図８の曲線Iに示すように変化する。分極電圧Upolの値をアナログディジタル変換器２６、及び計算機２８によって測定し、記憶する。
ステップ３：電圧Unの限界値Un1、及びUn2を決定するためのテストの実施
図９は測定される電圧に応動する計算機２８によって実施するテストの手順のフローチャートを示す。
B0: 開始
B1: Un＝Upol
B2: フラグ＝TRUE
B3: Umin[0]＝0
B4: i＝1
B5: Un＝Un＋△Un
B6: Umin[i]の測定
B7: Umin＝Umin[i-1]−Umin[i]
B8: i＝i＋1
B9: フラグ＝TRUE？
B10: △Umin＜0？
B11: フラグ＝FALSE
B12: Un1＝Un
B13: △Umin＞0？
B14: Un2＝Un
B15: 終了
計数器iは電流パルスのシーケンス数の計算を維持する。Umin[i]は第ｉ番目の電流パルス中に測定された値、Uminである。
ブロックB1では、ステップ２で測定された初期値Upolを可変のUnに指定する。計算機２８はディジタルアナログ変換器４４を介して適切な制御信号CSUを可変電圧源１６に供給し、その結果、この電圧源の出力電圧UnがUpolに等しくなる。ブロックB2においては、値TRUEをブーリアン可変フラグに指定する。ブロックB3においては、Umin[0]の値を０に設定する。ブロックB4においては、計数器を１に設定する。この初期化後、ブロックB5において、電圧Unを増大し、計算機２８は毎回、対応する制御信号CSUを可変電圧源１６に供給する。次の電流パルス中、ブロックB6内で電圧Uminを測定する。次にブロックB7内において、前の電流パルスのUminと現在の電流パルスのUminとの間の差を計算する。ブロックB8において、次の測定のため、計数器は１だけ増大する。ブロックB9において、フラグがテストされる。フラグはブロックB2でTRUEの値が与えられている。従って、まずブロックB10はブロックB7で計算された差に符号の反転が生じているかどうか、即ち言い換えれば、この差が０より小さいかどうかを確かめることを行う。もしそうでなければ、プログラムはブロックB5に戻る。差が０より小さいと、ブロックB11が行われ、可変フラグをFALSEに設定する。ブロックB12では、符号反転中に生ずるUnの瞬間値を可変電圧Un1に記憶する。次にプログラムはブロックB5に戻る。この場合、フラグは値FALSEを与えられているから、ブロックB9でのテスト後、ブロックB13が実施される。ブロック13はブロックB7で計算された差に反対符号の反転があるかどうか、言い換えれば、この差が０より多いかどうかをチェックする。もしそうでない場合、プログラムはブロックB5に戻る。この差が０より大きければ、ブロック14を実施し、第２回目の符号の反転中に生ずるUnの瞬間値を可変電圧Un2に記憶する。この後、ブロックB15でテストを終了する。このプロセスを図８の曲線IIに示し、図８は２個の順次の電流パルス[i-1]、及び[i]に対する電圧Uを示す。
ステップ４：作動の中断
テスト後、ステップ５における選択を決定するため作動を中断することができる。
ステップ５：このようにして見出した限界値Un1、及びUn2についての作動電圧Unの選択
ここで、テスト中に見出した電圧値Un1、及びUn2間の値に電圧Unを設定する。電圧値Un1、及びUn2は計算機２８の記憶装置内に記憶されている。ここで、適切なソフトウェアにより、ディジタルアナログ変換器４２を通じて、限界値Un1、及びUn2内の選択されたUnの値に相当する値に、制御電圧CSUを設定することができる。
ステップ６：加工プロセスの進行
ここで、所定の条件下で、選択された電圧Unで加工を継続する。図８における曲線IIIは両極性パルス中の電圧Uの変化を示している。テーブル４が所定の移動を行ってしまうまで、加工が進行する。この移動を位置センサ４０（図６参照）によって測定する。
ステップ７：加工プロセスの停止
テーブル４の所定の移動が達成された時、加工を停止する。この後、パルスの発生を停止する。
本発明方法により、アルカリ金属の硝酸塩水溶液をベースとする電解液内でクロム含有鋼を電解加工する時、反対極性の電圧パルスが工作物の表面に分極の強制放電を発生する作用を生じ、加工すべき工作物の表面に活性原子水素を解放する結果、工作物上の酸化フィルム内の金属酸化物が減少し、工作物の電気二重層内にある（バイクロメートイオンCr₂O₇ ^2-を含む）イオンが減少する。
一般に、両極性パルスを使用する時、加工すべきクロム鋼の表面に次の化学反応が生ずる。
鉄に対して：

クロムに対して：

陽極分極の場合、加工すべき表面に次のような酸化物が形成される。
FeO、Fe₂O₃、Cr₂O₃、CrO₃
陰極分極の場合、加工すべき工作物の表面に次の反応を生ずる。

水から生じた活性水素原子は次の反応により表面酸化物を減少させる。
2H＋FeO→Fe＋H₂O
2H＋Fe₂O₃→2FeO＋H₂O
Cr₂O₃＋2H→2CrO＋H₂O
CrO＋2H→Cr＋H₂O
2CrO₃＋6H→Cr₂O₃＋3H₂O
更に陰イオン（Cr₂O₇ ^2-）が次の反応を生ずる。
Cr₂O₇ ^2-＋8H→Cr₂O₃＋4H₂O
反対極性のパルスの電圧の選択は次のような考えに基づく。電極が溶解し始める程、反対極性の電圧パルスの振幅を大きくすべきでなく、電荷Qnの積分値は、不活性化プロセスが生じ得る程の工作物の表面層の限界アルカリ化値を生ずることがない値にすべきである。反対極性のパルスの必要な持続時間tuは、酸化物層内に還元反応が進展するために十分なところまで水素を開放するのに必要な電荷Qnの量によって決定される。
図５に示すように反対極性の電圧パルスと交互に発生する正常電極の電流パルスを使用する時、Un1、及びUn2を決定するためのテストを実施する際、Uminを測定することは一般に不可能である。Uminの代わりにパラメータとして、時間間隔tiの間に間隙の両側間の電圧Uの積分値Fp（図７参照）を計算することができる。この積分値Fpの順次の値の差はUminにおけると同様、符号の反転を示している。時間間隔tiの再分割の時間間隔について計算することもできる。積分値Fpの測定は、電極と工作物との間に振動運動を行わせない電解加工法に特に有利である。そのような電解加工法は例えば、工作物２の溶解速度にほぼ等しい工作物２の送り速度Vkで行い、間隙寸法がほぼ一定に留まる電解加工法である。
他の代わりのパラメータは、時間間隔tu中、即ち反対極性の電圧パルス中、流れる電流Iの積分値Qn（図７参照）である。この電流Iを図２の曲線IIIに示す。積分値Qnは反対極性の電圧パルス中に消費される電荷の量を表している。電流Iは直列抵抗１８、及びアナログディジタル変換器３０によって測定され、計算機２８（図６参照）に入力される。図７から明らかなように、積分値QnはパラメータUminと異なり、Un＝Un1で最大値を示し、Un＝Un2で最小値を示す。これに反し、パラメータUminはUn＝Un1で最小値を有し、Un＝Un2で最大値を有する。このことは、積分値Qnをパラメータとして使用すれば、テスト中の符号の反転は反対符号になる。図９のフローチャートのブロックB10で△Qnが０より大きいか否かを確かめ、ブロックB13では△Qnが０より小さいか否かを確かめるべきである。反対極性の電圧パルス中に流れる電流の積分値の測定は、電極と工作物との間に振動運動が行われない電解加工法に対して適するパラメータである。
間隙内の媒体の挙動、及び電極と工作物との化学的プロセスの測定量である他のパラメータは間隙の両側間の抵抗、及び間隙の寸法St（図７参照）である。電流パルスの時間間隔tiの間の電流I、及び電圧Uの両方を測定することによって抵抗を求めることができる。図７から明らかなように、間隙の寸法StはUminと同様、Un＝Un1で最小値を有する。間隙の寸法を測定することによって、符号の反転を検出することができる。
上述の方法は共に焼なました鋼から成る工作物と電極とについて実施した。工作物の表面積は0.3cm²であり、電解液はNaNO₃が重量で8％の水溶液であり、正常極性の電流パルスの電流密度は80A/cm²、持続時間tiは３ミリ秒、電解液の圧力は0.7×10⁵paであった。電解液の温度は20℃、電極の振動周波数は４７Hz、振動の振幅は0.2mm、正常極性の電流パルスの波形は長方形（図２の曲線III参照）、反対極性の電圧パルスの波形も長方形（図２の曲線II参照）であった。
電極と工作物との間の電圧に局所最大値（図４参照）が発生するように、時間の関数として間隙の寸法Stを制御した。上述のテスト中、分極電圧Upol＝＋2.3Ｖに等しい電圧から、電極が溶解を開始する電圧（−0.8Ｖ）まで反対極性のパルスの電圧Ｕを変更させた。符号の反転を検出するため、大域最小値の値Uminを使用した。上限値Un1は＋0.05Ｖであり、下限値Un2は−0.6Ｖであることがわかった。次に、この見出した限界値内に電圧Unを維持しながら加工を継続した。
代案として、電極６を工作物２に向けテーパにし、その後、間隙の寸法を調整してもよい。加工中、工作物２の溶解速度にほぼ等しいほぼ一定の平均送り速度Vkが得られるように間隙寸法を適合させる。
正常極性の１個、又はそれ以上の両極性電流パルスを反対極性の電圧パルスと交互に、工作物と導電電極との間に加えることによって、電解液中で、導電工作物を電解加工する方法を開示した。工作物の所定の表面品質の発生、及び電極の消耗の発生から誘導される２つの所定値間に電圧パルスの振幅を調整する。工作物の加工に先行する少なくとも１回のテストによりこの誘導を行う。テスト中、電圧パルスの振幅を初期値から最終値まで徐々に増大する。電極と工作物との間の間隙の性質を表すパラメータの順次の値の間の差に符号の反転が発生する際、これ等２個の所定値を決定する。パラメータは電流パルス中の間隙の両側間の電圧の大域最小値の振幅であってもよく、この大域最小値は工作物と電極との相互の振動運動から生ずる。また、パラメータは電圧パルス中の間隙に通る電流の積分値であってもよく、又は電流パルス中の間隙の両側間の電圧の積分値であってもよく、又は間隙の両側間の抵抗値でもよく、又は間隙の寸法であってもよい。

Claims

導電性工作物が導電性電極に対し正の極性となる正常極性の１個、又はそれ以上の電流パルスと、前記１個、又はそれ以上の電流パルスと交互に生じ導電性工作物が導電性電極に対して負の極性となる反対極性の電圧パルスとを有する両極性電流パルスを導電性工作物と導電性電極との間に加えることにより、導電性工作物を電解液中で電解加工する方法において、
工作物の加工に先行する少なくとも１回のテストに基づいて、一方はこの工作物の所定の表面品質を提供する前記電圧パルスの振幅の最小値（Ｕｎ１）に決定され及び他方は導電性電極が消耗を発生し始める前記電圧パルスの振幅の最大値（Ｕｎ２）に決定される２個の所定値（Ｕｎ１、Ｕｎ２）の間で前記電圧パルスの振幅（Ｕｎ）を調整し、
前記テスト中、電圧パルスの振幅（Ｕｎ）を初期値から最終値まで徐々に増大し、作動中、前記電極と工作物との間の間隙の寸法又は電気的性質を表すパラメータの順次の値の間の差に符号の反転を生ずる際、前記２個の所定値を決定することを特徴とする電解加工法。
電流パルスの周正午の前記工作物と前記電極との間の分極電圧（Ｕｐｏｌ）に前記振幅（Ｕｎ）の初期値が相当していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記電極が電解液中で溶解し始める際の振幅（Ｕｍａｘ）より振幅（Ｕｎ）の前記最終値が大きくないことを特徴とする請求項１、又は２に記載の方法。
高い電流密度が小さい間隙寸法で達成され及び前記間隙の電気抵抗が減少する時、電流パルス中、工作物と電極との相互に相対的な振動運動から生ずる前記間隙の両側間の電圧の振幅の最小値（Ｕｍｉｎ）を、前記パラメータとしたことを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれか１項に記載の方法。
前記パラメータが電圧パルス中の間隙の両側間の電流の積分値（Ｑｎ）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
前記パラメータが電流パルス中の間隙の両側間の電圧の積分値（Ｆｐ）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
前記パラメータが前記間隙の両側間の抵抗値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
マイナスからプラスへの最初の符号の反転時に前記２個の所定値の第１の所定値を決定し、プラスからマイナスへの次の第２の符号の反転時に前記２個の所定値の第２の所定値を決定することを特徴とする請求項４又は６に記載の方法。
マイナスからプラスへの最初の符号の反転時に発生している値が前記２個の所定値の第１の所定値であり、マイナスからプラスへの次の第２の符号の反転時に発生している値が前記２個の所定値の第２の所定値であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
テスト中、電圧パルスの振幅（Ｕｎ）を順次増大し、工作物と電極との間の間隙の寸法（Ｓｔ）を測定し、この間隙の寸法の次の値と前の値とについて測定された値の間の差を計算し、この差に符号の反転が生じた際、電圧パルスの振幅（Ｕｎ）を決定し、次に、この決定された振幅によって工作物の加工を継続することを特徴とする請求項１に記載の方法。
電流パルス中、工作物と電極との間の電圧に局所最大値（Ｕ３ｍａｘ）が発生するよう電極と工作物との間の間隙の寸法を制御することを特徴とする請求項４に記載の方法。
前記振動運動を電流パルスの発生に同期させることを特徴とする請求項４に記載の方法。
工作物がクロム含有鋼であることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
電解液がアルカリ金属の硝酸塩水溶液であることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
導電性工作物が導電性電極に対し正の極性となる正常極性の１個、又はそれ以上の電流パルスと、前記１個、又はそれ以上の電流パルスと交互に生じ導電性工作物が導電性電極に対して負の極性となる反対極性の電圧パルスとを有する両極性電流パルスを導電性工作物と導電性電極との間に加えることにより、導電性工作物を電解液中で電解加工する装置において、
電極と、
電極と工作物との間に間隙を維持する離間関係にこれ等電極と工作物とを設置する手段と、
前記電極と工作物との間の前記間隙に電解液を送るための手段と、前記工作物と電極とに電流パルスを供給するためこれ等工作物と電極とに電気的に接続可能な電流源と、
前記工作物と電極とに電圧パルスを供給するためこれ等工作物と電極とに電気的に接続可能であり、制御可能な出力電圧を有する電圧源と、
前記電流源と電圧源とを工作物と電極とに交互に接続する手段と、
前記電圧源の出力電圧を徐々に変化させるための制御信号（ＣＳＵ）を発生する手段と、
工作物と電極との間のパルスの電圧波形、及び／又は電流波形を分析し記憶する手段と、
作動中、前記電極と工作物との間の間隙の寸法又は電気的性質を表すパラメータの順次の値の間の差の符号の反転を検出する手段と、
前記符号の反転を検出した際、前記電圧源の制御信号の瞬間値を記憶する手段とを具えることを特徴とする電解加工装置。
前記パルスの電圧波形、又は電流波形をディジタル化するアナログディジタル変換器を、前記分析し記憶する手段が具えることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
電極と工作物との間の振動運動を発生させる手段と、前記電流源と電圧源とを交互に接続する手段を交互に接続する手段を前記振動運動に同期させる手段とを具えることを特徴とする請求項１５、又は１６に記載の装置。
導電性工作物が導電性電極に対し正の極性となる正常極性の１個、又はそれ以上の電流パルスと、前記１個、又はそれ以上の電流パルスと交互に生じ導電性工作物が導電性電極に対して負の極性となる反対極性の電圧パルスとを有する両極性電流パルスを導電性工作物と導電性電極との間に加えることにより、導電性工作物を電解液中で電解加工する方法に使用する電力供給源において、
前記工作物と電極とに電流パルスを供給するためこれ等工作物と電極とに電気的に接続可能な電流源と、
前記工作物と電極とに電圧パルスを供給するためこれ等工作物と電極とに電気的に接続可能であり、制御可能な出力電圧を有する電圧源と、
前記電流源と電圧源とを工作物と電極とに交互に接続する手段と、
前記電圧源の出力電圧を徐々に変化させるための制御信号（ＣＳＵ）を発生する手段と、
工作物と電極との間のパルスの電圧波形、及び／又は電流波形を分析し記憶する手段と、
作動中、前記電極と工作物との間の間隙の寸法又は電気的性質を表すパラメータの順次の値の間の差の符号の反転を検出する手段と、
前記符号の反転を検出した際、前記電圧源の制御信号の瞬間値を記憶する手段とを具えることを特徴とする電力供給源。