CN104994984A - 线放电加工用电极线及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是：对于通过将铜-锌合金镀覆在钢丝上而获得的线放电加工用电极线，平衡其导电性和放电性，并改善其加工速度；并且抑制拉伸电极线时镀层的剥离和破碎。所述线放电加工用电极线被构造为包括：用作芯线的钢丝(11)，以及覆盖所述钢丝的、包含铜-锌合金的镀层(12)，其中所述镀层的平均锌浓度为60质量％至75质量％，导电率为10％IACS至20％IACS，并且线径为30μm至200μm。

Description

线放电加工用电极线及其制造方法

技术领域

本发明涉及线放电加工用电极线和电极线的制造方法。

背景技术

线放电加工方法是用来切割工件(待加工产品)的已知方法。在线放电加工方法中，由丝形成的线放电加工用电极线贯穿浸渍于加工液中的工件，在此状态下在电极线与工件之间施加电压以产生放电，通过利用放电产生的热量使工件熔融，并借助于加工液的气化和爆炸来除去工件中的熔融部分。通过使工件沿左右方向和前后方向移动，从而沿着工件上的电极线的轨迹连续地引发熔融和去除现象，由此完成切割以使其具有所期望的形状。

放电加工用电极线的线径越小，则能够实现的加工精度越高。因此，人们通常期望降低电极线的直径。另一方面，会向电极线提供张力，以使得电极线在放电加工过程中不会弯曲。当电极线的直径降低时，电极线不能经受该张力且变得易折断。因此，也需要确保电极线具有一定程度的抗拉强度。

因此，如专利文献1中所描述的，已经开发了这样一种线放电加工用电极线，其中充当电极线芯线的钢丝的表面上镀有铜-锌合金(黄铜)。这种电极线包括由钢丝形成的芯线，因此与黄铜线等相比，其具有优异的抗拉强度。此外，通过黄铜镀层中的铜确保了导电性，并且通过黄铜镀层中的锌确保了放电性。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本已审查的专利申请公开No.2-49849

发明内容

技术问题

关于专利文献1中所描述的由这种现有的镀黄铜钢丝形成的电极线，黄铜中的锌浓度相对较低，具体地，锌浓度为10质量％至50质量％。因此，尽管其导电性良好，但是放电性能不足。在线放电加工方法中，如上所述，通过利用电极线放电产生的热使工件熔融，从而进行加工。因此可能存在这样的问题：当放电性能(电子发射性能)不足时，加工速度不会增加。

另一方面，当黄铜中锌浓度过高时，铜组分不可避免地不足且导电性降低。结果，加工速度降低。

因此，本发明要实现的目的是通过实现线放电加工用电极线的导电性和放电性能两者从而提高加工速度，其中该电极线是通过用铜-锌合金镀覆钢丝而获得的。本发明的另一目的是，抑制电极线的拉丝步骤中镀层剥离和破碎等问题的出现。

解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明的线放电加工用电极线包括充当芯线的钢丝和覆盖所述钢丝的、由铜-锌合金构成的镀层，其中所述镀层的平均锌浓度为60质量％至75质量％，导电率为10％国际退火铜标准(IACS)至20％国际退火铜标准(IACS)，并且镀层和芯线的总线径为30μm至200μm。

发明的有益效果

通过将电极线的铜-锌合金镀层中的锌浓度调节至上述范围，可降低整个合金的功函数，并且导电性和放电性能结合在一起提高了加工速度。

附图简要说明

[图1(a)]图1(a)是线放电加工用电极线的横截面图。

[图1(b)]图1(b)是扩散处理前线放电加工用电极线的横截面图。

[图1(c)]图1(c)是根据另一实施方案的线放电加工用电极线的横截面图。

[图2(a)]图2(a)是示出了制造线放电加工用电极线的步骤的概要的流程图。

[图2(b)]图2(b)是示出了根据另一实施方案的制造线放电加工用电极线的步骤的概要的流程图。

[图3]图3是示出了线放电加工用电极线的使用状态的概要的立体图。

具体实施方式

现在将描述本发明的实施方案。如图1(a)所示，根据实施方案的线放电加工用电极线10包括：充当芯线的钢丝11，以及在钢丝11的表面上形成的铜-锌合金镀层12。

此处，因为电极线10的线径极小，为30μm至200μm，所以能够进行精密的放电加工。对电极线10的抗拉强度并没有特别限制，但是优选为2,000MPa以上，以使得电极线10在放电加工过程中不会折断。对拉丝工序中电极线10的面积减少率并没有特别限制，但是优选为95％以上，以实现因加工硬化导致的该高抗拉强度。

对充当芯线的钢丝11的类型并没有特别限制。然而，为了确保高抗拉强度，优选包含0.6质量％至1.1质量％的碳的钢丝。这样的钢丝的例子包括：所谓的60碳、80碳和100碳钢琴丝。

铜-锌合金镀层12中锌的平均浓度为60质量％至75质量％，余量为铜和痕量的不可避免的杂质。铜-锌合金的导电率为10％IACS至20％IACS，并且特别优选为15％IACS。当锌浓度低于60质量％时，锌的量不足且放电性能变差。当锌浓度超过75质量％时，铜的量不足且导电性变差。

通过将铜-锌合金中锌的平均浓度调节到60质量％至75质量％、并且将导电率调节到10％IACS至20％IACS，如下面的例子中所描述的，获得了放电性能和导电性之间的平衡优异且具有良好加工速度的电极线10。

对铜-锌合金镀层12的厚度并没有特别限制。然而，当铜-锌合金镀层12的厚度小于3μm时，镀层12的厚度过小，并且整个电极线10的导电性等可能降低。当铜-锌合金镀层12的厚度超过8μm时，整个电极线10的强度可能降低。因此，铜-锌合金镀层12的厚度优选为3μm至8μm。铜-锌合金镀层12相对于钢丝11的覆盖率为15％至45％。具体而言，电极线10处于这样一种状态，即：镀层12中几乎不会发生剥离和破碎。

本实施方案的电极线10是通过如图2(a)所示的实施方案的制造方法制得的。应当注意的是，这里显示了最少的步骤数，但可以添加其它步骤。

首先，在步骤S₀中，制备线径为(例如)4.0mm至6.0mm的线棒(钢丝11)。按照需要，预先对线棒进行酸洗等以除垢。接下来，在步骤S₁中，通过使用(例如)干式拉丝机对线棒进行一次拉丝，以使其具有(例如)0.4mm至1.5mm的线径。可根据需要通过对已经过拉丝的线棒进行加热和迅速冷却来进行淬火处理。

在步骤S₂中，在线棒上进行镀覆工艺，从而在线棒表面上形成铜镀层13。随后，在步骤S₃中，在已经过镀铜的线棒上进一步进行镀覆工艺，从而在线棒表面上形成锌镀层14。由此，如图1(b)所示，所形成的铜镀层13成为钢丝11的表面的内层，所形成的锌镀层14成为钢丝11的表面的外层。进行镀铜和镀锌的顺序并不是特别重要。相反地，可先进行镀锌，然后再进行镀铜。通过在最终拉丝之前的线棒具有相对较大的直径的状态下进行镀覆工艺，能够防止镀覆缺陷等。对这些镀覆工艺的方法并没有特别限制，并且可以使用普通的方法。其具体的例子包括：电镀和熔融盐镀覆。此外，通过连续挤压(conform)方法(挤出法)形成覆膜的情况也涵盖在本发明所用的镀覆工艺中。对铜镀层13和锌镀层14的厚度并没有特别限制。然而，如此确定锌镀层14与铜镀层13的重量比率，以满足1.5≤Zn/Cu≤3。

此外，在步骤S₄中，通过使用(例如)湿拉丝机对其上具有厚的镀层14的线棒进行精加工拉丝(二次拉丝)，以使其具有(例如)30μm至200μm的线径。在这个方法中，对步骤S₁和S₄的拉丝步骤中线棒的总面积减少率并没有特别限制，但是优选为95％以上，以提高抗拉强度。

通过扩散处理使铜镀层13和锌镀层14合金化，从而形成铜-锌合金镀层12。由此，制造了本实施方案的线放电加工用电极线10。

如上所述，因为锌镀层14与铜镀层13的重量比率为1.5≤Zn/Cu≤3，所以铜-锌合金镀层12中锌的平均浓度为60质量％至75质量％。在这种情况下，根据镀层厚度和合金类型，导电率在10％IACS至20％IACS范围内。铜-锌合金镀层12可形成为在其厚度方向上具有浓度梯度。或者，铜-锌合金镀层12可形成为基本上是均匀的，而不存在浓度梯度。然而，由于有利于放电性能的锌在扩散处理前出现于电极线10的表面，因此，可以在浓度梯度相对较大的状态下完成处理。在这种情况下，能够防止由于热等导致的钢丝11的劣化。

锌浓度为60质量％至75质量％的铜-锌合金处于γ相状态，且具有六边形结构。因此，这种铜-锌合金硬且脆，并且难以对这种铜-锌合金进行塑性加工。因此，当精加工拉丝中的拉丝条件(面积减少率和模具半角的选择)不合适时，在精加工拉丝过程中可能出现镀层12的剥离和破碎。如以下实施例的表II和表III所示，通过依照一定的指数(表II和表III中的拉丝条件指数)来控制精加工拉丝的条件，可以防止镀层的这种剥离和破碎。

下面将参照图2(b)和1(c)对另一实施方案的电极线10的制造方法进行说明。在该实施方案中，在镀覆工艺中，首先在步骤S₂中于线棒表面上形成锌镀层14，随后，在步骤S₃中于锌镀层14上进一步形成铜镀层13，以形成这样的状态：所形成的锌镀层14成为钢丝11的表面的内层，所形成的铜镀层13成为钢丝11的表面的外层。随后，通过扩散处理形成铜-锌合金镀层12。

实施方案的电极线10和电极线10的制造方法如上所述。接下来，将参照图3对使用该电极线的方法进行说明。需注意的是，图3是示意图，并且没有精确地示出部件的尺寸等。

首先，将工件w置于桌子(未显示)上，使其能够在表面上移动。在工件w中形成起始点s，并使实施方案中的电极线10穿过起始点s。在起始点与电极线10之间存在非常小的间隙。

电极线10的一端通过张力辊40而缠绕在供给盘20上。电极线10的另一端通过张力辊40而缠绕在卷取盘30上。通过供给盘20和卷取盘30的旋转，从而使电极线10由供给盘20供向卷取盘30。通过这一对张力辊40来控制施加在电极线10上的张力。

在这种状态下，由电源50间歇地向电极线10和工件w之间施加电压。需要注意的是，电极线10和工件w浸渍于诸如水之类的加工液中。

通过施加电压，从而在电极线10和工件w之间产生放电。由于放电产生的热，使得位于电极线附近的工件w中的一部分在非接触的状态下开始熔融。

在连续供给电极线10的同时移动工件w，此时在工件w上沿着电极线的轨迹形成了熔融引起的切割线c，由此实现切割。

因为本实施方案的电极线10具有相对较小的线径，即30μm至200μm，所以获得了良好的加工精度。因为铜-锌合金镀层12具有较高的锌浓度，即60质量％至75质量％，所以获得了良好的放电性能。此外，因为铜-锌合金镀层12的导电率为10％IACS至20％IACS，所以导电性足够高。因此，电极线10具有优异的放电性能和导电性之间的平衡。因此，与现有的电极线相比，本实施方案的电极线10在放电加工中具有更好的加工速度。

实施例

通过使用以下更详细的实施例和比较例，使本发明的内容更加清楚。

如下表I所示，依照本实施方案的电极线制造方法，在80碳线棒上依次进行镀铜和镀锌，使得总镀层厚度为33μm，其中该线棒在镀覆前的线径为0.4mm。在面积减少率等条件均相同的条件下(面积减少率：95.4％，模数：17)，对所得的各镀覆电极线进行精加工拉丝。由此制备了实施例1至3和比较例1和2的线放电加工用电极线，这些电极线各自的线径为100μm，镀层厚度为7μm，并且铜-锌合金镀层中的平均锌浓度如表I中所示。

在张力为600MPa、电压为7V、并且通电时间：非通电时间之比为1:8的条件下，评价实施例1至3和比较例1和2中的各电极线的加工速度。结果如表I所示。

[表I]

接下来，改变了精加工拉丝中的最初四个模具(见下表II中的“模具直径”)的模角，其中这些模具为实施例1至3中描述的工序中所使用的模具，并且检查拉丝条件指数的影响。其结果示于表II中。在此，拉丝条件指数定义为：拉丝条件指数＝模具半角(rad.)×{1-√(1-面积减少率)}²/面积减少率。

[表II]

参照表II，在改变模具半角且拉丝条件指数超出1.2至2.0范围的情况下，可能在镀层中出现诸如分离和剥离之类的问题。或者，在这种情况中也证实了在镀层中产生了光泽(glossiness)，并且在随后的拉丝模具中可能发生分离或剥离。

接下来，在相同的拉丝下，通过控制模具直径来改变面积减少率。下表显示了这种情况下的拉丝结果。

[表III]

参照表III，经证实，同样的，在因面积减少率的增加或降低导致拉丝条件指数超出1.2至2.0范围的情况下，可能在镀层中产生相同的问题。

应当认为，这里公开的实施方案和实施例在全部方面中仅仅是示意性的，而非限制性的。本发明的范围由下述权利要求限定。本发明的范围旨在包括权利要求范围内的所有变形和修改及其等同形式。

参考符号列表

10 实施方案的线放电加工用电极线

11 钢丝

12 铜-锌合金镀层

13 铜镀层

14 锌镀层

20 供给盘

30 卷取盘

40 张力辊

50 电源

w  待加工产品(工件)

s  起始点

c  切割线

Claims (3)

1.一种线放电加工用电极线，所述电极线包括：

充当芯线的钢丝；和

覆盖所述钢丝的、由铜-锌合金构成的镀层，

其中所述镀层的平均锌浓度为60质量％至75质量％，

导电率为10％IACS至20％IACS，并且

线径为30μm至200μm。

2.根据权利要求1所述的线放电加工用电极线，其中抗拉强度为2,000MPa以上。

3.一种制造根据权利要求1所述的线放电加工用电极线的方法，其中拉丝条件指数为1.2以上2.0以下。