CN110603114A - 线放电加工用电极线 - Google Patents

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Abstract

一种线放电加工用电极线，其具有由钢构成的芯线部和覆盖所述芯线部的外周侧且由铜锌合金构成的包覆层。所述包覆层以包含所述线放电加工用电极线的表面的方式设置。所述包覆层由γ相单相构成。所述包覆层在周向上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra。所述包覆层在纵向上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra。

Description

线放电加工用电极线
技术领域
本发明涉及线放电加工用电极线。
本申请要求于2017年5月16日提交的日本专利申请2017-097092的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
背景技术
在线放电加工中，在浸没在液体中的工件与电极线之间施加电压，从而由放电产生的热量熔化工件，从而加工工件。存在已知的用于线放电加工的电极线(线放电加工用电极线)，其具有由钢构成的芯线部和在其表面上形成并由铜锌合金(Cu-Zn合金)构成的包覆层(参见，例如专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-71221号公报
发明内容
根据本公开的线放电加工用电极线具有由钢构成的芯线部和覆盖所述芯线部的外周侧且由铜锌合金构成的包覆层。所述包覆层以包含所述线放电加工用电极线的表面的方式设置。所述包覆层由γ相单相构成。所述包覆层在周向上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra。所述包覆层在纵向上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra。
附图说明
图1是显示电极线的结构的示意图。
图2是显示电极线的表面附近的区域的平行于纵向的横截面的示意性截面图。
图3是显示电极线的表面附近的区域的垂直于纵向的横截面的示意性截面图。
图4是概述用于制造电极线的方法的流程图。
图5是显示垂直于纵向的原料钢丝的横截面的示意性截面图。
图6是示出拉丝步骤、Cu层形成步骤和Zn层形成步骤的示意性截面图。
图7是示出第一热处理步骤的示意性截面图。
图8是示出在完成第一热处理步骤后垂直于纵向的横截面的轮廓的示意性示图。
图9是显示在面积减少率为1％的平滑拉丝步骤之后垂直于纵向的横截面的轮廓的示意图。
图10是显示在面积减少率为4％的平滑拉丝步骤之后垂直于纵向的横截面的轮廓的示意图。
图11是显示面积减少率与电导率之间的关系的图。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
从改善生产率的观点出发，在线放电加工中，需要高速加工。在线放电加工中，还需要改善通过加工制造的部件的尺寸精度，即改善加工精度。因此，本发明的目的是提供一种线放电加工用电极线，其能够实现高速加工和高加工精度两者。
[本公开的有益效果]
上述线放电加工用电极线可以作为能够实现高速加工和高加工精度两者的线放电加工用电极线。
[本发明的实施方式的说明]
首先，将说明下面列出的本发明的实施方式。根据本申请的线放电加工用电极线具有由钢构成的芯线部和覆盖所述芯线部的外周侧且由铜锌合金构成的包覆层。所述包覆层以包含所述线放电加工用电极线的表面的方式设置。所述包覆层由γ相单相构成。
所述包覆层在周向上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra。所述包覆层在纵向上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra。
根据本申请的线放电加工用电极线的包覆层由γ相-单相铜锌合金构成。这使得能够进行高速加工。然而，根据本发明人进行的研究，由γ相-单相铜锌合金构成的包覆层在周向上可能具有大的粗糙度，因此可能会降低加工精度。因为根据本申请的线放电加工用电极线的包覆层在周向上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra，因此抑制加工精度的降低。
另外，根据本发明人进行的研究，由γ相-单相铜锌合金构成的包覆层趋于表现出沿周向延伸的裂纹。这些裂纹可能会增加纵向的粗糙度，也可能降低电导率。另外，由γ相-单相铜锌合金构成的包覆层在纵向以及周向上可能具有大的粗糙度，由此可能降低加工精度。因为根据本申请的线放电加工用电极线的包覆层在纵向上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra，因此抑制电导率的降低，并且还抑制加工精度的降低。
因此，根据本申请的线放电加工用电极线能够实现高速加工和高加工精度两者。
在线放电加工用电极线中，包覆层在纵向上可以具有0.50μm以下的表面粗糙度Rz。这进一步抑制电导率的降低，并且还进一步抑制加工精度的降低。
在线放电加工用电极线中，在作为包含包覆层的表面的区域的表层区域中的晶粒可以具有在线放电加工用电极线的纵向上比径向上长的形状。这降低电极线的周向上的表面粗糙度。另外，抑制沿电极线的周向延伸的裂纹，从而降低纵向上的表面粗糙度，并且还使得更易于确保足够的电导率。
在线放电加工用电极线中，在表层区域中的晶粒的纵向长度对径向长度之比可以大于位于表层区域的内周侧的内部区域中的晶粒的纵向长度对径向长度之比。这降低电极线的周向上的表面粗糙度。另外，抑制沿电极线的周向延伸的裂纹，从而降低纵向上的表面粗糙度，并且还使得更易于确保足够的电导率。
在线放电加工用电极线中，垂直于纵向的横截面的外周可以具有0.25μm以下的圆度。这可以进一步改善加工精度。
在线放电加工用电极线中，线放电加工用电极线的表面在线放电加工用电极线的纵向上100μm的长度的范围内可以含有10个以下的裂纹。这使得更易于确保足够的电导率。
线放电加工用电极线的电导率可以为8％IACS(国际退火铜标准)以上且20％IACS以下。这使得线放电加工用电极线具有适当的电导率。
线放电加工用电极线可以具有300HV以上且600HV以下的表面硬度。这使得包覆层具有足够的强度。
表面硬度例如可以使用自株式会社岛津制作所购得的硬度计(DUH-211)测量。
在线放电加工用电极线中，形成包覆层的铜锌合金可以具有60质量％以上且75质量％以下的锌含量。这使得更易于获得由γ相-单相铜锌合金构成的包覆层。
[本发明的实施方式的详情]
接着，将在下文中参考附图说明根据本发明的线放电加工用电极线的实施方式。在以下附图中，相同或相应的部件由相同的附图标记表示，并且不再重复其说明。
参照图1，作为根据本实施方式的线放电加工用电极线的电极线1具有由钢构成的芯线部10和覆盖芯线部10的外周侧且由铜锌合金构成的包覆层20。包覆层20以包含电极线1的表面21的方式设置。
形成芯线部10的钢例如含有0.6质量％以上且1.1质量％以下的碳。形成芯线部10的钢例如可以是JIS标准G 3502中规定的钢琴线材料。形成芯线部10的钢在其整个区域上具有均匀的珠光体结构。
形成包覆层20的铜锌合金例如含有60质量％以上且75质量％以下的锌。包覆层20由γ相单相构成。也就是说，形成包覆层20的铜锌合金由γ相单相构成。形成包覆层20的铜锌合金可以含有选自由银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、镉(Cd)和汞(Hg)构成的组中的一种以上的元素作为添加元素。包覆层20例如具有1μm以上且8μm以下的厚度。
包覆层20在周向(箭头α方向)上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra。包覆层20在纵向(箭头β方向)上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra。
根据本实施方式的电极线1的包覆层20由γ相-单相铜锌合金构成。这使得能够进行高速加工。另外，因为包覆层20在周向上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra，因此抑制了加工精度的降低。此外，因为包覆层20在纵向上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra，因此抑制了电导率的降低，并且也抑制了加工精度的降低。结果，电极线1成为能够实现高速加工和高加工精度两者的线放电加工用电极线。
图2显示在平行于电极线1的纵向(图1中的箭头β方向)的横截面中电极线1的表面附近的区域(包覆层20)的金属结构(微观结构)的状态。图3显示在垂直于电极线1的纵向(图1中的箭头β方向)的横截面中电极线1的表面附近的区域(包覆层20)的金属结构(微观结构)的状态。
参照图2和3，以与芯线部10的表面11接触的方式覆盖芯线部10的包覆层20包含作为包含表面21的区域的表层区域28和作为位于表面区域28的内周侧并且与芯线部10的表面11接触的区域的内部区域29。表层区域28和内部区域29各自具有含有多个(大量)晶粒25A或25B的多晶结构。
参照图2，表层区域28中的晶粒25A具有在电极线1的纵向(箭头β方向)上比径向上长的形状。表层区域28中的晶粒25A的纵向长度对径向长度之比大于内部区域29中的晶粒25B的纵向长度对径向长度之比。这种金属结构降低根据本实施方式的电极线1的周向上的表面粗糙度。另外，抑制沿周向延伸的裂纹31，从而降低纵向上的表面粗糙度，并且还使得可以确保足够的电导率。具体地，电极线1的表面21在电极线1的纵向上100μm的长度的范围内含有10个以下的裂纹31。
裂纹31的数量可以例如通过在平行于纵向的横截面上切割电极线1并在显微镜下观察切割的横截面来检查。在电极线1的纵向上100μm的长度的范围内的裂纹31的数量可以通过观察多个区域如各自在纵向上具有100μm的长度的五个区域并计算这五个区域的平均值来确定。电极线1的表面21在电极线1的纵向上100μm的长度的范围内优选含有5个以下的裂纹31，更优选0个裂纹31，也就是说，例如在观察五个区域时未发现裂纹31。
根据本实施方式的电极线1的包覆层20在周向上具有优选0.06μm以下、更优选0.04μm以下的表面粗糙度Ra。这进一步改善加工精度。
另外，根据本实施方式的电极线1的包覆层20在纵向上的表面粗糙度Rz优选为0.50μm以下，更优选为0.30μm以下，进一步优选为0.20μm以下。另外，根据本实施方式的电极线1的包覆层20在纵向上的表面粗糙度Ra优选为0.06μm以下，更优选为0.04μm以下。这进一步抑制电导率的降低，并且还进一步抑制加工精度的降低。
表面粗糙度Ra和表面粗糙度Rz是指JIS标准B 0601中规定的值。在本申请中，在等于线放电加工用电极线的沿周向一圈的长度(外周长度)的取样长度上测量周向上的表面粗糙度。
另外，根据本实施方式的电极线1的垂直于纵向的横截面的外周的圆度(包覆层20的表面21的圆度)优选为0.25μm以下。这可以进一步改善加工精度。更优选地，圆度为0.15μm以下，进一步优选为0.10μm以下。圆度是指在垂直于电极线1的纵向的横截面中围绕表面21的轮廓进行内切和外切的圆的半径之差。
另外，根据本实施方式的电极线1优选具有8％IACS以上且20％IACS以下的电导率。这能够使得电极线1具有适当的电导率。更优选地，电极线1具有9％IACS以上的电导率。
另外，根据本实施方式的电极线1的表面硬度(包覆层20的表面21的硬度)优选为300HV以上且600HV以下。这能够使得包覆层20具有足够的强度。更优选地，电极线1具有400HV以上的表面硬度。更优选地，电极线1具有500HV以下的表面硬度。
电极线1优选具有1800MPa以上且3200MPa以下的拉伸强度。这抑制在线放电加工期间的断裂。更优选地，电极线1具有2000MPa以上且3000MPa以下的拉伸强度。
电极线1优选具有20μm以上且200μm以下的线径。20μm以上的线径使得更易于确保足够的强度。200μm以下的线径使得更易于进行精密加工。
垂直于电极线1的纵向的横截面中的包覆层20的面积分数优选为10％以上且45％以下。这使得在确保足够的拉伸强度的同时更易于实现所需的电导率和放电性能。
接着，将说明用于制造根据本实施方式的电极线1的示例方法。参照图4，在制造根据本实施方式的电极线1的方法中，首先进行原料钢丝提供步骤作为步骤(S10)。在步骤(S10)中，例如，提供由JIS标准G 3502中规定的钢琴线材料构成的钢丝。具体地，参照图5，通过考虑电极线1的期望线径来提供具有适当线径的原料钢丝50。原料钢丝50具有垂直于纵向的圆形横截面。例如，通过包含轧制步骤和拉丝步骤的工艺来提供原料钢丝50。
然后进行拉丝步骤作为步骤(S20)。在步骤(S20)中，对步骤(S10)中提供的原料钢丝50进行拉丝。由此，调节原料钢丝50的线径，从而在稍后说明的步骤(S60)之后获得电极线1的芯线部10的期望的线径。可以对该原料钢丝50进行派敦处理。可以通过将原料钢丝50加热到奥氏体化温度(A1点温度)以上的温度范围，然后将原料钢丝50淬火到比马氏体转变开始温度(Ms点温度)高的温度范围，并将原料钢丝50保持在该温度范围内来进行派敦处理。这使原料钢丝50的钢结构转变成具有小的层状间距的微细珠光体结构。
然后，进行铜层形成步骤作为步骤(S30)。在步骤(S30)中，在进行了步骤(S20)的原料钢丝50的表面上形成铜层(Cu层)。具体地，参照图6，以覆盖原料钢丝50的表面51的方式形成铜层52。
铜层52可以例如通过镀敷形成。
然后，进行锌层形成步骤作为步骤(S40)。在步骤(S40)中，在进行了步骤(S30)的原料钢丝50的表面上形成锌层(Zn层)。具体地，参照图6，以覆盖形成在原料钢丝50的表面51上的铜层52的表面53的方式形成锌层54。锌层54例如可以通过镀敷形成。
步骤(S30)和(S40)中形成的铜层52和锌层54的厚度可以通过考虑形成包覆层20的铜锌合金的期望成分构成来确定。另外，铜层52和锌层54的形成顺序不限于上述顺序；替代地，可以在形成锌层54之后形成铜层52。
然后，进行第一热处理步骤作为步骤(S50)。在步骤(S50)中，对在步骤(S30)和(S40)中形成的铜层52和锌层54进行合金化处理。具体地，例如通过将具有铜层52和锌层54的原料钢丝50加热到200℃以上且500℃以下的温度范围并且将原料钢丝50保持1小时以上且6小时以下而对原料钢丝50进行热处理。由此，参照图6和7，将铜层52和锌层54合金化而获得由γ相单相构成的铜锌合金构成的包覆层56。
然后，进行平滑拉丝步骤作为步骤(S60)。在步骤(S60)中，对具有以覆盖表面51的方式形成的包覆层56的原料钢丝50进行表面平滑拉丝(平滑拉丝)。具体地，对其上形成有包覆层56的原料钢丝50以低面积减少率、即1％以上且5％以下的面积减少率进行拉丝。
然后，进行第二热处理步骤作为步骤(S70)。在步骤(S70)中，例如通过将包覆层56加热到200℃以上且500℃以下的温度并将包覆层56保持1小时以上且6小时以下而对在步骤(S60)中进行了拉丝的包覆层56进行热处理。由此，获得包含芯线部10和覆盖芯线部10的表面11的包覆层20的电极线1。原料钢丝50和包覆层56分别相当于电极线1的芯线部10和包覆层20。
在此，制造根据本实施方式的电极线1的方法的步骤(S50)中的热处理形成由γ相单相构成的包覆层56(包覆层20)。通过由γ相单相构成的包覆层56(包覆层20)的形成，在电极线1的表面21上留下大的凹凸，如果不采取措施，这将导致加工精度减小的问题。
因此，在本实施方式中，在步骤(S60)中进行平滑拉丝步骤。这导致表层区域28中的晶粒25A在电极线1的径向上被压缩并且在其纵向上被拉伸，从而实现平滑化。由于γ相是脆的，因此如果拉丝后的面积减少率超过5％，则形成沿周向延伸的大量裂纹31。结果，尽管周向上的表面粗糙度减小，但是由于裂纹31的影响，纵向上的表面粗糙度增加，并且电导率也减小。如果面积减少率为5％以下，则可以减小表面21的表面粗糙度，同时抑制裂纹31的形成。如果面积减少率为1％以上，则拉丝期间在整个圆周上更可靠地确保包覆层56(包覆层20)与拉模之间的接触，从而可以更可靠地降低周向上的表面粗糙度。
此外，在本实施方式中，进行第二热处理步骤作为步骤(S70)。尽管步骤(S70)是任选的，但是如果在步骤(S60)中形成裂纹31，则步骤(S70)会通过原子扩散修复一部分或全部裂纹31，从而进一步减少裂纹31。
因此，可以使用根据本实施方式的制造电极线1的方法来制造能够兼具高速加工和高加工精度两者的电极线1。尽管在上述实施方式中在Cu层形成步骤和Zn层形成步骤之前进行拉丝步骤作为步骤(S20)，但是也可以在Cu层形成步骤和Zn层形成步骤之后并且在第一热处理步骤之前进行拉丝步骤。
实施例
进行实验以证明在上述实施方式中平滑拉丝步骤的效果。具体地，在根据上述实施方式的制造电极线1的方法中，提供经受步骤(S10)至(S50)的样品(样品A)。以1％的面积减少率对样品A进行平滑拉丝步骤以制备样品(样品B)，并且以4％的面积减少率对样品A进行平滑拉丝步骤以制备样品(样品C)。在一个实验中，将样品A至C沿垂直于纵向的横截面进行切割，并检查所切割横截面的轮廓。在另一个实验中，以不同的面积减少率对样品A进行平滑拉丝步骤，并测量产生的电极线的电导率。
图8、9和10分别是显示样品A、B和C的轮廓的示意图。图11是显示平滑拉丝步骤中的面积减少率与产生的电极线的电导率之间的关系的图。
参照图8和9，面积减少率为1％的平滑拉丝步骤改善周向上的凹凸。此外，参照图9和10，面积减少率为4％的平滑拉丝步骤进一步改善周向上的凹凸。因此，即使在小面积减少率、即5％以下的面积减少率下拉丝，也可以有效地改善周向上的凹凸。
参照图11，实验结果表明，在平滑拉丝步骤中，电导率随面积减少率增加而减小。这可能是因为在较大的面积减少率下拉丝会在包覆层20中形成大量的裂纹31。实验结果还表明，在平滑拉丝步骤中5％以下的面积减少率可抑制裂纹31的形成，由此确保足以供给实际使用的电导率。
以上实验结果表明，可以通过使用由γ相单相构成的包覆层并以5％以下的面积减少率进行平滑拉丝步骤来制造能够实现高速加工和高加工精度两者的线放电加工用电极线。
尽管在上述实施方式和实施例中，以与芯线部10的表面接触的方式形成包覆层20，但是根据本申请的线放电加工用电极线不限于此。例如，可以在包覆层20与芯线部10之间设置由纯铜构成的铜层以改善电导率。另外，可以在铜层与包覆层20之间设置用于阻挡锌扩散的阻挡层如镍(Ni)层。
应当理解本文公开的实施方式和实施例在任何方面都是说明性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求书限定而不是由上述描述限定，并且在权利要求书的等同物的含义和范围内的所有变化旨在涵盖在其中。
标号说明
1 电极线
10 芯线部
11 表面
20 包覆层
21 表面
25A、25B 晶粒
28 表层区域
29 内部区域
31 裂纹
50 原料钢丝
51 表面
52 铜层
53 表面
54 锌层
56 包覆层

Claims (9)

1.一种线放电加工用电极线，其具有：
由钢构成的芯线部；和
覆盖所述芯线部的外周侧且由铜锌合金构成的包覆层，所述包覆层以包含所述线放电加工用电极线的表面的方式设置，
其中所述包覆层由γ相单相构成，
所述包覆层在周向上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra，且
所述包覆层在纵向上具有0.08μm以下的表面粗糙度Ra。
2.根据权利要求1所述的线放电加工用电极线，其中所述包覆层在纵向上具有0.50μm以下的表面粗糙度Rz。
3.根据权利要求1或2所述的线放电加工用电极线，其中在作为包含所述包覆层的表面的区域的表层区域中的晶粒具有在所述线放电加工用电极线的纵向上比径向上长的形状。
4.根据权利要求3所述的线放电加工用电极线，其中在所述表层区域中的晶粒的纵向长度对径向长度之比大于位于所述表层区域的内周侧的内部区域中的晶粒的纵向长度对径向长度之比。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的线放电加工用电极线，其中垂直于纵向的横截面的外周具有0.25μm以下的圆度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的线放电加工用电极线，其中所述线放电加工用电极线的表面在所述线放电加工用电极线的纵向上100μm的长度的范围内含有10个以下的裂纹。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的线放电加工用电极线，其中所述线放电加工用电极线具有8％IACS以上且20％IACS以下的电导率。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的线放电加工用电极线，其中所述线放电加工用电极线具有300HV以上且600HV以下的表面硬度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的线放电加工用电极线，其中形成所述包覆层的所述铜锌合金具有60质量％以上且75质量％以下的锌含量。
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