CN1424952A - 金属线放电加工方法以及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的金属线放电加工方法具备在加工液(4a)中进行粗加工的第1工序与在空气、氧气、氮气或惰性气体等的气体(7)中进行精加工的第2工序，利用表面被锌、锌合金以及氧化锌中的至少一种覆盖的金属线电极(1b)，至少进行所述第2工序的加工。能够提高金属线放电加工的精度与质量，并且能够提高生产性。

Description

金属线放电加工方法以及装置
技术领域
本发明涉及通过使得在金属线电极与被加工物的极间间隙产生放电而对被加工物进行加工的金属线放电加工方法以及装置的改进。
背景技术
放电加工作为金属模具等的加工技术已经具有确立的地位，它已经广泛使用于汽车产业、家电产业、半导体产业等的模具加工领域。
图6是放电加工机理的说明图。在该图中，1是电极、2是被加工物、3是弧柱、4是加工液、5是由放电加工生成的加工屑。重复下述(a)～(e)的循环(对应于图6的(a)～(e))并且进行利用被加工物2放电的去除加工。即，(a)通过产生放电形成弧柱3，(b)由于放电的热能而产生局部的熔融以及加工液4的气化，(c)产生加工液4的气化爆发力，(d)熔融部分(加工屑)的飞散，(e)利用加工液进行冷却、凝固、恢复极间绝缘。
本发明涉及放电加工中的使用于挖通加工、切割加工等的金属线放电加工。对于金属线放电加工，特别适合于高精度要求。例如，对于在半导体领域等中所使用的高精度模具的加工，要求1～2μm左右这样的高精度。
图7是表示金属线放电加工的加工过程示例的说明图。在该图中，1a是金属线电极，2是被加工物，4a是作为加工液的水，6是初始孔，图7(a)表示作为粗加工的第一次切割，图7(b)表示作为粗加工后的中间精加工的第二次切割，图7(c)表示作为最后精加工的第三次切割。
图7(a)中的第一次切割加工示例表示将金属线电极1a通过初始孔6并对被加工物2实施挖通加工的情况。在该第一次切割的情况下，由于在以后的加工中完成表面光洁度以及精度，故并没有非常严格地要求表面光洁度以及精度，为了提高生产性，特别重要的在于，要提高加工速度。在金属线放电加工中，为了提高加工速度，为了有效地从极间排出加工屑，故将水4a强烈地喷射到极间。又，为了使得水4a均匀地喷射到极间并且防止金属线电极1a的断线，采用这样的方法，即在未图示的加工槽的水中存放水4a并且浸渍被加工物2。
在上述以往的金属线放电加工中，第一次切割(图7(a))之后的第二次加工(图7(b))以及第三次(图7(c))等的加工，也是在作为加工液的水4a中进行。
当向金属线电极1a与被加工物2的极间施加电压时，由于产生正极性与负极性相互吸引力，因该静电力，刚性小的金属线电极1a被吸引到被加工物2侧。这成为金属线电极1a振动的原因，由于这样的振动，很难进行高精度的加工。
又，在由于放电能量产生加工液的气化爆发力的状态(例如，图6的(c))下，在金属线电极1a上，由于加工液的气化爆发力，在与被加工物2相反的方向上作用较大的力，并产生振动。由于这样的振动，在被加工物2的形状中会产生凹凸，会带来精度恶化的问题。
在作为金属线放电加工运用领域的半导体工业中，例如，在IC(集成电路)引线框架的模具等加工中，对被加工物要求形状精度在1μm、表面光洁度在1μmRmax以下这样的极高精度并且要求表面光洁度非常光滑，同时生产性的提高增加了必要的用途，特别地，在这样的用途中，上述由金属线电极振动等引起的问题，则变得较为显著。
作为解决上述加工液中金属线放电加工的问题的方法，已经揭示了在极间不通过加工液而在空气中进行金属线放电加工的空气中金属线放电加工所相关的技术(东京农工大学安达他，“提高空气中放电加工的第二次切割的精度”模具技术、第1卷、第7号、1999年、154页、日刊工业新闻社)。在该技术中揭示了，通过在空气中进行金属线放电加工而提高被加工物切割面的笔直精度，虽然对于高精度有较大意义，然而，与在加工液中进行的加工相比，存在在金属线电极与被加工物之间容易产生短路等的加工稳定性及加工速度方面上的问题，很难获得实用化。
发明内容
本发明为了解决上述问题，目的在于提供一种能够提高金属线放电加工的精度及质量并且提高生产率的金属线放电加工方法以及装置。
本发明的金属线放电加工方法是使得在金属线电极与被加工物的极间产生放电并对被加工物进行加工的放电加工方法，它具备：在加工液中进行粗加工的第1工序；以及在气体中进行精加工的第2工序，利用表面被锌、锌合金以及氧化锌中的至少一种覆盖的金属线电极，至少进行第2工序的加工。
又，本发明的金属线放电加工方法是使得在金属线电极与被加工物的极间产生放电并对被加工物进行加工的放电加工方法，具备：在加工液中进行粗加工的第1工序；以及在气体中进行精加工的第2工序，利用含锌量(重量比)约在40％以上的金属线电极，至少进行第2工序的加工。
本发明的金属线放电加工装置是由加工电力供给手段向金属线电极与被加工物的极间供给放电能量并且由定位手段相对移动金属线电极以及被加工物而在气体中对被加工物进行加工的金属线放电加工装置，它具备表面被锌、锌合金以及氧化锌中的至少一种覆盖的金属线电极。
又，本发明的金属线放电加工装置是由加工电力供给手段向金属线电极与被加工物的极间供给放电能量并且由定位手段相对移动金属线电极以及被加工物而在气体中对被加工物进行加工的金属线放电加工装置，它具备：表面被锌、锌合金以及氧化锌中的至少一种覆盖的金属线电极；以及向极间供给加压气体的气体供给手段。
又，本发明的金属线放电加工装置是由加工电力供给手段向金属线电极与被加工物的极间供给放电能量并且由定位手段相对移动金属线电极以及被加工物并且在气体中对被加工物进行加工的金属线放电加工装置，它具备含锌量(重量比)在约40％以上的金属线电极。
又，本发明的金属线放电加工装置是由加工电力供给手段向金属线电极与被加工物的极间供给放电能量并且由定位手段相对移动金属线电极以及被加工物而在气体中对被加工物进行加工的金属线放电加工装置，它具备：含锌量(重量比)在约40％以上的金属线电极；以及向极间供给加压气体的气体供给手段。
由于如上述这样构成本发明的金属线放电加工方法以及装置，因此，能够提高气体中金属线放电加工的稳定性与加工速度，能够提高金属线放电加工的精度与质量，并且还能够提高生产率。
附图说明
图1是表示本发明实施形态的金属线放电加工方法的一示例的说明图。
图2是表示本发明实施形态的金属线放电加工装置构造的说明图。
图3是表示使用镀锌金属线电极进行的空气中的金属线放电加工情况的图。
图4是表示使用镀锌金属线电极进行的空气中金属线放电加工之中的锌附着到被加工物上的示例的说明图。
图5是表示金属线电极的材料全体的含锌量(重量％)与放电稳定性的关系的照片。
图6是表示放电加工机理的说明图。
图7是表示金属线放电加工的加工过程示例的说明图。
具体实施形态
图1是表示本发明实施形态的金属线放电加工方法一示例的说明图，在该图中，1b是镀锌的金属线电极，2是被加工物，4a是作为加工液的水，6是初始孔，7是空气等的气体，图1的(a)表示作为粗加工的第一次切割，图1(b)表示作为粗加工后的精加工的第二次切割。用第一次加工以及第二次加工这样的称呼是为了说明的方便性，并不一定是经过2次加工金属线放电加工就结束了。在对被加工物要求高精度的加工中，有时会进行7次、8次加工。
其次，对于加工方法的主要情况进行说明。图1(a)的第一次切割是将金属线电极1b通过初始孔6并且对被加工物2进行挖通的加工。在第一次加工中，由于在以后的加工中完成表面光洁度以及精度，故并没有非常严格地要求表面光洁度以及精度，为了提高生产性，特别重要地在于，提高加工速度，与背景技术的图7相同地，使得在极间通过作为加工物的水4a进行加工。
在通常的金属线放电加工中，在第一次加工后，也继续进行在加工液中的加工，而如背景技术所揭示的那样，由于存在金属线电极振动等的问题，并不适于进行高精度的加工。本发明是在精加工中使得在极间没有通过加工液而进行加工，由此来改进被加工物的形状精度以及表面光洁度。
在为图1(b)所示精加工的第二次加工中，为了抑制金属线电极1b的振动并改善加工精度，并没有在加工液4a中进行加工，而在气体7中进行加工。通过这样在气体中的金属线放电加工，如以下所示，能够抑制金属线电极1b的振动等。
即，当向极间施加电压时，作用于金属线电极1b与被加工物2的静电力与极间的介电常数成比例，故作为相同的极间距离进行计算时，与极间的介质为水4a的情况相比，当极间的介质为气体7时，所述静电力为数十分之一(例如，介电常数在真空中为最小，在水中为真空中的约80倍)。又，由于放电带来的气化爆发力是因存在于极间的液体而产生，故当在极间仅存在气体7时，金属线电极1b几乎不会受到气化爆发力的影响。因此，能够抑制金属线电极1b的振动等。
图2是表示本发明实施形态的金属线放电加工装置构造的说明图，如图1(b)所示那样表示了实现气体中金属线放电加工的构造示例。在图2中，1b是镀锌的金属线电极，2是被加工物，7是例如空气、氧气、氮气或者惰性气体等的气体，8是金属线绕线管，9a以及9b是将气体7供给金属线电极1b与被加工物2的极间的气体供给手段，10是输带辊，11是滚柱，12是用于驱动被加工物2的水平方向(X方向)的X台，13是用于驱动被加工物2的水平方向(Y方向)的Y台，14是控制用于驱动X台12的未图示的驱动电动机的X伺服放大器，15是控制用于驱动Y台13的未图示的驱动电动机的Y轴伺服放大器，16是加工电力供给手段，17是控制手段。
其次，对于动作进行说明。由输带辊10以及滚柱11夹持并牵引金属线电极1b，使得金属线电极1b行进，使得金属线电极1b与被加工物2相对，利用气体供给手段9a以及9b向金属线电极1b与被加工物2的极间供给气体，同时利用电力供给手段16向所述极间供给作为放电能量的加工电力，利用作为定位手段的X台12以及Y台13等使金属线电极1b与被加工物2相对移动并进行被加工物2的精加工。利用所述定位手段来确定金属线电极1b与被加工物2的相对位置的控制以及电气加工条件的控制等，都由控制手段17来进行。气体供给手段9a以及9b例如，可以通过在金属线电极1b的周围形成喷嘴并供给加压气体等来实现。通过这样向极间供给加压气体，能够防止由放电去除掉的加工屑附着到金属线电极以及被加工物表面上。又，气体中的金属线放电加工也能不用这样的气体供给手段9a以及9b，而在大气中进行。
如图1(b)的说明所示，在气体金属线放电加工中，由于能够抑制金属线电极的振动等，虽然提高了被加工物的形状精度以及表面光洁度，而在气体放电中也存在特殊的问题。最大的问题在于，极间距离狭小。在通常加工液中的金属线放电加工之中，由于存在于极间的加工屑等的影响，产生放电时的极间距离增大，而气体中的金属线放电加工的情况下，在极间几乎不会滞留加工屑，极间距离变狭小。极间距离狭小，虽然具有提高加工精度的优点，然而，另一方面，如在背景技术中所揭示的那样，存在在加工中金属线电极与被加工物容易产生短路的问题，短路的产生成为在加工面上产生条纹以及加工速度下降等问题的原因。
为了解决这样的问题，通过本发明的发明者的研究，提出这样的见解，即在气体金属线放电加工中，通过调整金属线电极的材料，能够使得进行稳定的放电。
即，为了要寻找适于气体放电的金属线电极的材料，采用由各种材料形成的金属线电极进行加工试验，由此进行研究，提出了这样的见解，即当金属线电极表面的含锌量增加时，气体中的放电变得稳定。当使得上述金属线电极表面的含锌量增加时，作为金属线电极，如图1以及图2所示，可以采用镀锌的金属线电极1b，也可以增加金属线电极材料整体的含锌量。然而，当增加金属线电极材料整体的含锌量时，由于金属线放电加工时的热能，容易产生金属线电极的断线，故不得不减少金属线电极的张力，有时在加工精度上会产生问题。因此，最好采用例如镀锌的金属线电极那样的仅增加金属线电极表面部分的含锌量的金属线电极。又，如此，形成在金属线电极表面上的锌，也可以是金属锌，例如也可以是氧化锌等的化合物。再者，当增加金属线电极材料整体的含锌量时，也能够在金属线电极材料的整体中混入氧化物。
对于利用增加金属线电极表面的含锌量来稳定放电的理由，在现状中不能详细地理解，而作为可能性高的理由，认为是由于锌的沸点低。即，能够推测出，由于锌沸点低，即使在气体中放电的情况下，也容易产生气化，一旦产生放电时，气化后的锌在金属线电极与被加工物的极间所占的比例增大。因此，在极间作为金属气体的气化锌增加，并会诱导放电产生。
图3是表示使用镀锌的金属线电极1b进行的气体中金属线放电加工情况的图，图3(a)是说明构造的照片，图3(b)为了确认放电状态而使变周围背景变暗而拍摄的照片。被加工物2是板厚为100mm的钢材，对于通常的黄铜金属线电极，不能够进行稳定的放电加工。在图3(b)中，箭头前端附近的白色部分表示放电，可以确认在使用镀锌的金属线电极1b的情况下，在被加工物2的整个面上能够稳定地进行放电。
在该气体中金属线放电加工的试验中，对于采用使用于通常的加工液金属线放电加工中的黄铜金属线电极的情况与采用镀锌金属线的情况，比较单位时间的正常放电脉冲数，则采用镀锌金属线电极的加工要比通常放电的脉冲数多约2～3倍，因此，加工生产率提高了。
又，作为在采用镀锌金属线电极1b进行气体中金属线放电加工中容易产生的问题，是锌会附着于被加工物2上。根据加工条件，有时锌会附着到被加工物2的表面，特别地，如图4所示那样，锌18a以及18b经常会附着到被加工物2的上端部以及下端部。一旦锌附着到被加工物上时，则放电容易集中到该位置，故不能够对于加工面进行高质量的精加工。根据发明者的研究，上述锌附着现象与金属线电极的加工传送速度有较大关系，可知，在加工传送速度慢时，产生附着的可能性增大。因此，在采用镀锌金属线电极等的气体中金属线放电加工之中，最好是采用提高加工传送速度并反复进行加工的方法。
又，除了使用镀锌的金属线电极之外，如上所述，使用增加了含锌量的金属线电极的情况下，也具有使放电稳定的效果。在通常的金属线放电加工中，普遍采用重量比为铜70％、锌30％左右的黄铜金属线电极，而在气体中放电的情况下，通过进一步增加锌的比例，能够提高放电的稳定性。
图5是表示金属线电极材料整体的含锌量(重量％)与放电稳定性的关系的图，放电稳定性例如可以通过计测单位时间的正常放电脉冲数来求出。参照图5可见，当金属线电极的含锌量约超过40％时，放电稳定性急速提高。又，当使得含锌量为50％左右时，能够实现与镀锌金属线电极相似的的稳定放电。
工业利用性
如上所述，本发明的金属线放电加工方法以及装置，特别地适用于高精度的金属线放电加工作业。

Claims (6)

1.一种金属线放电加工方法，它是使金属线电极与被加工物之间产生极间放电以对所述被加工物进行加工的放电加工方法，其特征在于，
具备：在加工液中进行粗加工的第1工序；以及在气体中进行精加工的第2工序，
利用表面由锌、锌合金以及氧化锌中的至少一种覆盖的金属线电极，至少进行所述第2工序的加工。
2.一种金属线放电加工方法，它是使金属线电极与被加工物之间产生极间放电以对所述被加工物进行加工的放电加工方法，其特征在于，
具备：在加工液中进行粗加工的第1工序；以及在气体中进行精加工的第2工序，
利用含锌量(重量比)约在40％以上的金属线电极，至少进行所述第2工序的加工。
3.一种金属线放电加工装置，由加工电力供给手段向金属线电极与作为电极的被加工物的极间供给放电能量，利用定位手段使所述金属线电极与被加工物相对移动，并且在气体中对所述被加工物进行加工，其特征在于，
具备表面由锌、锌合金以及氧化锌中的至少一种覆盖的金属线电极。
4.一种金属线放电加工装置，由加工电力供给手段向金属线电极与作为电极的被加工物的极间供给放电能量，利用定位手段使所述金属线电极与被加工物相对移动，并且在气体中对所述被加工物进行加工，其特征在于，具备：
表面被锌、锌合金以及氧化锌中的至少一种覆盖的金属线电极；以及
向所述极间供给加压气体的气体供给手段。
5.一种金属线放电加工装置，由加工电力供给手段向金属线电极与作为电极的被加工物的极间供给放电能量，利用定位手段使所述金属线电极与被加工物相对移动，并且在气体中对所述被加工物进行加工，其特征在于，
具备含锌量(重量比)在约40％以上的金属线电极。
6.一种金属线放电加工装置，由加工电力供给手段向金属线电极与作为电极的被加工物的极间供给放电能量，利用定位手段使所述金属线电极与被加工物相对移动，并且在气体中对所述被加工物进行加工，其特征在于，具备：
含锌量(重量比)在约40％以上的金属线电极；以及
向所述极间供给加压气体的气体供给手段。
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