DE102015111260B4

DE102015111260B4 - Verfahren zur Herstellung eines EDM-Elektrodendrahts

Info

Publication number: DE102015111260B4
Application number: DE102015111260.4A
Authority: DE
Inventors: Kuo-Ta Chang
Original assignee: YUANG HSIAN METAL IND CORP; YUANG HSIAN METAL INDUSTRIAL CORP
Current assignee: YUANG HSIAN METAL IND CORP; YUANG HSIAN METAL INDUSTRIAL CORP
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2035-07-14
Also published as: DE102015111260A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines EDM-Elektrodendrahts, wobei eine aus 60%-Kupfer und 40%-Zink bestehende Mischschmelzflüssigkeit durch thermische Koagulation zu einem festen, eutektischen Voll-Beta-Phasen-Kupfer-Zink-Legierungskern (10) bearbeitet wird, wobei der Voll-Beta-Phasen-Kupfer-Zink-Legierungskern (10) verzinkt und unmittelbar einer Niedertemperatur-Wärmebehandlung solange unterzogen wird, bis Gamma-, Epsilon- und Eta-Phasen auftreten, wodurch diese Phasen mit der Beta-Phase vermischt sind und ein an der elektrischen Oberflächenschicht wenigstens mit der Gamma-, der Epsilon- und der Eta-Phase versehener, fester Metalllegierungsdraht (1) hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines EDM-Elektrodendrahts (EDM: Abk. für „electro-discharge machining“), insbesondere eines EDM-Elektrodendraht, der beim EDM-Zerschneiden keine Metallpulver erzeugt, was die Umweltfreundlichkeit erfüllt, wobei das Herstellverfahren durch einen einzigen Vorgang abgeschlossen. Damit wird das Verfahren vereinfacht, wobei eine verringerte Fehlerrate erzielt ist.
Wie in 3 gezeigt, weist ein aus der US 8 067 689 B2 bekannter EDM-Draht einen Alpha-Phasen-Hochmessingkern 12 auf, auf den eine Zinkbeschichtung 15 aufgebracht ist. Durch eine Wärmebehandlung wird der Draht mit einer Gammaphasen-Messingbeschichtung 18 am Hochmessingkern 12 beschichtet. Da eine nichtoxidierende Atmosphäre von Stickstoffgas während der Wärmebehandlung verwendet wurde, kann der Draht wieder mit einer Zinkbeschichtung 15 elektroplattiert werden. Die Gamma-Phase wird jedoch nur durch sekundäres Plattieren und eine Wärmebehandlung erreicht. Der Drahtkupferkern lässt sich zwar schnell schneiden, aber die Genauigkeit ist nicht leicht zu kontrollieren und die Rauheit lässt sich viel zu wünschen übrig. Außerdem werden hohe Produktionskosten und lange Verfahrensdauer erfordert. Nachteilig ist auch die schlechte Produktausbeute. Wird der Draht geschnitten, können Metallpulver bei der Zinkbeschichtung 15 entstehen, was zur umweltunfreundlichen Verschmutzung führt.
Wie in 4 und 5 gezeigt, weist eine aus der US 6 447 930 B2 bekannte Drahtelektrode 3 einen Kern 31, eine aus Kupfer oder einer Kupfer/Zink-Legierung hergestellte, einen gleichmäßigen Alpha-Grundkörper besitzende Außenschicht (α-Ms) und eine aus Zink oder Zink-Legierung hergestellte Mantelschicht (η-Zn). Die Mantelschicht 32, 42 ist auf den Kern aufgebracht, wobei die Beschichtung vorzugsweise bei einer Temperatur vorgenommen wird, bei der keine Diffusion auftritt, sodass die Mantelschicht erst aus α (Alpha), β (Beta), y (Gamma) oder ε (Epsilon) besteht, woraufhin der Kern 31 verzinkt wird. Damit kann die elektroerosive und entladende Eigenschaft weiter verbessert werden. Jedoch handelt es sich bei der Drahtelektrode 3 um einen Kern 31, der mit einer aus Zink oder Zink-Legierung hergestellten Mantelschicht 32 beschichtet ist. Technisch erfolgt das Plattieren des Kupferdrahts durch Feuerverzinken. Das Verfahren entspricht dem oben erwähnten Verfahren. Das heißt, das Verfahren muss durch zwei Vorgänge durchgeführt werden, nämlich (α(Alpha)+Zn → β(Beta), β(Beta)+Zn →γ(Gamma)). Die Kosten zur Herstellung der Drahtelektrode sind hoch. Die Präzision ist schwer kontrollierbar. Außerdem lässt sich die Rauheit zu wünschen übrig.
Wie in 6 und 7 gezeigt, weist eine aus der EP 0 733 431 B1 bekannte Drahtelektrode 4 einen Kern 41, eine aus Kupfer oder einer Kupfer/Zink-Legierung hergestellte, einen gleichmäßigen Alpha-Grundkörper besitzende Außenschicht (α-Ms) und eine aus Zink oder Zink-Legierung hergestellte Mantelschicht (D-Zn). Jedoch handelt es sich bei der Drahtelektrode 4 um einen Kern 41, der mit einer aus Zink oder Zink-Legierung hergestellten Mantelschicht 42 beschichtet ist. Technisch erfolgt das Plattieren des Kupferdrahts durch Feuerverzinken. Das Verfahren entspricht dem oben erwähnten Verfahren. Das heißt, das Verfahren muss durch zwei Vorgänge durchgeführt werden, nämlich (α(Alpha)+Zn → β(Beta), β(Beta)+Zn →γ(Gamma)). Die Kosten zur Herstellung der Drahtelektrode sind hoch. Die Präzision ist schwer kontrollierbar. Außerdem lässt sich die Rauheit zu wünschen übrig.
Die US 8 067 689 B2 offenbart einen EDM-Elektrodendraht mit einem Kern aus 60% Kupfer und 40% Zink, welcher verzinkt und einer Niedertemperatur-Wärmebehandlung unterzogen wird, bis eine Gamma-Phase auftritt.
Aus ein derartiger Elektrodendraht lässt noch Wünsche offen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen EDM-Elektrodendraht zu schaffen, der durch einfache Maßnahmen die oben genannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines EDM-Elektrodendrahts, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Gemäß der Erfindung wird ein EDM-Elektrodendraht hergestellt, bei dem eine aus 60%-Kupfer und 40%-Zink bestehende Mischschmelzflüssigkeit durch thermische Koagulation zu einem festen, eutektischen Voll-Beta-Phasen-Kupfer-Zink-Legierungskern bearbeitet wird, wobei der Voll-Beta-Phasen-Kupfer-Zink-Legierungskern verzinkt und unmittelbar einer Niedertemperatur-Wärmebehandlung solange unterzogen wird, bis Gamma-, Epsilon- und Eta-Phasen auftreten, wodurch diese Phasen mit der Beta-Phase vermischt sind und ein fester Metalllegierungsdraht an der elektrischen Oberflächenschicht wenigstens mit der Gamma-, der Epsilon- und der Eta-Phase hergestellt ist.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen EDM-Elektrodendraht;
2 ein Cu/Zn-Gleichgewichtsphasendiagramm von Cu und Zn gemäß der Erfindung;
3 einen Schnitt I durch einen aus der US8067689 bekannten EDM-Draht;
4 einen Schnitt II durch einen aus der US6447930 bekannten EDM-Draht;
5 einen vergrößerten Ausschnitt aus 4;
6 einen Schnitt durch eine aus der EP0733431 bekannte Drahtelektrode; und
7 einen vergrößerten Ausschnitt aus 6.

In 1 ist ein erfindungsgemäßer EDM-Elektrodendraht im Schnitt dargestellt. Der EDM-Elektrodendraht wird wie folgt hergestellt. Durch thermische Koagulation (Schmelzpunkt von 903°C - 900°C) wird eine aus 60%-Kupfer und 40%-Zink bestehende Mischschmelzflüssigkeit (Schmelztemperatur von 909°C) zu einem eutektischen Voll-Beta-Phasen-Kupfer-Zink-Legierungsdraht 10 bearbeitet. Nach Verzinken des Voll-Beta-Kupfer-Zink-Legierungskerns 10 wird diese unmittelbar einer Niedertemperatur-Wärmebehandlung unterzogen. Die Reaktionstemperatur wird unter einer Niedertemperatur von 250°C gehalten. Die Niedertemperatur-Wärmebehandlung wird solange verlängert, bis y(Gamma)-, ε(Epsilon)- und η(Eta)-Phasen auftreten. Auf diese Weise können diese Phasen mit der Beta-Phase vermischt werden, wodurch die feste Legierung an der elektrischen Oberflächenschicht wenigstens y(Gamma)-, ε(Epsilon)- und η(Eta)-Phasen aufweist. Damit können eine geringe Oberflächenrauhigkeit, ein schneller Schnitt, kein unerwünschtes Lösen von Metallpulver und eine gute Haftung bei dem EDM-Elektrodendraht erfolgen.
In 2 ist ein Cu/Zn-Gleichgewichtsphasendiagramm von Cu und Zn. In der vertikalen Achse wird die Temperatur dargestellt, wobei das Gehaltsverhältnis von Cu in der oberen horizontalen Achse und das Gehaltsverhältnis von Zn in der unteren horizontalen Achse gezeigt sind. Im Cu/Zn-Gleichgewichtsphasendiagramm wird deutlich, dass der Voll-Beta-Phasen-Legierung 10 entsteht, wenn das Gehaltsverhältnis von Cu und Zn als 60:40 dargestellt ist [siehe Schräglinienzone mit der Bezeichnung von 10 in 2.]. Aus 2 ist ersichtlich, dass die η(Eta)-Phase bei der Temperatur unter 420°C, die ε(Epsilon)-Phase bei der Temperatur unter 600°C und die y(Gamma)-Phase bei der Temperatur unter 835°C vorkommt, wie diese als 1a, 1b und 1c in 2 bezeichnet sind.
Die Werkstückrauhtiefe (Ra) bei der y(Gamma)-, der ε(Epsilon)- und der η(Eta)-Phasen ist in der folgenden Tabelle dargestellt:

Phase Rauhtiefe (Ra), Schnittgeschwindigkeit

η-Phase Ra<0,10 20% höher als 60/40 Messingdraht

ε-Phase Ra<0,05

γ-Phase Ra<0,05 Die Oberfläche ist besser als bei der ε-Phase.
Die β-γ-Legierung kann durch bessere Niedertemperatur-Wärmebehandlung bei einer Reaktionstemperatur von 500~400°C unmittelbar zum γ-Phasen-Metalllegierungsdraht 1 hergestellt werden, dessen Cu-Zn-Legierungsstoff 1a eine Rauhtiefe<0,05 aufweist und sich für den präzisen und schnellen Schnitt eignet.
Die β-γ-Legierung kann durch bessere Niedertemperatur-Wärmebehandlung bei einer Reaktionstemperatur von 400°C unmittelbar zum ε-Phasen-Metalllegierungsdraht (1) hergestellt werden, dessen Cu-Zn-Legierungsstoff 1b eine Rauhtiefe<0,05 aufweist und sich für den normalen, präzisen Schnitt eignet.
Die β-γ-Legierung kann durch bessere Niedertemperatur-Wärmebehandlung bei einer Reaktionstemperatur von 250°C unmittelbar zum η-Phasen-Metalllegierungsdraht (1) hergestellt werden, dessen Cu-Zn-Legierungsstoff 1c eine Rauhtiefe<0,10 aufweist und sich für den präzisen und schnellen Schnitt ohne Metallpulver eignet.
Der Voll-Beta-Phasen-Legierungsdraht 10 kann unmittelbar verzinkt und durch eine Niedertemperatur-Wärmebehandlung zum EDM-Elektrodendraht 1 mit y(Gamma)-, ε(Epsilon)- und η(Eta)-Phasen hergestellt werden. Dies erfordert nur einen einmaligen Vorgang ohne einen weiteren Beschichtungsvorgang. Damit wird vermieden, dass die Gamma-Phase nur mühsam durch sekundäres Plattieren und eine Wärmebehandlung erreicht wird, wie dies beim Stand der Technik meist der Fall ist. Gleichzeitig werden Probleme mit der Entstehung von Metallpulver an der Überzugschicht, der schlechten Rauheit und Präzision gelöst. Durch die Erfindung wird ein umweltfreundlicher Herstellungsprozess gewährleistet, wobei die Fehlerrate reduziert wird. Gleichzeitig werden eine geringe Oberflächenrauhigkeit und schnelle Schnitte erzielt, wobei keine Metallpulver entstehen und eine gute Haftung erreicht wird.
Bezugszeichenliste
(des Standes der Technik)

12: Alpha-Phasen-Hochmessingkern
15: Zinkbeschichtung
18: Messingbeschichtung
3: EDM-Draht
31: Kern
32: Mantelschicht
4: Drahtelektrode
41: Kern
42: Mantelschicht

1: Metalllegierungsdraht
1a: Cu-Zn-Legierungsstoff
1b: Cu-Zn-Legierungsstoff
1c: Cu-Zn-Legierungsstoff
10: Legierungskern

Claims

Verfahren zur Herstellung eines EDM-Elektrodendrahts, wobei eine aus 60%-Kupfer und 40%-Zink bestehende Mischschmelzflüssigkeit durch thermische Koagulation zu einem festen, eutektischen Voll-Beta-Phasen-Kupfer-Zink-Legierungskern (10) bearbeitet wird, wobei der Voll-Beta-Phasen-Kupfer-Zink-Legierungskern (10) verzinkt und unmittelbar einer Niedertemperatur-Wärmebehandlung solange unterzogen wird, bis Gamma-, Epsilon- und Eta-Phasen auftreten, wodurch diese Phasen mit der Beta-Phase vermischt sind und ein an der elektrischen Oberflächenschicht wenigstens mit der Gamma-, der Epsilon- und der Eta-Phase versehener, fester Metalllegierungsdraht (1) hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eutektische, feste Voll-Beta-Phasen-Kupfer-Zink-Legierungskern (10) bei einem Cu-Zn-Gehaltsverhältnis von 60:40 der Niedertemperatur-Wärmebehandlung solange unterzogen wird, bis Gamma-, Epsilon- und Eta-Phasen durch thermische Koagulation gemäß Gleichgewichtsphase auftreten.