DE3425394C2

DE3425394C2 -

Info

Publication number: DE3425394C2
Application number: DE3425394A
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Ito; Yoshio Shibata; Masato Nagoya Aichi Jp Banzai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-07-11
Filing date: 1984-07-10
Publication date: 1989-09-07
Also published as: US4806721A; DE3425394A1; CH663922A5; JPS6029234A; JPS6344491B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Drahtelektrode für eine funkenerosive Drahtschneidemaschine, bestehend aus einem metallischen Kern und einem darauf aufgebrachten dünnen Überzug.

Drahtelektroden zum funkenerosiven Bearbeiten mittels Schneidedraht liegen im allgemeinen in Form eines Drahtes aus Kupfer, Messing, Wolfram und dergleichen vor und haben einen Durchmesser im Bereich von 0,05 bis 0,3 mm. Fig. 1A und B der Zeichnungen beschreiben die Art und Weise, in welcher eine funkenerosive Bearbeitung mit einer solchen Drahtelektrode durchgeführt wird. Die Drahtelektrode 1 wird unter Spannung gesetzt und mit einer konstanten Geschwindigkeit in Rich tung des Pfeils A geführt und dabei in einer kon frontierenden Beziehung zu einem Werkstück 2 gehal ten. Dann wird eine Bearbeitungslösung 3 in koaxia ler Richtung mit der Drahtelektrode 1 zugeführt und dabei eine pulsierende Spannung zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2 aufrechterhal ten. Eine elektrische Entladung wird durch das Me dium der Bearbeitungslösung 3 über einen schmalen Spalt zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werk stück 2 ausgebildet, um eine gewünschte Menge des Materials des Werkstücks 2 durch die bei der elek trischen Entladung erzeugte Wärmeenergie zu schmel zen und zu entfernen. Ein Koordinatentisch (nicht gezeigt), der mit dem Werkstück 2 verbunden ist, wird numerisch kontrolliert, um die gewünschte relati ve Bewegung zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2 zu erzielen und dabei den Elektrode- zu-Werkstück-Spalt während der gesamten Zeit konstant zu halten und eine kontinuierliche elektrische Ent ladung zu ermöglichen.

Durch Wiederholen der elektrischen Entladung und Kontrollieren des Koordinatentisches in der vorer wähnten Weise, kann einer Kerbe 4 kontinuierlich in das Werkstück 2 eingeschnitten werden und das Werk stück 2 kann in der gewünschten Form bearbeitet wer den. Eine solche funkenerosive Bearbeitung mit einem Schneidedraht wird in großem Maße ange wendet, z. B. beim Schneiden von Gußformen.

Die Geschwindigkeit der Schneidedraht-Bearbeitung hängt von dem Druck ab, der auf die Drahtelektrode 1 ausgeübt wird, wie dies in Fig. 2 gezeigt wird, in welcher die Abszisse den Druck T (g) und die Ordinate die Schneidgeschwindigkeit F (mm/min) an gibt. Fig. 2 zeigt eine charakteristische Kurve, die allmählich nach rechts ansteigt, was bedeutet, daß die Schneidegeschwindigkeit größer wird, wenn der Druck vergrößert wird. Es wurde bestätigt, daß dann, wenn man den Druck vergrößert, die Draht elektrode 1 kleineren Vibrationen unterworfen wird und der Elektrode-zu-Werkstück-Spalt kann gleich mäßiger überwacht werden und ergibt eine stabilere Wiederholung der elektrischen Entladung und damit eine Erhöhung der Schneidegeschwindigkeit.

Drahtelektroden aus beispielsweise Kupfer, Messing oder Stahl mit den üblichen kristallinen Strukturen, sind hinsichtlich der Zugfestigkeit begrenzt und es ist nicht möglich, eine höhere Schneidegeschwin digkeit durch eine Erhöhung der Zugfestigkeit zu er zielen.

Wird eine übliche Drahtelektrode 1 aus Kupfer, Mes sing oder Stahl während der Bearbeitung in bezug auf ein Werkstück nach oben oder nach unten geführt, wie dies in Fig. 3 gezeigt wird, dann werden Teile der Drahtelektrode 1 häufig an einem oberen oder unteren Ende der Kerbe 4, die in das Werkstück 2 eingeschnitten wurde, verstreut und abgeschieden. Das abgeschiedene Material 5 besteht hauptsächlich aus Kupfer oder Stahl und man hat festgestellt, daß das Material sich hinter der Drahtelektrode 1 beim Einschneiden in das Werkstück 2 abscheidet, wie dies in den Fig. 3A, 3B, 4A und 4B gezeigt wird. Das abge schiedene Material 5 auf der bearbeiteten Oberfläche beeinträchtigt die Dimensionsgenauigkeit der einge schnittenen Kerbe 4. Eine solche Schicht aus abgeschiedenem Material 5 hat eine Dichte im Bereich von etwa 10 bis 100 µm in den Flächen, bei denen eine große Bear beitungsenergie angewendet wird. Erhöht man die Be arbeitungsenergie, dann wird die eingeschnittene Kerbe 4 manchmal mit dem abgeschiedenen Material ge füllt, wie dies in Fig. 4 gezeigt wird. Dieses un erwünschte Phänomen ergibt eine Reihe von Nachteilen. Das zu bearbeitende Werkstück kann nicht von den Drahtelektroden entfernt werden. Während der Bearbei tung kommt die Bearbeitungslösung 3, die koaxial mit der Drahtelektrode 1 ausgespritzt wird, nicht in den Elektrode-zu-Werkstück-Spalt und verursacht da durch eine gasförmige elektrische Entladung, wodurch die Schneidegeschwindigkeit erniedrigt wird und die Gefahr besteht, daß die Drahtelektrode 1 bricht. Das abgeschiedene Material aus hauptsächlich Kupfer, Eisen und dergleichen, kann nur mit gefährlichen Chemikalien, wie rauchender Salpetersäure, entfernt werden, und ein solches Verfahren ist mühselig, zeitaufwendig und unsicher.

Deshalb weisen die üblichen Drahtelektroden zahlreiche Nachteile auf und haben sich als noch nicht befriedigend herausgestellt.

Durch die vorliegende Erfindung sollen die vorerwähnten Nachteile vermieden werden.

Die Herstellung von Drähten aus amorphen Legierungen ist aus DE-OS 23 64 131 und US-PS 38 45 805 bekannt. Aus der genannten DE-OS 23 64 131 ist außerdem ein amorpher Draht aus einer Co-Fe-Si-B-Legierung zu entnehmen, der sich jedoch hinsichtlich der Mengenverhältnisse der einzelnen Komponenten von dem erfindungsgemäßen Drahtkern unterscheidet. Darüber hinaus sind aus US-PS 43 41 939 Drahtelektroden mit Überzügen bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drahtelektrode für eine funkenerovise Drahtschneidemaschine zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Zugfestig keit aufweist, und die keine merklichen Mengen ihres Materials auf dem Werkstück abscheidet und mit wel cher man ein Werkstück mit erhöhter Geschwindig keit und hoher Genauigkeit bearbeiten kann.

Die vorstehende Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Drahtelektrode für eine funkenerosive Drahtschneidemaschine, bestehend aus einem metallischen Kern und einem darauf aufgebrachten dünnen Überzug, gelöst, wobei die Drahtelektrode dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kern aus

(a) einer amorphen Cu-Zn-Ag-Legierung, insbesondere 65 bis 70% Cu, 20 bis 25% Zn und 5 bis 15% Ag, oder
(b) einer amorphen Legierung aus 67,5% Co, 5% Fe, 12,5% Si und 15% B besteht.

Obwohl amorphe Metalle im allgemeinen eine niedrige elektrische Leitfähigkeit haben, kann der Draht nur auf seiner Oberfläche kristallisiert sein, um dadurch die erniedrigte Leitfähigkeit zu kompensieren, während vermieden wird, daß die Zugfestigkeit des Drahtes aus amorphem Metall wesentlich vermindert wird. Wäre der amorphe Metalldraht lediglich aus einer Legierung auf Kupferbasis, dann würde sich ein Teil davon während der Bearbeitung zerstreuen und auf dem Werkstück abscheiden. Dadurch daß man die Oberfläche mit Zink, Magnesium, Zinn, Blei, Aluminium, Calcium und Legierungen davon be schichtet, weist die Drahtelektrode eine hohe Zug festigkeit auf und es werden keine merkliche Mengen des Metalls auf dem Werkstück niedergeschlagen und man kann das Werkstück mit einer erhöhten Geschwin digkeit und mit großer Genauigkeit bearbeiten.

Die Erfinder haben dünne amorphe Drähte hergestellt, indem sie eine entsprechende Legierung aus der Schmelze mittels eines Schnellabschreckverfah rungs, z. B. einem Spinnverfahren, bei dem man einen dünnen amorphen Draht in einer rotierenden Flüssig keitsschicht ausbildet, abschreckt. Die Abschreckungs rate des Metalls oder der Legierung liegt vorzugs weise im Bereich von 10⁵ bis 10⁶ °C/sec. Der so herge stellte dünne amorphe Draht kann dann direkt als Drahtelektrode verwendet werden oder er kann weiter zu einer Drahtelektrode ausgezogen werden. Die Er finder haben festgestellt, daß die erfindungsgemäß en Drahtelektroden eine wesentlich höhere Zugfestig keit als die üblichen Drahtelektroden des Standes der Technik haben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1A und 1B sind Diagramme und zeigen ein funkenerosives Bear beitungsverfahren mit einem Schneidedraht unter Verwendung einer üblichen Drahtelektrode,

Fig. 2 ist ein Diagramm und zeigt die Beziehung zwischen dem Draht elektrodendruck und der Schnei degeschwindigkeit,

Fig. 3A, 3B, 4A, 4B sind Diagramme und zeigen die Art und Weise, in welcher von üblichen Drahtelektroden Material auf den Oberflächen der zu verarbeitenden Werkstücke abgeschieden wird,

Fig. 5A und 5B sind schematische Ansichten einer Spinnvorrichtung unter Verwendung einer rotierenden Flüssigkeitsschicht zur Herstel lung einer Drahtelektrode ge mäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6A und 6B sind schematische Ansichten für andere Spinnvorrichtungen zur Herstellung einer mit Glas überzogenen Drahtelektrode ge mäß der Erfindung,

Fig. 7 und 8 sind Querschnitte von erfin dungsgemäßen Drahtelektroden.

5A und 5B zeigen schematisch eine Spinnvorrich tung zur Herstellung eines amorphen Drahtes in einer rotierenden Flüssigkeitsschicht, wobei die Spinn vorrichtung hauptsächlich aus einem Heizofen, einem Ejektor zum Herausbringen des geschmolzenen Metalls und eine Kühleinheit zum Kühlen einer Drehtrommel be steht. Die Drehtrommel hat einen Innendurchmesser von 600 mm und bildet beim Drehen eine gleichmäßige Rotationsschicht von Wasser auf einer inneren Peri pherie. Das geschmolzene Material wird in gleicher Weise wie ein amorphes Band gebildet, herausge schleudert, jedoch durch eine Düse mit einem kreisförmigen Querschnitt. Das Spinnverfahren bildet kontinuierlich einen amorphen Draht, der sich in dem Kühlwasser in der Trommel ansammelt und der so erhaltene amorphe Draht hat einen Durchmesser im Bereich von 100 bis 200 µm bei einer Metall-auf-Eisen-Basis.

Andere Schnellabschreckverfahren schließen ein Spinnverfahren zur Herstellung eines amorphen Drah tes in einem Wasserstrom und ein Spinnverfahren zur Herstellung eines amorphen Drahtes, der mit einem Glas beschichtet ist, wie dies in den Fig. 6A bzw. 6B beschrieben wird, ein.

Amorphe Metalldrähte haben im allgemeinen eine Zug festigkeit, die 1,5- bis 3mal so groß ist wie die von kristallinen Metalldrähten.

Im allgemeinen weisen Metalle, denen man eine amor phe Struktur verliehen hat, einen erhöhten elek trischen Widerstand auf; diese Tendenz ist bei Übergangsmetallen besonders stark ausgeprägt. Des halb werden solche Metalle nicht als Drahtelektroden für eine elektrische Entladungsbearbeitung mittels Schneidedraht bevorzugt. Ein amorpher Metalldraht mit einer dünnen kristallinen Oberflächenschicht ist jedoch in der Lage, die guten mechanischen Eigen schaften (erhöhte Zugfestigkeit), die ihm durch den amorphen Aufbau verliehen wurden, beizubehalten und weist auch eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit auf.

Stellt man eine amorphe Elektrode aus einer Legierung auf Kupferbasis her, dann wird ein Teil der Drahtelektrode aufgrund der elektrischen Entladung zerstreut und setzt sich auf der bearbeiteten Oberfläche des Werkstückes ab.

Um dieses Zerstreuen und Absetzen des Elektrodenma terials zu vermeiden, wird eine amorphe Drahtelek trode 6 (Fig. 7) an der Oberfläche mit einer Schicht 7 aus einem Material mit einem niedrigen Schmelz punkt, welches in der Lage ist, leicht zu verdampfen, wie Zink, Magnesium, Zinn, Blei, Aluminium, Cadmium oder Legierungen daraus, beschichtet. Eine derart aufgebaute Drahtelektrode ergibt im wesentlichen keinen Niederschlag auf dem Werkstück.

Eine so durch Schnellabschrecken eines geschmolze nen Metalles hergestellte Drahtelektrode aus amor phem Metall hat eine Zugfestigkeit, die um das 1,5- bis 3fache größer ist als die einer Drahtelektrode aus kristallinem Metall üblicher Art. Da man die Spannung, die man auf eine Drahtelektrode aus einem amorphen Metall anlegen kann, bei dem Bearbeitungs verfahren erhöhen kann, ist es möglich, die Bearbeitungs geschwindigkeit zu erhöhen und die Bearbeitungs genauigkeit zu verbessern.

Um die inhärente niedrige Leitfähigkeit eines amor phen metallischen Materials zu erhöhen, wird die Oberfläche des amorphen Metalldrahtes beispielsweise in einer Hochfrequenz-Heizvorrichtung erwärmt, um auf der Oberfläche eine dünne Schicht zu kristalli sieren und dadurch die gewünschte elektrische Leit fähigkeit zu erzielen. Die dabei gebildete Draht elektrode hat einen doppelschichtigen Aufbau mit einem amorphen Drahtkern 6 und einer dünnen kristal linen Oberflächenschicht 8, wie dies in Fig. 7 ge zeigt wird. Eine so ausgebildete Drahtelektrode weist sowohl das erwünschte hohe Niveau der Zugfe stigkeit als auch die gewünschte hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Die Oberfläche des Drahtes aus einem amorphen Metall kann auch in einem Hochtempe raturbad, mittels Laser oder beispielsweise Gasbrenners, erhitzt werden.

Da die Drahtelektrode eine gute Leitfähigkeit haben soll, kann man die amorphe Drahtelektrode mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichten. Fig. 8 zeigt eine solche mehrschichtige amorphe Drahtelek trode aus einer amorphen Drahtelektrode 6, einer Schicht 7 aus einem elektrisch leitfähigen Material, welche auf die amorphe Drahtelektrode 6 beschichtet wurde, und einer Schicht 7 aus einem Metall, wie Zink, Magnesium, Zinn, Blei, Aluminium, Cadmium oder Legierungen davon, welche auf die Schicht 8 aufge tragen wurden um zu vermeiden, daß das Elektroden material zerstreut und auf dem bearbeiteten Werk stück niedergeschlagen wird. Mit der mehrschichti gen amorphen Drahtelektrode kann man Werkstücke mit erhöhter Maschinengenauigkeit und -geschwindigkeit bearbeiten.

Weitere Vorteile der amorphen Drahtelektrode, zusätz lich zu der höheren Zugfestigkeit, sind die folgen den:

Durch Zufügen eines passiven filmbildenden Elements, wie Cr, wird die Korrosionsbeständigkeit erheblich erhöht. Wird eine Drahtelektrode nur aus einer amor phen Metallegierung hergestellt, ohne einen Oberflä chenüberzug, dann kann man die so hergestellte Draht elektrode in einfacher Weise verpacken. Nach der der zeitigen Praxis werden Elektroden aus Bronze herge stellt und durch Vakuumpackung verpackt. Die amor phen Drahtelektroden gemäß der Erfindung können jedoch einfacher verpackt werden. Im allgemeinen haben amorphe Drahtelektroden ohne einen darauf aus gebildeten passiven Film eine Oberfläche, die che misch sehr aktiv ist. Dadurch, daß man eine Elektro denoberfläche mit Zink und dergleichen beschichtet, bildet sich eine feste und stabile Bindung zwischen der Elektrodenoberfläche und dem Überzug aus, wodurch die Oberfläches des Drahtes chemisch inaktiv wird und die Notwendigkeit für eine Vakuumverpackung ent fällt.

Die Vorteile beim Herstellungsverfahren sind die fol genden: Drahtelektroden kann man in einfacher Weise fertig herstellen, indem man lediglich ein geschmol zenes Material zum Schnellabschrecken ausstößt. Es ist deshalb nicht notwendig, das übliche Draht ziehverfahren unter Ausbildung eines dünnen Drahtes anzuwenden. Infolgedessen kann man das Herstellungs verfahren vereinfachen und die Zeit zur Herstellung der Drahtelektrode verkürzen.

Claims

1. Drahtelektrode für eine funkenerosive Drahtschneide maschine, bestehend aus einem metallischen Kern und einem darauf aufgebrachten dünnen Überzug, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einer amorphen Cu-Zn-Ag-Legierung besteht.

2. Drahtelektrode gemäß Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kern aus 65 bis 70% Cu, aus 20 bis 25% Zn und aus 5 bis 15% Ag besteht.

3. Drahtelektrode für eine funkenerosive Drahtschneide maschine, bestehend aus einem metallischen Kern und einem darauf aufgebrachten dünnen Überzug, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht aus einer amorphen Legierung besteht, die zu 675,% Co, zu 5% Fe, zu 12,5% Si und zu 15% B enthält.