JP2004141999A - ワイヤ放電加工用電極線及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】放電加工性及び伸線加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線、及びそのワイヤ放電加工用電極線を安価に製造可能な製造方法を提供するものである。
【解決手段】本発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材11の外周にCu−Zn合金層14を設けたものであり、心材11の少なくとも表層に、Cu−Zn合金層14を構成するCu−Zn合金よりもZn濃度の高いCu−Zn合金からなるCu−Zn合金中間層を設けたものである。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材11の外周にCu−Zn合金層14を設けたものであり、心材11の少なくとも表層に、Cu−Zn合金層14を構成するCu−Zn合金よりもZn濃度の高いCu−Zn合金からなるCu−Zn合金中間層を設けたものである。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤ放電加工用電極線及びその製造方法に係り、特に、被覆型のワイヤ放電加工用電極線及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般的なワイヤ放電加工用電極線として、Cu−Zn合金単体からなる電極線が活用されている。この電極線は、加工速度、加工精度などの放電特性に優れていると共に、コスト的にも有利な特質を有している。このタイプの電極線の放電加工速度を向上させるには、電極線をZn濃度が高いCu−Zn合金で形成することが望ましい。しかしながら、Cu−Zn合金中のZn濃度が40重量%を超えると、伸線加工性が著しく低下し、電極線の製造が困難となる。このため、このタイプの電極線の構成材として、一般的に、32〜36重量%のZnを含むCu−Zn合金、すなわちCu−35重量%Zn合金(65/35黄銅線)が使用されてきた。
【0003】
近年、ワイヤ放電加工用電極線の高速加工性が重視されるようになっている。このため、例えば、Cu−2.0重量%Sn合金、Cu−0.3重量%Sn合金などのCu合金からなる心材の周りに、従来よりもZn濃度が高いCu−Zn合金層を被覆した被覆型の放電加工用電極線が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−339664号公報
この特開平5−339664号公報に記載された被覆型の放電加工用電極線の製造方法は、心材の周りに、Cu−38〜49重量%ZnからなるCu−Zn合金層を押出被覆するものである。
【0005】
また、被覆型の放電加工用電極線の他の製造方法としては、例えば、心材の周りにZn層を被覆してなる被覆線材を加熱炉中に通して拡散熱処理を施すことで、電極線の表層にZn濃度の高いCu−Zn合金層を形成する方法が挙げられ、この他にも種々の方法が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平5−339664号公報に記載の製造方法では、Cu−Zn合金層のZn濃度が38〜49重量%と高いことから、Cu−Zn合金層の単一層を形成するには、熱間押出被覆を行う必要があり、製造コストが非常に高くなるという問題があった。また、Cu−Zn合金層のZn濃度が38〜49重量%と高いことから、伸線加工性が著しく悪く、その結果、生産性が良好でないという問題があった。
【0007】
また、後者の拡散熱処理による製造方法では、拡散熱処理に非常に長い時間を要することから、生産性が低いという問題があった。
【0008】
以上の事情を考慮して創案された本発明の一の目的は、放電加工性及び伸線加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を提供することにある。
【0009】
また、本発明の他の目的は、放電加工性及び伸線加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を安価に製造可能な製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の外周にCu−Zn合金層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の少なくとも表層に、上記Cu−Zn合金層を構成するCu−Zn合金よりもZn濃度の高いCu−Zn合金からなるCu−Zn合金中間層を設けたものである。また、心材の外周にCu−Zn合金層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、Cu−41〜47重量%Zn合金からなる心材の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金からなるCu−Zn合金層を設けたものである。また、心材の外周にCu−Zn合金層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、Cu又はCu合金からなる心材本体の周りにCu−41〜47重量%ZnからなるCu−Zn合金中間層を有する心材部の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金からなるCu−Zn合金層を設けたものである。
【0011】
より具体的には、請求項4に示すように、上記Cu−Zn合金層の層厚と電極線全体の外径との比率が、0.8〜4.0%であることが好ましい。
【0012】
これによって、心材又は心材部のCu−Zn合金中間層で放電加工速度の向上を図り、Cu−Zn合金層で伸線加工性の向上を図ることができ、放電加工性及び伸線加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を得ることができる。
【0013】
一方、本発明に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法は、Znからなる心材の外周に、Cu−Zn合金層又はCu層を形成した後、この被覆線材に熱処理を施して、心材のZn原子をCu−Zn合金層又はCu層に拡散させると共に、Cu−Zn合金層又はCu層のCu原子を心材に拡散させ、Cu−41〜47重量%Zn合金からなる心材の外周に、Cu−32〜41重量%ZnからなるCu−Zn合金層を形成するものである。また、心材本体の周りにZn層を有する心材部の外周に、Cu−Zn合金層又はCu層を形成した後、この被覆線材に熱処理を施して、Zn層のZn原子をCu−Zn合金層又はCu層に拡散させると共に、Cu−Zn合金層又はCu層のCu原子をZn層に拡散させ、心材本体の外周に、Cu−41〜47重量%Zn合金からなるCu−Zn合金中間層を形成し、そのCu−Zn合金中間層の外周に、Cu−32〜41重量%ZnからなるCu−Zn合金層を形成するものである。
【0014】
より具体的には、請求項7に示すように、Znからなる心材又は心材本体の周りにZn層を有する心材部の外周に、Cu−Zn合金層又はCu層としてCu−32〜41重量%ZnからなるCu−Znテープを縦添えし、そのCu−Znテープの突き合わせ部を溶接して被覆線材を形成する。
【0015】
また、請求項8に示すように、Cu又はCu合金からなる心材本体の周りにZn層を形成して心材部を形成する。
【0016】
また、請求項9に示すように、熱処理後の被覆線材又は熱処理前の被覆線材に、冷間での縮径加工を施す。
【0017】
これによって、放電加工性及び伸線加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を、安価に製造することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【0019】
第1の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図を図1に示す。
【0020】
本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の外周にCu−Zn合金層を設けたものであり、心材の少なくとも表層に、上記Cu−Zn合金層部を構成するCu−Zn合金よりもZn濃度の高いCu−Zn合金からなるCu−Zn合金中間層を設けたものである。具体的には、図1に示すように、電極線10は、Cu−41〜47重量%Zn合金(好ましくはCu−42〜46重量%Zn合金、特に好ましくはCu−44重量%前後Zn合金)からなる心材11の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金(好ましくはCu−34〜40重量%Zn合金、特に好ましくはCu−35重量%前後Zn合金)からなるCu−Zn合金層14を設けたものである。
【0021】
また、Cu−Zn合金層14の層厚t1と電極線10全体の外径D1との比率〔(t1×100)/D1〕が0.8〜4.0%となるように、Cu−Zn合金層14の層厚を調整して設けている。
【0022】
ここで、心材11のZn濃度を41〜47重量%と規定したのは、Zn濃度が41重量%未満だと放電加工速度を向上させる効果が十分に得られないためであり、Zn濃度が47重量%を超えると伸線加工性が著しく低下するためである。
【0023】
また、Cu−Zn合金層14のZn濃度を32〜41重量%と規定したのは、Zn濃度が32重量%未満だと放電加工速度が著しく低下するためであり、Zn濃度が41重量%を超えると伸線加工性が著しく低下するためである。
【0024】
また、層厚t1と外径D1との比率を0.8〜4.0%と規定したのは、0.8%未満だと伸線加工性を向上させる効果が十分に得られないためであり、4.0%を超えると放電加工速度が著しく低下するためである。
【0025】
次に、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法を添付図面に基づいて説明する。
【0026】
図2に示すように、先ず、Znからなる心材21の外周に、Cu−Zn合金層(又はCu層)を形成する。具体的には、心材21の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金からなるCu−Znテープ24を縦添えする。その後、Cu−Znテープ24の突き合わせ部25に、図3に示すように溶接処理を施し、突き合わせ溶接部35を有する被覆線材30を形成する。
【0027】
次に、この被覆線材30に所定の温度、時間で熱処理を施し、心材21のZn原子をCu−Znテープ24の内層部に拡散させると共に、Cu−Znテープ24のCu原子を心材21全体に拡散させる。この拡散熱処理によって、心材21がCu−Zn合金化すると共に、Cu−Znテープ24の内層部のZn濃度が高まる。この時、拡散熱処理の温度、時間を調整することによって、心材21におけるCu濃度およびCu−Znテープ24の内層部におけるZn濃度を調整する。
【0028】
この結果、図1に示したCu−41〜47重量%Zn合金からなる心材11の外周に、Cu−32〜41重量%ZnからなるCu−Zn合金層14を有するワイヤ放電加工用電極線10が得られる。ここで、Cu−Zn合金層14は、Cu−Znテープ24の外層側が略そのままの状態で残ったことによって形成されたものである。
【0029】
得られた電極線10を伸線ダイスに通し、電極線10に適宜縮径加工(冷間伸線加工)を施して所望の線径に形成することで、最終製品が得られる。ここで、縮径加工によって所望の線径が得られるまで、電極線10を複数台の伸線ダイスに通す。また、縮径加工の減面率は、95%以上、好ましくは98%以上、特に好ましくは99.5%以上である。尚、本実施の形態に係る製造方法においては、熱処理後に縮径加工を行う場合について説明を行ったが、熱処理前の被覆線材30に対して縮径加工を行ってもよく、その場合、縮径後の被覆線材30に熱処理を施す。
【0030】
従来、高Zn濃度、例えば、Zn濃度が40重量%以上のCu−Zn合金からなるワイヤ放電加工用電極線は、高速の放電加工が可能である(優れた放電加工性を有する)ものの、伸線加工性が悪かったことから、これまで実用に供し得なかった。そこで、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線10においては、心材11をZn濃度が40重量%以上、具体的には41〜47重量%のCu−Zn合金で構成し、その心材11の外周に、心材11よりも低Zn濃度のCu−Zn合金、具体的にはZn濃度が32〜41重量%のCu−Zn合金からなるCu−Zn合金層14を設けている。
【0031】
電極線10の内層部である心材11は、Zn濃度が41〜47重量%の高ZnCu−Zn合金で構成しており、伸線加工性を犠牲にして放電加工速度の向上を図っている。また、電極線10の外層部であるCu−Zn合金層14は、Zn濃度が32〜41重量%のCu−Zn合金で構成しており、心材11よりもZn濃度を低くし、放電加工速度の向上よりも伸線加工性の方を重視している。これらの結果、電極線10は、放電加工速度の向上(良好な放電加工性)と良好な伸線加工性の両方を確保することができる。
【0032】
また、電極線10は良好な伸線加工性を有していることから、伸線加工時(縮径加工時)において、熱間加工と比較して安価な冷間加工による伸線加工が可能となり、その結果、最終製品を安価に製造することが可能となる。
【0033】
また、前述した従来の製造方法の拡散熱処理においては、心材の外周にZn濃度の高いCu−Zn合金層を形成するために、線材の中央部に位置するCu合金のCu原子を、外周部のZn層全体に十分に拡散させる必要があった。これに対して、本実施の形態の製造方法の拡散熱処理においては、Cu−Zn合金層14の内層部にZn濃度の高いCu−Zn合金からなる心材11を形成するために、線材の中央部に位置する心材21のZn原子を、外周部のCu−Znテープ24の内層側に拡散させるだけで十分である。ここで、Cu原子及びZn原子の各拡散速度を比較すると、Zn原子の拡散速度の方が速いことがわかっている。よって、Cu原子を、外周部のZn層に十分に拡散させるために必要な拡散熱処理時間(従来)と、Zn原子を、外周部のCu−Znテープ24の内層側に拡散させるのに必要な拡散熱処理時間(本実施の形態)とを比較すると、本実施の形態に係る拡散熱処理の方が熱処理時間が短くて済む。その結果、拡散熱処理のコスト低減を図ることができ、最終製品を更に安価に製造することが可能となる。
【0034】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【0035】
第2の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図を図4に示す。
【0036】
前実施の形態の電極線10を製造するに際して、図2、図3に示した心材21の径が大きくなると、Cu−Znテープ24のCu原子を、心材21に十分拡散させるのに長時間を要するようになり、その結果、図1に示した電極線10の生産性の低下を招いてしまう。
【0037】
そこで、図4に示すように、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線40は、Cu又はCu合金からなる心材本体42の周りにCu−41〜47重量%Zn合金(好ましくはCu−42〜46重量%Zn合金、特に好ましくはCu−44重量%前後Zn合金)からなるCu−Zn合金中間層43を有する心材部41の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金(好ましくはCu−34〜40重量%Zn合金、特に好ましくはCu−35重量%前後Zn合金)からなるCu−Zn合金層44を設けたものである。
【0038】
また、Cu−Zn合金層44の層厚t2と電極線40全体の外径D2との比率〔(t2×100)/D2〕が0.8〜4.0%となるように、Cu−Zn合金層44の層厚を調整して設けている。
【0039】
心材本体42を構成するCu又はCu合金としては、被覆型のワイヤ放電加工用電極線の心材に慣用的に用いられているものであれば特に限定するものではなく、例えば、純Cu、Cu−Sn系合金、Cu−In系合金、Cu−Ag系合金などが挙げられる。
【0040】
次に、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法を添付図面に基づいて説明する。
【0041】
図5に示すように、先ず、Cu又はCu合金からなる心材本体52の周りにZn層53を有する心材部51の外周に、Cu−Zn合金層(又はCu層)を形成する。具体的には、心材部51の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金からなるCu−Znテープ54を縦添えする。その後、Cu−Znテープ54の突き合わせ部55に、図6に示すように溶接処理を施し、突き合わせ溶接部65を有する被覆線材60を形成する。
【0042】
次に、この被覆線材60に所定の温度、時間で熱処理を施し、心材部51におけるZn層53のZn原子をCu−Znテープ54の内層部に拡散させると共に、Cu−Znテープ54のCu原子をZn層53に拡散させる。この拡散熱処理によって、Zn層53がCu−Zn合金化すると共に、Cu−Znテープ54の内層側のZn濃度が高まる。この時、拡散熱処理の温度、時間を調整することによって、Zn層53におけるCu濃度およびCu−Znテープ54の内層側におけるZn濃度を調整する。
【0043】
この結果、図4に示したCu又はCu合金からなる心材本体42の周りにCu−41〜47重量%Znからなる中間層43を有する心材部41の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金からなるCu−Zn合金層44を有するワイヤ放電加工用電極線40が得られる。ここで、Cu−Zn合金層44は、Cu−Znテープ54の外層側が略そのままの状態で残ったことによって形成されたものである。
【0044】
得られた電極線40を伸線ダイスに通し、電極線40に適宜縮径加工(冷間伸線加工)を施して所望の線径に形成することで、最終製品が得られる。
【0045】
本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線40においても、第1の実施の形態に係る電極線10と同様の効果が得られる。また、図3に示した被覆線材30よりも大径の被覆線材60を用いて電極線40を形成しているため、電極線10と比較して、より長尺な最終製品を得ることができるようになり、生産性の向上及び製造コストの低減を図ることができる。また、電極線40は、その中央部にCu又はCu合金からなる心材本体42を有していることから、電極線10と比較して導電率が良好となり、その結果、放電加工速度の更なる向上を図ることができる。
【0046】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【0047】
【実施例】
次に、本発明について、実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0048】
(実施例1)
線径がφ2mmで、Znからなる心材に、厚さ1.5mmで、Cu−35重量%ZnからなるCu−Znテープを縦添えする。その後、Cu−Znテープの突き合わせ部に溶接処理を施して被覆線材を形成する。
【0049】
次に、この被覆線材に、600℃×2時間の熱処理を施し、Cu−43重量%Zn合金からなる心材の外周に、Cu−35重量%ZnからなるCu−Zn合金層を有する電極線母材を作製する。この母材を複数台の伸線ダイスに通して冷間で縮径加工を施し、線径がφ0.25mm、Cu−Zn合金層の層厚が5μmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0050】
(実施例2)
電極線母材における心材の組成がCu−45重量%Znである以外は実施例1と同様にし、線径がφ0.25mmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0051】
(実施例3)
Cu−Znテープの厚さが2.0mmである以外は実施例1と同様にし、線径がφ0.25mm、Cu−Zn合金層の層厚が8μmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0052】
(実施例4)
Cu−Znテープの厚さが1.7mmである以外は実施例2と同様にし、線径がφ0.25mm、Cu−Zn合金層の層厚が8μmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0053】
(比較例1)
連続鋳造機を用いて、線径がφ8mmで、Cu−45重量%Zn合金からなる電極線母材を作製する。この母材を複数台の伸線ダイスに通して冷間で縮径加工を施し、線径がφ0.25mmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0054】
(比較例2)
Cu−Znテープの厚さが1.3mmである以外は実施例2と同様にし、線径がφ0.25mm、Cu−Zn合金層の層厚が1.5μmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0055】
(比較例3)
Cu−Znテープの厚さが2.3mmである以外は実施例2と同様にし、線径がφ0.25mm、Cu−Zn合金層の層厚が15μmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0056】
(従来例1)
連続鋳造機を用いて、線径がφ8mmで、Cu−35重量%Zn合金からなる電極線母材を作製する。この母材を複数台の伸線ダイスに通して冷間で縮径加工を施し、線径がφ0.25mmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0057】
実施例1〜4、比較例1〜3、及び従来例1における各電極線の、心材組成(重量%)、Cu−Zn合金層の組成(重量%)及び厚さの比率(%)、伸線加工性、及び放電加工試験時の放電加工速度を表1に示す。
【0058】
ここで、厚さの比率は、Cu−Zn合金層の層厚t1と電極線の外径D1との比率〔(t1×100)/D1〕である。また、伸線加工性は、伸線が容易なのものを○、やや難があるものを△、伸線不可なものを×で評価した。また、放電加工速度は、従来例1における電極線の放電加工速度を1.00とした時の相対速度で評価した。
【0059】
【表1】
【0060】
厚さの比率:(t1×100)/D1
伸線加工性:○は容易、△はやや難、×は伸線不可
放電加工速度:従来例1の放電加工速度を1.00とした時の相対速度
表1に示すように、実施例1〜4の各電極線は、いずれも伸線加工性が容易であった。また、それぞれの放電加工速度は1.30、1.31、1.27、1.29であり、比較例1と比べて放電加工速度が30%前後も高速であった。
【0061】
これに対して、比較例1の電極線は、Cu−45重量%Zn合金単体からなるものであるため、伸線が不可能であり、放電加工試験を行うことができなかった。
【0062】
また、比較例2の電極線は、放電加工速度は1.30と良好であるものの、Cu−Zn合金層の層厚が1.5μmと薄く、厚さの比率が規定範囲(0.8〜4.0%)より小さい0.6%であるため、伸線加工性にやや難があった。
【0063】
また、比較例3の電極線は、伸線加工性は良好であるものの、Cu−Zn合金層の層厚が15μmと厚く、厚さの比率が規定範囲(0.8〜4.0%)より大きい6.0%であるため、放電加工速度が低下して1.15しか得られず、生産性及び製造コストを考慮すると、放電加工性はあまり良好とは言えなかった。
【0064】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【0065】
(1) 本発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の外周にCu−Zn合金層を設け、また、心材11の少なくとも表層に、Cu−Zn合金層14を構成するCu−Zn合金よりもZn濃度の高いCu−Zn合金からなるCu−Zn合金中間層を設けたことで、心材で放電加工速度の向上を図り、Cu−Zn合金層で伸線加工性の向上を図ることができ、放電加工性及び伸線加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を得ることができる。
【0066】
(2) 本発明に係る製造方法によれば、(1)のワイヤ放電加工用電極線を、安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図である。
【図2】心材にCu−Znテープを縦添えした状態を示す横断面図である。
【図3】図2におけるCu−Znテープの突き合わせ部を溶接した後の横断面図である。
【図4】第2の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図である。
【図5】心材部にCu−Znテープを縦添えした状態を示す横断面図である。
【図6】図5におけるCu−Znテープの突き合わせ部を溶接した後の横断面図である。
【符号の説明】
10,40 ワイヤ放電加工用電極線
11,21 心材
14,44 Cu−Zn合金層
24,54 Cu−Znテープ(Cu−Zn合金層又はCu層)
25,55 突き合わせ部
30,60 被覆線材
35,65 突き合わせ溶接部
41,51 心材部
42,52 心材本体
43 Cu−Zn合金中間層
53 Zn層
t1,t2 Cu−Zn合金層の層厚
D1,D2 電極線全体の外径
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤ放電加工用電極線及びその製造方法に係り、特に、被覆型のワイヤ放電加工用電極線及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般的なワイヤ放電加工用電極線として、Cu−Zn合金単体からなる電極線が活用されている。この電極線は、加工速度、加工精度などの放電特性に優れていると共に、コスト的にも有利な特質を有している。このタイプの電極線の放電加工速度を向上させるには、電極線をZn濃度が高いCu−Zn合金で形成することが望ましい。しかしながら、Cu−Zn合金中のZn濃度が40重量%を超えると、伸線加工性が著しく低下し、電極線の製造が困難となる。このため、このタイプの電極線の構成材として、一般的に、32〜36重量%のZnを含むCu−Zn合金、すなわちCu−35重量%Zn合金(65/35黄銅線)が使用されてきた。
【0003】
近年、ワイヤ放電加工用電極線の高速加工性が重視されるようになっている。このため、例えば、Cu−2.0重量%Sn合金、Cu−0.3重量%Sn合金などのCu合金からなる心材の周りに、従来よりもZn濃度が高いCu−Zn合金層を被覆した被覆型の放電加工用電極線が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−339664号公報
この特開平5−339664号公報に記載された被覆型の放電加工用電極線の製造方法は、心材の周りに、Cu−38〜49重量%ZnからなるCu−Zn合金層を押出被覆するものである。
【0005】
また、被覆型の放電加工用電極線の他の製造方法としては、例えば、心材の周りにZn層を被覆してなる被覆線材を加熱炉中に通して拡散熱処理を施すことで、電極線の表層にZn濃度の高いCu−Zn合金層を形成する方法が挙げられ、この他にも種々の方法が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平5−339664号公報に記載の製造方法では、Cu−Zn合金層のZn濃度が38〜49重量%と高いことから、Cu−Zn合金層の単一層を形成するには、熱間押出被覆を行う必要があり、製造コストが非常に高くなるという問題があった。また、Cu−Zn合金層のZn濃度が38〜49重量%と高いことから、伸線加工性が著しく悪く、その結果、生産性が良好でないという問題があった。
【0007】
また、後者の拡散熱処理による製造方法では、拡散熱処理に非常に長い時間を要することから、生産性が低いという問題があった。
【0008】
以上の事情を考慮して創案された本発明の一の目的は、放電加工性及び伸線加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を提供することにある。
【0009】
また、本発明の他の目的は、放電加工性及び伸線加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を安価に製造可能な製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の外周にCu−Zn合金層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の少なくとも表層に、上記Cu−Zn合金層を構成するCu−Zn合金よりもZn濃度の高いCu−Zn合金からなるCu−Zn合金中間層を設けたものである。また、心材の外周にCu−Zn合金層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、Cu−41〜47重量%Zn合金からなる心材の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金からなるCu−Zn合金層を設けたものである。また、心材の外周にCu−Zn合金層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、Cu又はCu合金からなる心材本体の周りにCu−41〜47重量%ZnからなるCu−Zn合金中間層を有する心材部の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金からなるCu−Zn合金層を設けたものである。
【0011】
より具体的には、請求項4に示すように、上記Cu−Zn合金層の層厚と電極線全体の外径との比率が、0.8〜4.0%であることが好ましい。
【0012】
これによって、心材又は心材部のCu−Zn合金中間層で放電加工速度の向上を図り、Cu−Zn合金層で伸線加工性の向上を図ることができ、放電加工性及び伸線加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を得ることができる。
【0013】
一方、本発明に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法は、Znからなる心材の外周に、Cu−Zn合金層又はCu層を形成した後、この被覆線材に熱処理を施して、心材のZn原子をCu−Zn合金層又はCu層に拡散させると共に、Cu−Zn合金層又はCu層のCu原子を心材に拡散させ、Cu−41〜47重量%Zn合金からなる心材の外周に、Cu−32〜41重量%ZnからなるCu−Zn合金層を形成するものである。また、心材本体の周りにZn層を有する心材部の外周に、Cu−Zn合金層又はCu層を形成した後、この被覆線材に熱処理を施して、Zn層のZn原子をCu−Zn合金層又はCu層に拡散させると共に、Cu−Zn合金層又はCu層のCu原子をZn層に拡散させ、心材本体の外周に、Cu−41〜47重量%Zn合金からなるCu−Zn合金中間層を形成し、そのCu−Zn合金中間層の外周に、Cu−32〜41重量%ZnからなるCu−Zn合金層を形成するものである。
【0014】
より具体的には、請求項7に示すように、Znからなる心材又は心材本体の周りにZn層を有する心材部の外周に、Cu−Zn合金層又はCu層としてCu−32〜41重量%ZnからなるCu−Znテープを縦添えし、そのCu−Znテープの突き合わせ部を溶接して被覆線材を形成する。
【0015】
また、請求項8に示すように、Cu又はCu合金からなる心材本体の周りにZn層を形成して心材部を形成する。
【0016】
また、請求項9に示すように、熱処理後の被覆線材又は熱処理前の被覆線材に、冷間での縮径加工を施す。
【0017】
これによって、放電加工性及び伸線加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を、安価に製造することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【0019】
第1の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図を図1に示す。
【0020】
本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の外周にCu−Zn合金層を設けたものであり、心材の少なくとも表層に、上記Cu−Zn合金層部を構成するCu−Zn合金よりもZn濃度の高いCu−Zn合金からなるCu−Zn合金中間層を設けたものである。具体的には、図1に示すように、電極線10は、Cu−41〜47重量%Zn合金(好ましくはCu−42〜46重量%Zn合金、特に好ましくはCu−44重量%前後Zn合金)からなる心材11の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金(好ましくはCu−34〜40重量%Zn合金、特に好ましくはCu−35重量%前後Zn合金)からなるCu−Zn合金層14を設けたものである。
【0021】
また、Cu−Zn合金層14の層厚t1と電極線10全体の外径D1との比率〔(t1×100)/D1〕が0.8〜4.0%となるように、Cu−Zn合金層14の層厚を調整して設けている。
【0022】
ここで、心材11のZn濃度を41〜47重量%と規定したのは、Zn濃度が41重量%未満だと放電加工速度を向上させる効果が十分に得られないためであり、Zn濃度が47重量%を超えると伸線加工性が著しく低下するためである。
【0023】
また、Cu−Zn合金層14のZn濃度を32〜41重量%と規定したのは、Zn濃度が32重量%未満だと放電加工速度が著しく低下するためであり、Zn濃度が41重量%を超えると伸線加工性が著しく低下するためである。
【0024】
また、層厚t1と外径D1との比率を0.8〜4.0%と規定したのは、0.8%未満だと伸線加工性を向上させる効果が十分に得られないためであり、4.0%を超えると放電加工速度が著しく低下するためである。
【0025】
次に、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法を添付図面に基づいて説明する。
【0026】
図2に示すように、先ず、Znからなる心材21の外周に、Cu−Zn合金層(又はCu層)を形成する。具体的には、心材21の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金からなるCu−Znテープ24を縦添えする。その後、Cu−Znテープ24の突き合わせ部25に、図3に示すように溶接処理を施し、突き合わせ溶接部35を有する被覆線材30を形成する。
【0027】
次に、この被覆線材30に所定の温度、時間で熱処理を施し、心材21のZn原子をCu−Znテープ24の内層部に拡散させると共に、Cu−Znテープ24のCu原子を心材21全体に拡散させる。この拡散熱処理によって、心材21がCu−Zn合金化すると共に、Cu−Znテープ24の内層部のZn濃度が高まる。この時、拡散熱処理の温度、時間を調整することによって、心材21におけるCu濃度およびCu−Znテープ24の内層部におけるZn濃度を調整する。
【0028】
この結果、図1に示したCu−41〜47重量%Zn合金からなる心材11の外周に、Cu−32〜41重量%ZnからなるCu−Zn合金層14を有するワイヤ放電加工用電極線10が得られる。ここで、Cu−Zn合金層14は、Cu−Znテープ24の外層側が略そのままの状態で残ったことによって形成されたものである。
【0029】
得られた電極線10を伸線ダイスに通し、電極線10に適宜縮径加工(冷間伸線加工)を施して所望の線径に形成することで、最終製品が得られる。ここで、縮径加工によって所望の線径が得られるまで、電極線10を複数台の伸線ダイスに通す。また、縮径加工の減面率は、95%以上、好ましくは98%以上、特に好ましくは99.5%以上である。尚、本実施の形態に係る製造方法においては、熱処理後に縮径加工を行う場合について説明を行ったが、熱処理前の被覆線材30に対して縮径加工を行ってもよく、その場合、縮径後の被覆線材30に熱処理を施す。
【0030】
従来、高Zn濃度、例えば、Zn濃度が40重量%以上のCu−Zn合金からなるワイヤ放電加工用電極線は、高速の放電加工が可能である(優れた放電加工性を有する)ものの、伸線加工性が悪かったことから、これまで実用に供し得なかった。そこで、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線10においては、心材11をZn濃度が40重量%以上、具体的には41〜47重量%のCu−Zn合金で構成し、その心材11の外周に、心材11よりも低Zn濃度のCu−Zn合金、具体的にはZn濃度が32〜41重量%のCu−Zn合金からなるCu−Zn合金層14を設けている。
【0031】
電極線10の内層部である心材11は、Zn濃度が41〜47重量%の高ZnCu−Zn合金で構成しており、伸線加工性を犠牲にして放電加工速度の向上を図っている。また、電極線10の外層部であるCu−Zn合金層14は、Zn濃度が32〜41重量%のCu−Zn合金で構成しており、心材11よりもZn濃度を低くし、放電加工速度の向上よりも伸線加工性の方を重視している。これらの結果、電極線10は、放電加工速度の向上(良好な放電加工性)と良好な伸線加工性の両方を確保することができる。
【0032】
また、電極線10は良好な伸線加工性を有していることから、伸線加工時(縮径加工時)において、熱間加工と比較して安価な冷間加工による伸線加工が可能となり、その結果、最終製品を安価に製造することが可能となる。
【0033】
また、前述した従来の製造方法の拡散熱処理においては、心材の外周にZn濃度の高いCu−Zn合金層を形成するために、線材の中央部に位置するCu合金のCu原子を、外周部のZn層全体に十分に拡散させる必要があった。これに対して、本実施の形態の製造方法の拡散熱処理においては、Cu−Zn合金層14の内層部にZn濃度の高いCu−Zn合金からなる心材11を形成するために、線材の中央部に位置する心材21のZn原子を、外周部のCu−Znテープ24の内層側に拡散させるだけで十分である。ここで、Cu原子及びZn原子の各拡散速度を比較すると、Zn原子の拡散速度の方が速いことがわかっている。よって、Cu原子を、外周部のZn層に十分に拡散させるために必要な拡散熱処理時間(従来)と、Zn原子を、外周部のCu−Znテープ24の内層側に拡散させるのに必要な拡散熱処理時間(本実施の形態)とを比較すると、本実施の形態に係る拡散熱処理の方が熱処理時間が短くて済む。その結果、拡散熱処理のコスト低減を図ることができ、最終製品を更に安価に製造することが可能となる。
【0034】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【0035】
第2の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図を図4に示す。
【0036】
前実施の形態の電極線10を製造するに際して、図2、図3に示した心材21の径が大きくなると、Cu−Znテープ24のCu原子を、心材21に十分拡散させるのに長時間を要するようになり、その結果、図1に示した電極線10の生産性の低下を招いてしまう。
【0037】
そこで、図4に示すように、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線40は、Cu又はCu合金からなる心材本体42の周りにCu−41〜47重量%Zn合金(好ましくはCu−42〜46重量%Zn合金、特に好ましくはCu−44重量%前後Zn合金)からなるCu−Zn合金中間層43を有する心材部41の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金(好ましくはCu−34〜40重量%Zn合金、特に好ましくはCu−35重量%前後Zn合金)からなるCu−Zn合金層44を設けたものである。
【0038】
また、Cu−Zn合金層44の層厚t2と電極線40全体の外径D2との比率〔(t2×100)/D2〕が0.8〜4.0%となるように、Cu−Zn合金層44の層厚を調整して設けている。
【0039】
心材本体42を構成するCu又はCu合金としては、被覆型のワイヤ放電加工用電極線の心材に慣用的に用いられているものであれば特に限定するものではなく、例えば、純Cu、Cu−Sn系合金、Cu−In系合金、Cu−Ag系合金などが挙げられる。
【0040】
次に、本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の製造方法を添付図面に基づいて説明する。
【0041】
図5に示すように、先ず、Cu又はCu合金からなる心材本体52の周りにZn層53を有する心材部51の外周に、Cu−Zn合金層(又はCu層)を形成する。具体的には、心材部51の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金からなるCu−Znテープ54を縦添えする。その後、Cu−Znテープ54の突き合わせ部55に、図6に示すように溶接処理を施し、突き合わせ溶接部65を有する被覆線材60を形成する。
【0042】
次に、この被覆線材60に所定の温度、時間で熱処理を施し、心材部51におけるZn層53のZn原子をCu−Znテープ54の内層部に拡散させると共に、Cu−Znテープ54のCu原子をZn層53に拡散させる。この拡散熱処理によって、Zn層53がCu−Zn合金化すると共に、Cu−Znテープ54の内層側のZn濃度が高まる。この時、拡散熱処理の温度、時間を調整することによって、Zn層53におけるCu濃度およびCu−Znテープ54の内層側におけるZn濃度を調整する。
【0043】
この結果、図4に示したCu又はCu合金からなる心材本体42の周りにCu−41〜47重量%Znからなる中間層43を有する心材部41の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金からなるCu−Zn合金層44を有するワイヤ放電加工用電極線40が得られる。ここで、Cu−Zn合金層44は、Cu−Znテープ54の外層側が略そのままの状態で残ったことによって形成されたものである。
【0044】
得られた電極線40を伸線ダイスに通し、電極線40に適宜縮径加工(冷間伸線加工)を施して所望の線径に形成することで、最終製品が得られる。
【0045】
本実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線40においても、第1の実施の形態に係る電極線10と同様の効果が得られる。また、図3に示した被覆線材30よりも大径の被覆線材60を用いて電極線40を形成しているため、電極線10と比較して、より長尺な最終製品を得ることができるようになり、生産性の向上及び製造コストの低減を図ることができる。また、電極線40は、その中央部にCu又はCu合金からなる心材本体42を有していることから、電極線10と比較して導電率が良好となり、その結果、放電加工速度の更なる向上を図ることができる。
【0046】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【0047】
【実施例】
次に、本発明について、実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0048】
(実施例1)
線径がφ2mmで、Znからなる心材に、厚さ1.5mmで、Cu−35重量%ZnからなるCu−Znテープを縦添えする。その後、Cu−Znテープの突き合わせ部に溶接処理を施して被覆線材を形成する。
【0049】
次に、この被覆線材に、600℃×2時間の熱処理を施し、Cu−43重量%Zn合金からなる心材の外周に、Cu−35重量%ZnからなるCu−Zn合金層を有する電極線母材を作製する。この母材を複数台の伸線ダイスに通して冷間で縮径加工を施し、線径がφ0.25mm、Cu−Zn合金層の層厚が5μmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0050】
(実施例2)
電極線母材における心材の組成がCu−45重量%Znである以外は実施例1と同様にし、線径がφ0.25mmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0051】
(実施例3)
Cu−Znテープの厚さが2.0mmである以外は実施例1と同様にし、線径がφ0.25mm、Cu−Zn合金層の層厚が8μmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0052】
(実施例4)
Cu−Znテープの厚さが1.7mmである以外は実施例2と同様にし、線径がφ0.25mm、Cu−Zn合金層の層厚が8μmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0053】
(比較例1)
連続鋳造機を用いて、線径がφ8mmで、Cu−45重量%Zn合金からなる電極線母材を作製する。この母材を複数台の伸線ダイスに通して冷間で縮径加工を施し、線径がφ0.25mmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0054】
(比較例2)
Cu−Znテープの厚さが1.3mmである以外は実施例2と同様にし、線径がφ0.25mm、Cu−Zn合金層の層厚が1.5μmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0055】
(比較例3)
Cu−Znテープの厚さが2.3mmである以外は実施例2と同様にし、線径がφ0.25mm、Cu−Zn合金層の層厚が15μmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0056】
(従来例1)
連続鋳造機を用いて、線径がφ8mmで、Cu−35重量%Zn合金からなる電極線母材を作製する。この母材を複数台の伸線ダイスに通して冷間で縮径加工を施し、線径がφ0.25mmのワイヤ放電加工用電極線を作製する。
【0057】
実施例1〜4、比較例1〜3、及び従来例1における各電極線の、心材組成(重量%)、Cu−Zn合金層の組成(重量%)及び厚さの比率(%)、伸線加工性、及び放電加工試験時の放電加工速度を表1に示す。
【0058】
ここで、厚さの比率は、Cu−Zn合金層の層厚t1と電極線の外径D1との比率〔(t1×100)/D1〕である。また、伸線加工性は、伸線が容易なのものを○、やや難があるものを△、伸線不可なものを×で評価した。また、放電加工速度は、従来例1における電極線の放電加工速度を1.00とした時の相対速度で評価した。
【0059】
【表1】
【0060】
厚さの比率:(t1×100)/D1
伸線加工性:○は容易、△はやや難、×は伸線不可
放電加工速度:従来例1の放電加工速度を1.00とした時の相対速度
表1に示すように、実施例1〜4の各電極線は、いずれも伸線加工性が容易であった。また、それぞれの放電加工速度は1.30、1.31、1.27、1.29であり、比較例1と比べて放電加工速度が30%前後も高速であった。
【0061】
これに対して、比較例1の電極線は、Cu−45重量%Zn合金単体からなるものであるため、伸線が不可能であり、放電加工試験を行うことができなかった。
【0062】
また、比較例2の電極線は、放電加工速度は1.30と良好であるものの、Cu−Zn合金層の層厚が1.5μmと薄く、厚さの比率が規定範囲(0.8〜4.0%)より小さい0.6%であるため、伸線加工性にやや難があった。
【0063】
また、比較例3の電極線は、伸線加工性は良好であるものの、Cu−Zn合金層の層厚が15μmと厚く、厚さの比率が規定範囲(0.8〜4.0%)より大きい6.0%であるため、放電加工速度が低下して1.15しか得られず、生産性及び製造コストを考慮すると、放電加工性はあまり良好とは言えなかった。
【0064】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【0065】
(1) 本発明に係るワイヤ放電加工用電極線は、心材の外周にCu−Zn合金層を設け、また、心材11の少なくとも表層に、Cu−Zn合金層14を構成するCu−Zn合金よりもZn濃度の高いCu−Zn合金からなるCu−Zn合金中間層を設けたことで、心材で放電加工速度の向上を図り、Cu−Zn合金層で伸線加工性の向上を図ることができ、放電加工性及び伸線加工性が良好なワイヤ放電加工用電極線を得ることができる。
【0066】
(2) 本発明に係る製造方法によれば、(1)のワイヤ放電加工用電極線を、安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図である。
【図2】心材にCu−Znテープを縦添えした状態を示す横断面図である。
【図3】図2におけるCu−Znテープの突き合わせ部を溶接した後の横断面図である。
【図4】第2の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の横断面図である。
【図5】心材部にCu−Znテープを縦添えした状態を示す横断面図である。
【図6】図5におけるCu−Znテープの突き合わせ部を溶接した後の横断面図である。
【符号の説明】
10,40 ワイヤ放電加工用電極線
11,21 心材
14,44 Cu−Zn合金層
24,54 Cu−Znテープ(Cu−Zn合金層又はCu層)
25,55 突き合わせ部
30,60 被覆線材
35,65 突き合わせ溶接部
41,51 心材部
42,52 心材本体
43 Cu−Zn合金中間層
53 Zn層
t1,t2 Cu−Zn合金層の層厚
D1,D2 電極線全体の外径
Claims (9)
- 心材の外周にCu−Zn合金層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、上記心材の少なくとも表層に、上記Cu−Zn合金層を構成するCu−Zn合金よりもZn濃度の高いCu−Zn合金からなるCu−Zn合金中間層を設けたことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
- 心材の外周にCu−Zn合金層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、Cu−41〜47重量%Zn合金からなる心材の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金からなるCu−Zn合金層を設けたことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
- 心材の外周にCu−Zn合金層を設けたワイヤ放電加工用電極線において、Cu又はCu合金からなる心材本体の周りにCu−41〜47重量%ZnからなるCu−Zn合金中間層を有する心材部の外周に、Cu−32〜41重量%Zn合金からなるCu−Zn合金層を設けたことを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
- 上記Cu−Zn合金層の層厚と電極線全体の外径との比率が、0.8〜4.0%である請求項1から3いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線。
- Znからなる心材の外周に、Cu−Zn合金層又はCu層を形成した後、この被覆線材に熱処理を施して、心材のZn原子をCu−Zn合金層又はCu層に拡散させると共に、Cu−Zn合金層又はCu層のCu原子を心材に拡散させ、Cu−41〜47重量%Zn合金からなる心材の外周に、Cu−32〜41重量%ZnからなるCu−Zn合金層を形成することを特徴とするワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
- 心材本体の周りにZn層を有する心材部の外周に、Cu−Zn合金層又はCu層を形成した後、この被覆線材に熱処理を施して、Zn層のZn原子をCu−Zn合金層又はCu層に拡散させると共に、Cu−Zn合金層又はCu層のCu原子をZn層に拡散させ、心材本体の外周に、Cu−41〜47重量%Zn合金からなるCu−Zn合金中間層を形成し、そのCu−Zn合金中間層の外周に、Cu−32〜41重量%ZnからなるCu−Zn合金層を形成することを特徴とするワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
- Znからなる心材又は心材本体の周りにZn層を有する心材部の外周に、Cu−Zn合金層又はCu層としてCu−32〜41重量%ZnからなるCu−Znテープを縦添えし、そのCu−Znテープの突き合わせ部を溶接して被覆線材を形成する請求項5又は6記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
- Cu又はCu合金からなる心材本体の周りにZn層を形成して心材部を形成する請求項6又は7記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
- 熱処理後の被覆線材又は熱処理前の被覆線材に、冷間での縮径加工を施す請求項5から8いずれかに記載のワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
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