【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超硬合金等の難削材料の放電加工用電極材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放電加工用電極材料として、Ｃｕ、カーボン材料である黒鉛、Ｗ−Ｃｕ、Ｗ−Ａｇ、黒鉛−Ｃｕ材料等が用いられている。超硬合金等の高融点の難削材料の放電加工用電極材料には、これらの中でも、Ｗ−Ｃｕ、Ｗ−Ａｇ、黒鉛−Ｃｕ材料が使用されている。
【０００３】
各材料は、それぞれ放電加工用材料としての特徴を有している。各材料のそれぞれの代表的な特徴は次のとおりである。Ｃｕは融点が低いため、高融点の超硬合金材料の放電加工用材料としては適していない。黒鉛材料は、電極材料の機械加工性に優れ、放電加工時の荒加工での加工速度が速いという長所を有する一方で、熱がこもり、アークが発生しやすく放電加工時の仕上げ加工には不向きであるという短所を有している。Ｗ−Ｃｕ、Ｗ−Ａｇ材料は、それ自身の融点が高く、高融点で難削材料である超硬合金材料等の放電加工を行うことができる一方、電極材料の機械加工性があまり良くなく、材料費が高いといった問題を有している。黒鉛−Ｃｕ材料は、Ｗ−Ｃｕ，Ｗ−Ａｇ材料に比べて機械加工性に優れるが、仕上げ用放電加工にはあまり適していないという問題を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、黒鉛材料の放電加工用材料としての長所を有しつつ、黒鉛材料の短所の一つである熱がこもりやすく、アークが発生しやすいといった短所を克服し、超硬合金材料等の難削材料の放電加工が可能となる低コストの放電加工用電極材料を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するための本発明の放電加工用電極材料は、Ｓｉを１０％以上含んだＡｌ合金を含有するカーボン複合材料製のものである。また、Ｓｉを１０％以上含んだＡｌ合金が、カーボン基材にＨＩＰ法又は熔湯鍛造法によって含浸されているものである。また、前記カーボン基材が、平均粒子直径が７μｍ以下で、平均細孔半径が０．７５μｍ以下の黒鉛材料であるものである。
【０００６】
Ｓｉを１０％以上含んだＡｌ合金は、Ｓｉを１０％以上含有したものであれば、特に限定されるものではない。Ｓｉを１０％以上含むことによって、純Ａｌの場合よりも、融点が下がり、カーボン基材への含浸温度を下げることが可能となる。また、純Ａｌを含浸した場合、Ａｌ４Ｃ３が形成され、空気中で保存することが不可能となるが、Ｓｉを１０％以上含むＡｌ合金を使用することによって、カーボンとの反応性が低下するとともに、含浸温度が下げることができるために、含浸時にＡｌ４Ｃ３の形成が起こらない。また、Ｓｉを１０％以上含んだＡｌ合金を含浸された黒鉛は、比抵抗が減少し、また熱伝導率が向上するため、電極自身の発熱量が減少するとともに放熱性が向上するため、Ｏｎ−Ｔｉｍｅを長くとることができ、加工速度が向上する。さらに、放電加工時に、Ｓｉ成分が放電面に分散分在し、放電が加工面全域で安定化し、アークの発生を抑制するとともに、ピーク電流を低下するために機能する。
【０００７】
本発明に係る放電加工用電極材料は、このＳｉを１０％以上含んだＡｌ合金が、ＨＩＰ法（熱間等方加圧法）又は熔湯鍛造法で、カーボン基材中に含浸されたものである。なお、ここでいうカーボン基材とは、非晶質の炭素材から黒鉛結晶が発達した黒鉛材料までの材質のものを指し、微粒子系で均質な組織性状を有しているものであることが好ましい。
【０００８】
特に、平均粒子直径が８μｍ以下、好ましくは５μｍ以下で、平均細孔半径が０．７５μｍ以下、好ましくは０．２〜０．７μｍの黒鉛材料が好ましく、合せて、嵩密度が１．８〜１．９Ｍｇ／ｍ３、熱伝導率が７０〜１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましい。このような黒鉛材料を使用することによって、Ｓｉを１０％以上含んだＡｌ合金を含浸した時に、基材の全体に均質に分散されるとともに、全体的に緻密な複合組織を呈することになり、超硬合金材料等の難削材料等の放電加工において、荒加工のみならず、仕上げ加工も行うことが可能となる。
【０００９】
Ｓｉを１０％以上含んだＡｌ合金を含浸することによって、カーボン複合材料は、少なくとも嵩密度２．１Ｍｇ／ｍ３以上、熱伝導率１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることが好ましい。これによって、超硬合金材料等の難削材料用の放電加工用の電極材料として好適に使用できる。
【００１０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１１】
（実施例１）
嵩密度１．９Ｍｇ／ｍ３、平均細孔半径０．１５μｍ、曲げ強度１１９ＭＰａ、熱伝導率１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、固有抵抗１３．４μΩ・ｍの黒鉛材料に、Ｓｉを１２％含有するＡｌ合金を６００℃で、熔湯鍛造法により含浸し、嵩密度２．１６Ｍｇ／ｍ３、平均細孔半径０．０６μｍ、曲げ強度１６９ＭＰａ、熱伝導率１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、固有抵抗３．１μΩ・ｍの複合材料を得た。この材料を、使用して超硬合金材料の放電加工を行った。
【００１２】
（実施例２）
嵩密度１．７９Ｍｇ／ｍ３、平均細孔半径０．７０μｍ、曲げ強度７８ＭＰａ、熱伝導率７８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、固有抵抗１５．２μΩ・ｍの黒鉛材料に、Ｓｉを１２％含有するＡｌ合金を６００℃で、熔湯鍛造法により含浸し、嵩密度２．２０Ｍｇ／ｍ３、平均細孔半径０．０８μｍ、曲げ強度１４８ＭＰａ、熱伝導率２２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、固有抵抗１．９μΩ・ｍの複合材料を得た。この材料を、使用して超硬合金材料の放電加工を行った。
【００１３】
（比較例１）
嵩密度１．８１Ｍｇ／ｍ３、平均細孔半径１．２μｍ、曲げ強度７１ＭＰａ、熱伝導率８３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、固有抵抗１５．１μΩ・ｍの黒鉛材料に、Ｓｉを１２％含有するＡｌ合金を６００℃で、熔湯鍛造法により含浸し、嵩密度２．１４Ｍｇ／ｍ３、平均細孔半径０．０３μｍ、曲げ強度１４３ＭＰａ、熱伝導率１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、固有抵抗３．０μΩ・ｍの複合材料を得た。この材料を、使用して超硬合金材料の放電加工を行った。
【００１４】
実施例１及び実施例２の複合材料を放電加工用電極材料として使用した場合、超硬合金材料を放電加工をした場合であっても、アークの発生がなく、従来の黒鉛−Ｃｕ材料と同等以上に放電加工を行うことができた。一方、比較例１の複合材料を放電加工用電極材料として使用し、超硬合金材料を放電加工したところ、アークが発生し、電極材料の加工面が不均一消耗を起こし、超硬合金材料の放電加工を行うことができなかった。これは、基材の平均細孔半径が他の実施例１及び２のものに比べ大きく、そのため、Ａｌ合金含浸部分に放電が集中したためであると思われる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の放電加工用電極材料は以上のように、Ｓｉを１０％以上含んだＡｌ合金を含有するカーボン複合材料で形成されており、Ｓｉを１０％以上含むＡｌ合金を含むことで、熱伝導率が高まるとともに、放電加工時に安定した放電が得られことから、超硬合金材料等の難削材料の放電加工用電極材料としても使用が可能となる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrode material for electric discharge machining of a hard-to-cut material such as a cemented carbide.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, Cu, graphite which is a carbon material, W-Cu, W-Ag, graphite-Cu material and the like have been used as electrode materials for electric discharge machining. Among these, W-Cu, W-Ag, and graphite-Cu materials are used as electrode materials for electric discharge machining of hard-to-cut materials having a high melting point such as cemented carbide.
[0003]
Each material has characteristics as a material for electric discharge machining. The representative characteristics of each material are as follows. Since Cu has a low melting point, it is not suitable as a material for electrical discharge machining of a high-melting-point cemented carbide material. Graphite materials have the advantages of excellent machinability of electrode materials and high machining speed in rough machining during electric discharge machining, but they are also not suitable for finishing machining during electric discharge machining because they tend to retain heat and generate arcs. The disadvantage is that W-Cu and W-Ag materials have their own high melting points and can be used for electrical discharge machining of hard metal materials and the like, which are high melting points and difficult-to-cut materials. However, there is a problem that the material cost is high. Graphite-Cu materials have better machinability than W-Cu and W-Ag materials, but have the problem that they are not very suitable for electrical discharge machining for finishing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has the advantages of a graphite material as an electrical discharge machining material, while overcoming one of the disadvantages of the graphite material, that is, the heat is easily retained, and the arc is easily generated. An object of the present invention is to provide a low-cost electrode material for electric discharge machining which enables electric discharge machining of a difficult-to-cut material.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The electrode material for electric discharge machining according to the present invention for solving the above problems is made of a carbon composite material containing an Al alloy containing 10% or more of Si. Further, an Al alloy containing 10% or more of Si is impregnated into a carbon base material by a HIP method or a molten forging method. Further, the carbon substrate is a graphite material having an average particle diameter of 7 μm or less and an average pore radius of 0.75 μm or less.
[0006]
The Al alloy containing 10% or more of Si is not particularly limited as long as it contains 10% or more of Si. By containing 10% or more of Si, the melting point is lower than in the case of pure Al, and it is possible to lower the temperature for impregnating the carbon base material. When pure Al is impregnated, Al 4 C 3 is formed and cannot be stored in the air. However, by using an Al alloy containing 10% or more of Si, reactivity with carbon is reduced. Since the temperature is lowered and the impregnation temperature can be lowered, the formation of Al 4 C 3 does not occur during the impregnation. On the other hand, graphite impregnated with an Al alloy containing 10% or more of Si has a reduced specific resistance and an improved thermal conductivity. -Time can be lengthened, and the processing speed is improved. Further, at the time of electric discharge machining, the Si component is dispersed and distributed on the electric discharge surface, and the electric discharge stabilizes over the entire electric surface, suppresses arcing, and functions to reduce the peak current.
[0007]
The electrode material for electric discharge machining according to the present invention is such that an Al alloy containing 10% or more of Si is impregnated into a carbon base material by a HIP method (hot isostatic pressing method) or a molten forging method. is there. Here, the carbon substrate refers to a material ranging from an amorphous carbon material to a graphite material in which graphite crystals have been developed, and may be a fine particle-based material having a uniform texture. preferable.
[0008]
In particular, a graphite material having an average particle diameter of 8 μm or less, preferably 5 μm or less, and an average pore radius of 0.75 μm or less, preferably 0.2 to 0.7 μm is preferable. It is preferable that the thermal conductivity is 1.9 Mg / m 3 and the thermal conductivity is 70 to 100 W / (m · K). By using such a graphite material, when impregnated with an Al alloy containing 10% or more of Si, it is uniformly dispersed throughout the base material, and exhibits a dense composite structure as a whole, In electric discharge machining of hard-to-cut materials such as cemented carbide materials, not only rough machining but also finishing machining can be performed.
[0009]
By impregnating an Al alloy containing 10% or more of Si, the carbon composite material preferably has at least a bulk density of 2.1 Mg / m 3 or more and a thermal conductivity of 120 W / (m · K) or more. Thereby, it can be suitably used as an electrode material for electric discharge machining for a hard-to-cut material such as a cemented carbide material.
[0010]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.
[0011]
(Example 1)
A graphite material having a bulk density of 1.9 Mg / m 3 , an average pore radius of 0.15 μm, a bending strength of 119 MPa, a thermal conductivity of 100 W / (m · K), and a specific resistance of 13.4 μΩ · m contains 12% of Si. An Al alloy is impregnated at 600 ° C. by a melt forging method, and has a bulk density of 2.16 Mg / m 3 , an average pore radius of 0.06 μm, a bending strength of 169 MPa, a thermal conductivity of 130 W / (m · K), and a specific resistance of 3 .1 μΩ · m was obtained. Using this material, electric discharge machining of a cemented carbide material was performed.
[0012]
(Example 2)
A graphite material having a bulk density of 1.79 Mg / m 3 , an average pore radius of 0.70 μm, a bending strength of 78 MPa, a thermal conductivity of 78 W / (m · K), and a specific resistance of 15.2 μΩ · m contains 12% of Si. An Al alloy is impregnated at 600 ° C. by a melt forging method, and has a bulk density of 2.20 Mg / m 3 , an average pore radius of 0.08 μm, a bending strength of 148 MPa, a thermal conductivity of 225 W / (m · K), and a specific resistance of 1. A composite material having a thickness of 0.9 μΩ · m was obtained. Using this material, electric discharge machining of a cemented carbide material was performed.
[0013]
(Comparative Example 1)
A graphite material having a bulk density of 1.81 Mg / m 3 , an average pore radius of 1.2 μm, a bending strength of 71 MPa, a thermal conductivity of 83 W / (m · K), and a specific resistance of 15.1 μΩ · m contains 12% of Si. An Al alloy is impregnated at 600 ° C. by a melt forging method, and has a bulk density of 2.14 Mg / m 3 , an average pore radius of 0.03 μm, a bending strength of 143 MPa, a thermal conductivity of 110 W / (m · K), and a specific resistance of 3. A composite material of 0.0 μΩ · m was obtained. Using this material, electric discharge machining of a cemented carbide material was performed.
[0014]
When the composite materials of Example 1 and Example 2 were used as electrode materials for electric discharge machining, no arc was generated even when electric discharge machining was performed on a cemented carbide material, equivalent to a conventional graphite-Cu material. The electric discharge machining was performed as described above. On the other hand, when the composite material of Comparative Example 1 was used as an electrode material for electrical discharge machining and the cemented carbide material was subjected to electrical discharge machining, an arc was generated, the machining surface of the electrode material was unevenly worn, and the Electric discharge machining could not be performed. This is considered to be because the average pore radius of the base material was larger than those of the other Examples 1 and 2, and therefore, the discharge was concentrated on the Al alloy-impregnated portion.
[0015]
【The invention's effect】
As described above, the electrode material for electric discharge machining of the present invention is formed of a carbon composite material containing an Al alloy containing 10% or more of Si. Since the discharge rate is increased and a stable electric discharge is obtained at the time of electric discharge machining, it can be used as an electrode material for electric discharge machining of a difficult-to-cut material such as a cemented carbide material.