JP2005097728A - ワイヤ電極、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性でかつ主として張力を受け止める芯と、侵食の際に摩耗する２つの層からなる外被とを有する放電加工切断のためのワイヤ電極を提供する。
【解決手段】該ワイヤ電極は、外被の内層がほぼ均質な合金からなり、高速切断のために役立つ組成を有しており、かつ外被の外層は８０％を上回る亜鉛割合を有し、精密切断のために適切な組成を有しており、かつ外層の層厚さは、残りの外被の層厚さの５分の１までである。
【効果】高速切断にも精密切断にも使用することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、実質的に張力を受け止める導電性の芯および少なくとも２つの層からなる外被を有する放電加工による切断のためのワイヤ電極に関する。

加工材料をこのようなワイヤ電極で侵食するかもしくは切断することができる。この場合、切断はほとんど常に主切断（高速切断(Schnellschnitt)）および１回または複数回の後切断（精密切断(Feinschnitt)）により行う。高速切断の課題は、加工材料の完全な材料から輪郭を切り出すことである。これは侵食するべき材料の量が多いために時間のかかる切断の作業工程である。加工時間をできる限り少なく保つために極めて高い放電エネルギーで作業する。このためには高いＺｎ含有率を有する外被層を有するワイヤが最も好適であり、これは侵食の際にも比較的わずかに消費されるのみである。外被層が切断間隙中で完全に消費されないことを保証するためには、同時に侵食のためのエロージョンワイヤ(Erodierdraht)を著しい速度で切断間隙中を通過させなくてはならない。このことにより確かに迅速に切断されるが、しかし切断もしくは侵食された加工材料側が多くの適用にとって十分な品質では無いという欠点を有する。エネルギーの大きい放電プロセスは切断面の非平坦性を後に残す。その他の点では切断間隙が電極の摩滅により円錐形となる。このことは１回または複数回の後切断を必要とする。

次いで後切断または精密切断の間、加工材料の表面を後処理するしかない。この場合、表面を研磨しかつ形に相応しない輪郭を除去しなくてはならない。要求される加工材料の品質（平行性、表面品質、寸法安定性）を達成するために、これは比較的小さな放電エネルギーで達成される。この場合、特に目標とされる加工材料の表面品質にあわせて後切断の数を調整する。

エロージョンワイヤ(Erodierdraht)と加工材料との間での加工材料を侵食する放電を脱イオン化した空間で行う。この脱イオン空間中で、ワイヤ電極と加工材料との間に一般にスパークオーバー(Ueberschlag)を行うことができるためには、本来のインパルスを開始するためにここに導電性のチャンネルを設置しなくてはならない。この設置にとって元素亜鉛が特に有利であることが判明した。これにより極めてわずかなエネルギーもしくは電流の場合でさえ、迅速で安全な第一の導電ブリッジを形成することが可能になる。このことはまさに精密切断にとって有利である。そのため亜鉛で被覆したワイヤ電極は広く普及している。このようなワイヤ電極の心材は任意のものであってもよく、有利には銅、黄銅、鋼および複合材ワイヤ（鋼−銅）である。この亜鉛被覆した電極は出力の弱いジェネレータを用いる比較的古いＷＥＤＭ−機械の場合、被覆していない電極に対して、明らかな切断結果の性能向上が可能である。もう１つの利点は特に、亜鉛の極めて容易な揮発性により、極くわずかな電気エネルギーの場合でも安定した侵食工程が可能であったことである。このことは前記のとおり、極めて精密な表面の侵食のための前提である。

今日ではジェネレータの開発が、常にエネルギーの豊富なスパークを発生させることを可能にした。このことにより亜鉛の容易な揮発性の利点は欠点となる。というのも亜鉛はプロセス中に極めて迅速に連行され、ひいてはまさに高速切断の際の侵食のためにもはや利用することができないからである。この侵食性の摩耗を相殺するための亜鉛層の厚さの増大は効果がないことが判明した。

ここで黄銅で被覆したワイヤ電極は対策をもたらすことができた。この黄銅で被覆したワイヤ電極は、コアワイヤの被覆として亜鉛含有率の高い黄銅合金を使用する。この開発でその極めて低い気化温度および高い侵食性摩耗の欠点を有する亜鉛層が、亜鉛含有率の高い合金層により交換された。これは外部の外被層が侵食性の摩耗に対して純粋な亜鉛層よりも高い安定性を有するという利点を有する。この亜鉛含有率の高い黄銅層の厚さはさらに実質的に純粋な亜鉛層よりも厚くてもよい。従って高速切断のためにこの種の電極を用いて出力の大きいジェネレータを有する新規のＷＥＤＭ機械をもまた運転することができた。しかし亜鉛被覆した電極に対する欠点は、侵食した加工材料の表面品質が、亜鉛被覆したワイヤ電極で侵食した加工材料の表面と同じ高品質ではないことである。拡散性の外被層を有するワイヤを用いた複数回の後切断の場合でさえ、Ｚｎ被覆した電極で達成されたような表面品質は達成されない。

従って本発明の課題は一方では加工材料の精密な表面を製造する、つまり精密切断を実施することができ、かつ他方では著しい速度で高速切断方法を用いて加工材料を切断することができる方法ならびにワイヤ電極を提案することである。

前記課題は本発明により、導電性で、かつ主として張力を受け止める芯と、２つの層からなり侵食の際に摩耗する外被とを有する放電加工切断のためのワイヤ電極において、外被の内層がほぼ均質な合金からなり、高速切断のために役立つ組成を有しており、かつ外被の外層は精密切断のために適切な、８０％を上回る亜鉛割合を有する組成を有しており、かつ外層の層厚さは、残りの外被の層厚さの５分の１までであることを特徴とするワイヤ電極、またはａ）第一工程でワイヤ電極の芯上に有利にメッキ、電気メッキ、粉末被覆またはファイヤーメタライジング(Feuermetallisieren)により内層を塗布し、
ｂ）場合により第二工程でワイヤ電極を拡散焼きなましさせ、
ｃ）次の工程で外層を内層上に施与し、
ｄ）引き続き外被の組成をほぼ変化させずに規定の直径へワイヤ電極を変形させ、その際、実質的な拡散を招くであろうワイヤ電極の加熱を行わない
ことを特徴とするワイヤ電極の製造方法により解決される。

本発明によるこのようなワイヤ電極は高速切断にも精密切断にも適切である。高速切断のためには、加工材料とワイヤ電極との間の火花放電の際に、高い電流が流れる。この場合、外被の外層は直接除去されるので、この層は高速切断のためにほとんど貢献しない。抵抗性のある内層は、高速切断の際の主要な負荷を引き受ける。精密切断を行う場合、比較的わずかな電流が流れるのみであり、かつ外層のみ、つまり亜鉛含有率の高い層のみが消費される。従って本発明によるワイヤ電極は、ユニバーサル電極(Universalelektrode)であり、これは高速切断にも精密切断にも適切であり、該電極を用いて加工材料の精密な表面が製造される。従って加工プロセスの間の電極の交換はもはや必要ではない。というのも本発明による電極で高速切断も精密切断も実施することができるからである。このことは一方では停止時間／交換時間を節約し、かつ加工材料をその都度新たに処理し、かつ調整する必要がない。

外被の外層が１００％まで亜鉛からなっている場合には有利である。外被の内層は有利には亜鉛を３７〜６０％含有している。内層の亜鉛は有利には黄銅合金として存在しており、その亜鉛含有率は４０〜４８％である。有利には内層は、均質なβ−構造および／またはγ−構造を有している。このような立方晶の空間中心配置された(raumzentrierten)結晶格子の場合、亜鉛原子は、加工材料とワイヤ電極との間のアーク放電の点火のために、ワイヤ電極から溶出することができるが、しかし他方では消費が限定されるように固定されて結合している。

さらに内層が少なくとも２．５μｍの厚さを有していると有利である。ワイヤ電極の外層は、有利には０．５〜５μｍの層厚さを有している。

第一の特に有利なワイヤ電極の実施態様では、芯が直径０．２５ｍｍを有するＣｕＺｎ２０からなり、内層が亜鉛４５％の割合を有し、かつ厚さ１５〜２０μｍであり、他方、外層が２〜３μｍの厚さを有する。ワイヤ電極は少なくとも８００Ｎ／ｍｍ^２の引っ張り強さを有していると有利である。

第２の特に適切な実施態様は、ＣｕＺｎ３５からなる芯、亜鉛４５％の割合を有し、厚さ１０〜１５μｍである内層および厚さ１〜２μｍを有する外層を有する。ワイヤ電極のこの第二の実施態様は、有利には少なくとも９００Ｎ／ｍｍ^２の引っ張り強さを有している。ワイヤ電極は第一の実施態様でも第二の実施態様でも本発明によれば１２〜５０ＭＳ／ｍの比導電率を有する。

前記のワイヤ電極を製造するための本発明による方法を、以下の本発明によるプロセス工程に分けることができる：
第一の工程で、芯の上に内層を施与する。これは有利にはメッキ、電気メッキ、粉末被覆またはファイヤーメタライジングにより行うことができる。その後、場合により第二工程でワイヤ電極の拡散焼きなましを行う。引き続き次の工程で外層を内層上に施与する。規定の直径へのその後の変形は、外被の組成および構造が変化しないように行い、その際、実質的な拡散を招くであろうワイヤ電極の加熱を行わない。

有利には流動床炉中を通過中に３５０℃から６００℃に上昇する温度で、２分の加熱時間で拡散焼きなましを行うことができる。

拡散焼きなましの後、拡散状態の固定のために急速な冷却を行う。

２つの有利な実施例を以下に詳細に記載する：
本発明によるワイヤ電極のための第一の実施例は、０．２５ｍｍの直径を有し、その際、外層の層厚さは２〜３μｍであり、内層の層厚さは１５〜２０μｍである。外層は、純粋な亜鉛層であり、他方、内層は４５％の亜鉛割合を有する黄銅層である。このワイヤ電極のワイヤは、約８００Ｎ／ｍｍ^２の引っ張り強さおよび１７ＭＳ／ｍの比導電率を有する。

本発明によるワイヤ電極のための第二の実施例は、同様に０．２５ｍｍの全直径を有しており、その際、外層の層厚さは１〜３μｍであり、内層の層厚さは１０〜１５μｍである。外層は、再び純粋な亜鉛層であり、他方、内層は第一の実施例においてと同様に４５％の亜鉛割合を有している黄銅層である。ワイヤ電極のこのワイヤの引っ張り強さは約９００Ｎ／ｍｍ^２であり、その際、比導電率は１５ＭＳ／ｍである。

Claims (15)

1. 導電性でありかつ主に張力を受け止める芯と、２つの層からなり侵食の際に摩耗する外被とを有する放電加工切断のためのワイヤ電極において、外被の内層がほぼ均質な合金からなり高速切断のために役立つ組成を有しており、かつ外被の外層は８０％を上回る亜鉛割合を有し精密切断のために適切な組成を有しており、かつ外層の層厚さは残りの外被の層厚さの５分の１までであることを特徴とする、ワイヤ電極。
2. 内層が亜鉛３７〜６０質量％の亜鉛含有率を有する、請求項１記載のワイヤ電極。
3. 内層が黄銅からなり、かつ４０〜４８質量％の亜鉛割合を有する、請求項１または２記載のワイヤ電極。
4. 内層が均質なβ−構造および／またはγ−構造を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載のワイヤ電極。
5. 内層が少なくとも２．５μｍの層厚さを有する、請求項１から４までのいずれか１項記載のワイヤ電極。
6. 外層が０．５〜５μｍの層厚さを有する、請求項１から５までのいずれか１項記載のワイヤ電極。
7. 芯がＣｕＺｎ２０からなり、内層が亜鉛４５質量％の割合および１５〜２０μｍの層厚さを有し、かつ外層が２〜３μｍを有する、請求項１から６までのいずれか１項記載のワイヤ電極。
8. ワイヤ電極が少なくとも８００Ｎ／ｍｍ^２の引っ張り強さを有する、請求項７記載のワイヤ電極。
9. 芯がＺｎ３５〜３７質量％を有するＣｕＺｎ合金からなり、内層が亜鉛４５質量％の割合および１０〜１５μｍの層厚さを有し、かつ外層が１〜２μｍを有する、請求項１から６までのいずれか１項記載のワイヤ電極。
10. ワイヤ電極が少なくとも９００Ｎ／ｍｍ^２の引っ張り強さを有する、請求項９記載のワイヤ電極。
11. ワイヤ電極が１２〜５０ＭＳ／ｍの比導電率を有する、請求項７から１０までのいずれか１項記載のワイヤ電極。
12. １つの芯および１つの内層と１つの外層とからなる外被を有する請求項１から１１までのいずれか１項記載のワイヤ電極の製造方法において、
    ａ）第一工程でワイヤ電極の芯上に有利にメッキ、電気メッキ、粉末被覆またはファイヤーメタライジングにより内層を塗布し、
    ｂ）場合により第二工程でワイヤ電極を拡散焼きなましさせ、
    ｃ）次の工程で外層を内層上に施与し、
    ｄ）引き続き外被の組成がほぼ同一のままであるように規定の直径へのワイヤ電極の変形を行い、その際実質的な拡散を招くワイヤ電極の加熱を行わない
    ことを特徴とする、ワイヤ電極の製造方法。
13. 流動床炉中を通過中に拡散焼きなましを３５０℃から６００℃に上昇する温度および２分の焼きなまし時間で行う、請求項１２記載の方法。
14. 拡散焼きなましの後、得られた構造の固定のために急速な冷却を行う、請求項１３または１３記載の方法。
15. 内層の構造が、α＋βからなるか、またはβもしくはγのみからなるか、またはβ＋γからなる構造を有する、請求項１４記載の方法。