JP2020011369A - 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】製造工程がコンパクトで、表面加工を制御可能で、切断効率が向上し、加工の歩留まり率と切断品質が向上する放電加工用ワイヤの製造方法を提供する。【解決手段】芯材と表層金属層を含み、芯材と表層金属層の間には中間層が存在し、芯材は主成分が黄銅合金であり、残りが亜鉛及び不可避の不純物成分であり、表層金属層は主成分が酸化亜鉛であり、残りが銅及び不可避の不純物成分であり、芯材と表層金属層の間には中間層が備わっており、中間層の主成分は銅亜鉛合金であり、酸化亜鉛層には不規則な亀裂が分布している放電加工用電極線である。更に、合金線材料の配合、冷間圧延、軟化焼鈍、塑性引張加工、表面の積層、引張焼鈍、表面処理、電極線の回収、品質検査及び搬出等のステップを主に含む前記電極線の製造方法を含む。【選択図】なし
Description
本発明は電極線に関し、特に、放電加工に用いられる電極線及びその製造方法に関する。
近年、機械加工技術は日々進歩しているが、特別な精密機械加工技術としてワイヤーカット放電加工もまた急速に進展している。ワイヤーカット技術の進展は、その重要な部分を電極線技術の進歩に依存している。優れた性能の電極線を備えていなければ、効率よく加工して高品質、高精度の製品を産出することはできない。１９７０〜１９８０年代に亜鉛メッキ電極線が発明されてから、市場には、普通黄銅電極線、亜鉛メッキ電極線、モリブデン線、タングステン線、複合線（内層が鋼線、外層が銅など）といった様々な電極線が出現してきた。現在常用されている電極線には、モリブデン線（Φ０．０８〜Ф０．２ｍｍ）、タングステン線（Ф０．０３〜Ф０．１ｍｍ）、黄銅線（Ф０．１〜Ф０．３ｍｍ）及び被覆電極線（Ф０．１〜Ф０．３ｍｍ）等がある。低速ワイヤーカットが世界的なワイヤーカット加工の主流となっていることから、近い将来にはこれらに用いられる黄銅線、亜鉛メッキ線といった電極線が、ワイヤーカット用電極線材料の主要品種となることが見込まれる。
材料加工技術と機械加工技術の絶え間ない進歩に伴って、電極線は普通黄銅電極線からメッキ電極線へと使用が切り替えられてきた。低速ワイヤーカット用の亜鉛メッキ電極線の場合、一般的には普通黄銅を芯材とし、表面に亜鉛メッキを施す。この種の電極線は、切断過程における亜鉛の気化作用によって放電が安定するため、切断面が普通黄銅線に比べて滑らかとなる。一方、黄銅電極線の合金成分については、経済コストだけでなく加工速度にも配慮せねばならない。往々にして亜鉛含有率が３５％以上の黄銅線はコストを抑えられるが、加工速度も相対的に低下してしまう。
そのため、当業者は経済性と効率の双方に配慮することを前提に、放電加工用電極線を開発するとともに、その製造方法を提供すべく注力している。
従来技術における上記の欠点に鑑みて、本発明は、放電加工用電極線を開発し、製造コストを抑えられ、且つ性能に優れた製品及びその製造方法を提供することを解決すべき技術的課題とする。
上記の目的を実現するために、本発明は、芯材と表層金属層を含み、芯材と表層金属層の間には中間層が存在し、芯材は主成分が黄銅合金であり、残りが亜鉛及び不可避の不純物成分であり、表層金属層は主成分が酸化亜鉛であり、残りが銅及び不可避の不純物成分であり、芯材と表層金属層の間には中間層が備わっており、中間層の主成分は銅亜鉛合金であり、酸化亜鉛層には不規則な亀裂が分布しており、芯材の直径は０．６５〜１．４８ｍｍ、表層金属層の厚さは０．４５〜１０．２３μｍ、亀裂の最大厚さは４．５μｍ以下、亀裂の最大間隔は１７μｍである放電加工用電極線を提供する。
更に、芯材における黄銅合金の含有量は４８〜７２ｗｔ％、不純物の含有量は０．３８ｗｔ％以下であり、表層金属層における酸化亜鉛の含有量は６５〜８７ｗｔ％、残りの含有量は０．１５ｗｔ％以下である。
本発明は、更に、前記放電加工用電極線の製造方法であって、銅及び亜鉛を含む原材料を化学分析合格後に配合し、誘導炉に投入して精錬してから引き上げ鋳造により合金線材料を産出するステップであって、鋳造時の温度を予熱温度の６０℃から徐々に最高温度の６７９℃まで上昇させるステップ（１）と、作製した合金線材料を被膜除去した後、冷間圧延と軟化焼鈍処理を施すことで７〜９．８ｍｍ規格のロッド材料を作製するステップ（２）と、取得したロッド材料に異なるパス数で塑性引張加工を施すことで０．８８〜１．６５ｍｍの芯材を作製し、続いて、芯材に対し、脱脂、酸洗い、水洗いを実施して外層の不純物を除去するステップ（３）と、化学電気めっき法、吹き付け法又は溶融めっき法により芯材に対し電着加工を実施することで、表面に酸化亜鉛層が積層された複合材料を取得するステップ（４）と、複合材料に対し引張焼鈍加工を実施することで所望のサイズの未加工線材を取得するステップであって、引張速度を８００〜２８００ｍ／ｍｉｎ、焼鈍電圧を２７〜１２１Ｖ、焼鈍電流を１３〜４３Ａとするステップ（５）と、取得した未加工線材を表面処理し、温度２３０〜５２０℃下で内部の熱気流を用いて亜鉛を溶解し、表面処理により芯材の表面に不規則形状を形成しつつ、徐々に温度を上昇させて銅と亜鉛による複合メッキ層を形成し、最終的に電極線製品を取得するステップ（６）と、電極線を回収し、品質検査の後に梱包して搬出するステップ（７）と、を含む方法を提供する。
更に、ステップ（２）の軟化焼鈍には二段焼鈍法を採用し、第１段階は温度を４９〜２６７℃、保温時間を１．７〜２３ｈとする焼鈍低温段階であり、第２段階は温度を２６７．２〜７６６℃、保温時間を２．３ｈ〜３３ｈとする焼鈍高温段階である。
また、更に、上記の第１段階の焼鈍距離は０．９８〜３．７８ｍ、第２段階の焼鈍距離は４．１２〜１１ｍであり、二段焼鈍の速度は７〜５７０ｍ／ｍｉｎである。
また、更に、塑性引張加工前にロッド材料を熱処理し、熱処理条件を５３〜６００℃且つ時間１〜８．８ｈとする。
更に、ステップ（６）において、表面処理時には未加工線材を加温炉に配置して加温処理し、加温炉には閉回路の外側を取り巻く導電コイルが設けられており、加温処理を実施しつつ導電コイルに電気を供給し、電源を交流電圧とする。
好ましくは、加熱処理を実施しつつローラの転圧動作によって芯材を表面処理し、酸化層の結晶に亀裂を生じさせる。
好ましくは、加熱処理を実施しつつドライブラストを行い、砂を未加工線材に打ち付けることで表面を侵食し、亀裂を生じさせる。
更に、上記のドライブラストでは、エアーブラスト装置により圧縮空気を動力として砂の噴射を加速するか、或いは、ホイスト及び高速回転盤により遠心力を利用して砂を吹き付ける。
本発明の放電加工用電極線は、芯材の外側を酸化亜鉛層で覆うことで保護の役割と耐腐食性を発揮可能としている。また、表面に不規則な亀裂が形成されているため、線引加工過程で金型と電極線の加工表面への潤滑液の進入が促される結果、線引の歩留まり率が向上する。一方、切断過程では、当該亀裂と切削液の連携によって電極線による切削液の保持能力が高まるため、切断効率が効果的に向上し、加工における歩留まり率と切断品質が高まる。
本発明における電極線の製造工程はコンパクトであり、二段焼鈍及び引張焼鈍技術を用いている。ライン内では従来の酸化焼鈍に代わって直流電圧による焼鈍を実施するため、酸化焼鈍中の銅損が減少し、資源利用の最大化が実現される。また、サンドブラスト技術を用いて表面処理を実施するため相対的に技術が容易であり、亀裂の生成を制御可能となるほか、完成品の品質も向上する。
以下に、本発明の目的、特徴及び効果が十分に理解されるよう、実施例を組み合わせて、本発明の構想、具体的構造及び発生する技術的効果について更に説明する。
放電加工用電極線であって、芯材と表層金属層を含み、芯材と表層金属層の間には中間層が存在する。芯材は主成分が黄銅合金であり、残りが亜鉛及び不可避の不純物成分である。表層金属層は主成分が酸化亜鉛であり、残りが銅及び不可避の不純物成分である。芯材と表層金属層の間には中間層が備わっており、中間層の主成分は銅亜鉛合金である。また、酸化亜鉛層には不規則な亀裂が分布している。
前記電極線の製造方法は、具体的に以下のステップを含む。
ステップ（１）において、銅、亜鉛、リン、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、レアアース等の原材料を選択し、合金成分に応じて配合する。本実施例における具体的重量は、Ｃｕ ４５．４３０ｋｇ、Ｚｎ ３０．２５０ｋｇ、Ｐ ０．６０５ｋｇ、Ｍｇ ０．０７６ｋｇ、Ｃａ ０．０４０ｋｇ、Ａｌ ３．０１０ｋｇ、Ｌａ ０．０２５ｋｇ、Ｚｒ ０．０１０ｋｇとする。上記の原料が化学分析に合格してから、配合した混合材料を誘導炉に投入して精錬する。溶解温度は１１８０℃、保温時間は３０ｍｉｎとする。次に、引き上げ鋳造によって合金線材料を作製する。鋳造時の温度は予熱温度の６０℃から徐々に最高温度の６７９℃まで上昇させる。
ステップ（２）において、作製した合金線材料を被膜除去した後、冷間圧延と軟化焼鈍処理を施すことで７ｍｍ規格のロッド材料を作製する。なお、軟化焼鈍には二段焼鈍法を採用する。第１段階は焼鈍低温段階であり、温度を４９〜２６７℃とし、２６７℃に達した後の保温時間を１０ｈとする。第２段階は焼鈍高温段階であり、温度を２６７．２〜７６６℃とし、７６６℃に達した後の保温時間を８ｈとする。第１段階の焼鈍距離は０．９８ｍ、第２段階の焼鈍距離は４．１２ｍとする。また、二段焼鈍の速度は３１０ｍ／ｍｉｎとする。
ステップ（３）において、取得したロッド材料に異なるパス数で塑性引張加工を施し、０．８８ｍｍの芯材を作製する。なお、塑性引張加工に先立ち、ロッド材料には条件を５３〜６００℃且つ時間１．５ｈとして熱処理を施しておく。次に、芯材に対し、脱脂、酸洗い、水洗いを実施して外層の不純物を除去する。
ステップ（４）において、化学電気めっき法、吹き付け法又は溶融めっき法により芯材に対し電着加工を実施することで、表面に酸化亜鉛層が積層された複合材料を取得する。
ステップ（５）において、複合材料に対し引張焼鈍加工を実施することで、所望のサイズの未加工線材を取得する。引張焼鈍とは、引張生産ラインで複合材料に電流を流しつつ焼鈍することであり、引張速度を８００〜２８００ｍ／ｍｉｎ、焼鈍電圧を２７〜１２１Ｖ、焼鈍電流を１３〜４３Ａとする。なお、焼鈍電圧と焼鈍電流は所望の焼鈍工程に応じて調節する。
ステップ（６）において、取得した未加工線材を表面処理する。表面処理時には未加工線材を加温炉に配置して加温処理する。加温炉には閉回路の外側を取り巻く導電コイルが設けられており、加温処理を実施しつつ導電コイルに電気が供給される。なお、電源は交流電圧とする。温度２３０〜５２０℃下で、内部の熱気流を用いて亜鉛を溶解しつつ、ローラによる転圧動作で芯材を表面処理することで酸化層の結晶に亀裂を生じさせる。また、これと同時に温度を徐々に上昇させることで銅と亜鉛による複合メッキ層を形成する。その後、１８０℃で２ｓ間の応力除去焼鈍を実施することで、最終的に電極線製品を取得する。
ステップ（７）において電極線を回収し、品質検査の後に梱包して搬出する。
上記の製造方法で取得される電極線製品のパラメータは以下の通りである。
芯材の直径が０．６５ｍｍ、表層金属層の厚さが０．５５μｍ、亀裂の最大厚さが１．５μｍ、亀裂の最大間隔が１７μｍとなり、芯材における黄銅合金の含有量が４８ｗｔ％、不純物の含有量が０．３８ｗｔ％以下となる。また、表層金属層における酸化亜鉛の含有量が７７ｗｔ％、残りの含有量が０．１５ｗｔ％以下となる。
放電加工用電極線であって、芯材と表層金属層を含み、芯材と表層金属層の間には中間層が存在する。芯材は主成分が黄銅合金であり、残りが亜鉛及び不可避の不純物成分である。表層金属層は主成分が酸化亜鉛であり、残りが銅及び不可避の不純物成分である。芯材と表層金属層の間には中間層が備わっており、中間層の主成分は銅亜鉛合金である。また、酸化亜鉛層には不規則な亀裂が分布している。
前記電極線の製造方法は、具体的に以下のステップを含む。
ステップ（１）において、銅、亜鉛、リン、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、レアアース等の原材料を選択し、合金成分に応じて配合する。本実施例における具体的重量は、Ｃｕ ４６．５３０ｋｇ、Ｚｎ ３１．７８０ｋｇ、Ｐ ０．５０３ｋｇ、Ｍｇ ０．０９５ｋｇ、Ｃａ ０．０６０ｋｇ、Ａｌ ２．０９７ｋｇ、Ｌａ ０．０３５ｋｇ、Ｚｒ ０．０２０ｋｇとする。上記の原料が化学分析に合格してから、配合した混合材料を誘導炉に投入して精錬する。溶解温度は１１８０℃、保温時間は３０ｍｉｎとする。次に、引き上げ鋳造によって合金線材料を作製する。鋳造時の温度は予熱温度の６０℃から徐々に最高温度の６７９℃まで上昇させる。
ステップ（２）において、作製した合金線材料を被膜除去した後、冷間圧延と軟化焼鈍処理を施すことで９．８ｍｍ規格のロッド材料を作製する。なお、軟化焼鈍には二段焼鈍法を採用する。第１段階は、温度４９〜２６７℃、保温時間２３ｈの焼鈍低温段階である。第２段階は、２６７．２〜７６６℃、保温時間３３ｈの焼鈍高温段階である。第１段階の焼鈍距離は３．７８ｍ、第２段階の焼鈍距離は１１ｍである。また、二段焼鈍の速度は５７０ｍ／ｍｉｎとする。
ステップ（３）において、取得したロッド材料に異なるパス数で塑性引張加工を施し、１．６５ｍｍの芯材を作製する。なお、塑性引張加工に先立ち、ロッド材料には条件を５３〜６００℃且つ時間８．８ｈとして熱処理を施しておく。次に、芯材に対し、脱脂、酸洗い、水洗いを実施して外層の不純物を除去する。
ステップ（４）において、化学電気めっき法、吹き付け法又は溶融めっき法により芯材に対し電着加工を実施することで、表面に酸化亜鉛層が積層された複合材料を取得する。
ステップ（５）において、複合材料に対し引張焼鈍加工を実施することで、所望のサイズの未加工線材を取得する。引張焼鈍とは、引張生産ラインで複合材料に電流を流しつつ焼鈍することであり、引張速度を８００〜２８００ｍ／ｍｉｎ、焼鈍電圧を２７〜１２１Ｖ、焼鈍電流を１３〜４３Ａとする。なお、焼鈍電圧と焼鈍電流は所望の焼鈍工程に応じて調節する。
ステップ（６）において、取得した未加工線材を表面処理する。表面処理時には未加工線材を加温炉に配置して加温処理する。加温炉には閉回路の外側を取り巻く導電コイルが設けられており、加温処理を実施しつつ導電コイルに電気が供給される。なお、電源は交流電圧とする。温度２３０〜５２０℃下で内部の熱気流を用いて亜鉛を溶解し、エアーブラスト装置により圧縮空気を動力として砂の噴射を加速するか、或いは、ホイスト及び高速回転盤により遠心力を利用して砂を吹き付ける。これにより、砂を未加工線材の表面に打ち付けて侵食し、亀裂を生じさせる。また、これと同時に温度を徐々に上昇させることで銅と亜鉛による複合メッキ層を形成する。そして、１８０℃で２ｓ間の応力除去焼鈍を実施することで、最終的に電極線製品を取得する。
ステップ（７）において電極線を回収し、品質検査の後に梱包して搬出する。
上記の製造方法で取得される電極線製品のパラメータは以下の通りである。
芯材の直径が１．４８ｍｍ、表層金属層の厚さが１０．２３μｍ、亀裂の最大厚さが４．５μｍ、亀裂の最大間隔が１７μｍとなり、芯材における黄銅合金の含有量が７２ｗｔ％、不純物の含有量が０．３８ｗｔ％以下となる。また、表層金属層における酸化亜鉛の含有量が８７ｗｔ％、残りの含有量が０．１５ｗｔ％以下となる。
放電加工用電極線であって、芯材と表層金属層を含み、芯材と表層金属層の間には中間層が存在する。芯材は主成分が黄銅合金であり、残りが亜鉛及び不可避の不純物成分である。表層金属層は主成分が酸化亜鉛であり、残りが銅及び不可避の不純物成分である。芯材と表層金属層の間には中間層が備わっており、中間層の主成分は銅亜鉛合金である。また、酸化亜鉛層には不規則な亀裂が分布している。
前記電極線の製造方法は、具体的に以下のステップを含む。
ステップ（１）において、銅、亜鉛、リン、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、レアアース等の原材料を選択し、合金成分に応じて配合する。上記の原料が化学分析に合格してから、配合した混合材料を誘導炉に投入して精錬する。溶解温度は１１８０℃、保温時間は３０ｍｉｎとする。次に、引き上げ鋳造によって合金線材料を作製する。鋳造時の温度は予熱温度の６０℃から徐々に最高温度の６７９℃まで上昇させる。
ステップ（２）において、作製した合金線材料を被膜除去した後、冷間圧延と軟化焼鈍処理を施すことで７．７ｍｍ規格のロッド材料を作製する。なお、軟化焼鈍には二段焼鈍法を採用する。第１段階は、温度４９〜２６７℃、保温時間１７ｈの焼鈍低温段階である。第２段階は、２６７．２〜７６６℃、保温時間２０ｈの焼鈍高温段階である。第１段階の焼鈍距離は１．９６ｍ、第２段階の焼鈍距離は５．３３ｍである。また、二段焼鈍の速度は４５０ｍ／ｍｉｎとする。
ステップ（３）において、取得したロッド材料に異なるパス数で塑性引張加工を施し、１．２１ｍｍの芯材を作製する。なお、塑性引張加工に先立ち、ロッド材料には条件を５３〜６００℃且つ時間３．２ｈとして熱処理を施しておく。次に、芯材に対し、脱脂、酸洗い、水洗いを実施して外層の不純物を除去する。
ステップ（４）において、化学電気めっき法、吹き付け法又は溶融めっき法により芯材に対し電着加工を実施することで、表面に酸化亜鉛層が積層された複合材料を取得する。
ステップ（５）において、複合材料に対し引張焼鈍加工を実施することで、所望のサイズの未加工線材を取得する。引張焼鈍とは、引張生産ラインで複合材料に電流を流しつつ焼鈍することであり、引張速度を８００〜２８００ｍ／ｍｉｎ、焼鈍電圧を２７〜１２１Ｖ、焼鈍電流を１３〜４３Ａとする。なお、焼鈍電圧と焼鈍電流は所望の焼鈍工程に応じて調節する。
ステップ（６）において、取得した未加工線材を表面処理する。表面処理時には未加工線材を加温炉に配置して加温処理する。加温炉には閉回路の外側を取り巻く導電コイルが設けられており、加温処理を実施しつつ導電コイルに電気が供給される。なお、電源は交流電圧とする。温度２３０〜５２０℃下で内部の熱気流を用いて亜鉛を溶解しつつ、ドライブラストを実施する。砂は、エアーブラスト装置により圧縮空気を動力として噴射を加速するか、或いは、ホイスト及び高速回転盤により遠心力を利用して吹き付ける。これにより、砂を未加工線材の表面に打ち付けて侵食し、亀裂を生じさせる。また、これと同時に温度を徐々に上昇させることで銅と亜鉛による複合メッキ層を形成する。そして、１８０℃で２ｓ間の応力除去焼鈍を実施することで、最終的に電極線製品を取得する。
ステップ（７）において電極線を回収し、品質検査の後に梱包して搬出する。
上記の製造方法で取得される電極線製品のパラメータは以下の通りである。
芯材の直径が０．８６ｍｍ、表層金属層の厚さが２．８μｍ、亀裂の最大厚さが２．５μｍ、亀裂の最大間隔が１７μｍとなり、芯材における黄銅合金の含有量が５５ｗｔ％、不純物の含有量が０．３８ｗｔ％以下となる。また、表層金属層における酸化亜鉛の含有量が６７ｗｔ％、残りの含有量が０．１５ｗｔ％以下となる。
放電加工用電極線であって、芯材と表層金属層を含み、芯材と表層金属層の間には中間層が存在する。芯材は主成分が黄銅合金であり、残りが亜鉛及び不可避の不純物成分である。表層金属層は主成分が酸化亜鉛であり、残りが銅及び不可避の不純物成分である。芯材と表層金属層の間には中間層が備わっており、中間層の主成分は銅亜鉛合金である。また、酸化亜鉛層には不規則な亀裂が分布している。
前記電極線の製造方法は、具体的に以下のステップを含む。
ステップ（１）において、銅、亜鉛、リン、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、レアアース等の原材料を選択し、合金成分に応じて配合する。上記の原料が化学分析に合格してから、配合した混合材料を誘導炉に投入して精錬する。溶解温度は１１８０℃、保温時間は３０ｍｉｎとする。次に、引き上げ鋳造によって合金線材料を作製する。鋳造時の温度は予熱温度の６０℃から徐々に最高温度の６７９℃まで上昇させる。
ステップ（２）において、作製した合金線材料を被膜除去した後、冷間圧延と軟化焼鈍処理を施すことで７．５ｍｍ規格のロッド材料を作製する。なお、軟化焼鈍には二段焼鈍法を採用する。第１段階は、温度４９〜２６７℃、保温時間１５．５ｈの焼鈍低温段階である。第２段階は、２６７．２〜７６６℃、保温時間２０．３ｈの焼鈍高温段階である。第１段階の焼鈍距離は２．３５ｍ、第２段階の焼鈍距離は７．７８ｍである。また、二段焼鈍の速度は４５０ｍ／ｍｉｎとする。
ステップ（３）において、取得したロッド材料に異なるパス数で塑性引張加工を施し、１．４５ｍｍの芯材を作製する。なお、塑性引張加工に先立ち、ロッド材料には条件を５３〜６００℃且つ時間４．８ｈとして熱処理を施しておく。次に、芯材に対し、脱脂、酸洗い、水洗いを実施して外層の不純物を除去する。
ステップ（４）において、化学電気めっき法、吹き付け法又は溶融めっき法により芯材に対し電着加工を実施することで、表面に酸化亜鉛層が積層された複合材料を取得する。
ステップ（５）において、複合材料に対し引張焼鈍加工を実施することで、所望のサイズの未加工線材を取得する。引張焼鈍とは、引張生産ラインで複合材料に電流を流しつつ焼鈍することであり、引張速度を８００〜２８００ｍ／ｍｉｎ、焼鈍電圧を２７〜１２１Ｖ、焼鈍電流を１３〜４３Ａとする。なお、焼鈍電圧と焼鈍電流は所望の焼鈍工程に応じて調節する。
ステップ（６）において、取得した未加工線材を表面処理する。表面処理時には未加工線材を加温炉に配置して加温処理する。加温炉には閉回路の外側を取り巻く導電コイルが設けられており、加温処理を実施しつつ導電コイルに電気が供給される。なお、電源は交流電圧とする。温度２３０〜５２０℃下で、内部の熱気流を用いて亜鉛を溶解しつつ、ローラによる転圧動作で芯材を表面処理することで酸化層の結晶に亀裂を生じさせる。また、これと同時に温度を徐々に上昇させることで銅と亜鉛による複合メッキ層を形成する。そして、１８０℃で２ｓ間の応力除去焼鈍を実施することで、最終的に電極線製品を取得する。
ステップ（７）において電極線を回収し、品質検査の後に梱包して搬出する。
上記の製造方法で取得される電極線製品のパラメータは以下の通りである。
芯材の直径が０．９６ｍｍ、表層金属層の厚さが４．３μｍ、亀裂の最大厚さが４．１μｍ、亀裂の最大間隔が１７μｍとなり、芯材における黄銅合金の含有量が６１ｗｔ％、不純物の含有量が０．３８ｗｔ％以下となる。また、表層金属層における酸化亜鉛の含有量が６５ｗｔ％、残りの含有量が０．１５ｗｔ％以下となる。
放電加工用電極線であって、芯材と表層金属層を含み、芯材と表層金属層の間には中間層が存在する。芯材は主成分が黄銅合金であり、残りが亜鉛及び不可避の不純物成分である。表層金属層は主成分が酸化亜鉛であり、残りが銅及び不可避の不純物成分である。芯材と表層金属層の間には中間層が備わっており、中間層の主成分は銅亜鉛合金である。また、酸化亜鉛層には不規則な亀裂が分布している。
前記電極線の製造方法は、具体的に以下のステップを含む。
ステップ（１）において、銅、亜鉛、リン、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、レアアース等の原材料を選択し、合金成分に応じて配合する。上記の原料が化学分析に合格してから、配合した混合材料を誘導炉に投入して精錬する。溶解温度は１１８０℃、保温時間は３０ｍｉｎとする。次に、引き上げ鋳造によって合金線材料を作製する。鋳造時の温度は予熱温度の６０℃から徐々に最高温度の６７９℃まで上昇させる。
ステップ（２）において、作製した合金線材料を被膜除去した後、冷間圧延と軟化焼鈍処理を施すことで８．０ｍｍ規格のロッド材料を作製する。なお、軟化焼鈍には二段焼鈍法を採用する。第１段階は、温度４９〜２６７℃、保温時間１４ｈの焼鈍低温段階である。第２段階は、２６７．２〜７６６℃、保温時間１９ｈの焼鈍高温段階である。第１段階の焼鈍距離は２．５０ｍ、第２段階の焼鈍距離は７．５０ｍである。また、二段焼鈍の速度は５００ｍ／ｍｉｎとする。
ステップ（３）において、取得したロッド材料に異なるパス数で塑性引張加工を施し、１．３５ｍｍの芯材を作製する。なお、塑性引張加工に先立ち、ロッド材料には条件を５３〜６００℃且つ時間１〜８．８ｈとして熱処理を施しておく。次に、芯材に対し、脱脂、酸洗い、水洗いを実施して外層の不純物を除去する。
ステップ（４）において、化学電気めっき法、吹き付け法又は溶融めっき法により芯材に対し電着加工を実施することで、表面に酸化亜鉛層が積層された複合材料を取得する。
ステップ（５）において、複合材料に対し引張焼鈍加工を実施することで、所望のサイズの未加工線材を取得する。引張焼鈍とは、引張生産ラインで複合材料に電流を流しつつ焼鈍することであり、引張速度を８００〜２８００ｍ／ｍｉｎ、焼鈍電圧を２７〜１２１Ｖ、焼鈍電流を１３〜４３Ａとする。なお、焼鈍電圧と焼鈍電流は所望の焼鈍工程に応じて調節する。
ステップ（６）において、取得した未加工線材を表面処理する。表面処理時には未加工線材を加温炉に配置して加温処理する。加温炉には閉回路の外側を取り巻く導電コイルが設けられており、加温処理を実施しつつ導電コイルに電気が供給される。なお、電源は交流電圧とする。温度２３０〜５２０℃下で、内部の熱気流を用いて亜鉛を溶解し、表面処理により芯材の表面に不規則形状を形成する。また、これと同時に温度を徐々に上昇させることで銅と亜鉛による複合メッキ層を形成する。そして、１８０℃で２ｓ間の応力除去焼鈍を実施することで、最終的に電極線製品を取得する。
ステップ（７）において電極線を回収し、品質検査の後に梱包して搬出する。
また、選択的に、加熱処理を実施しつつ、ローラの転圧動作によって芯材を表面処理し、酸化層の結晶に亀裂を生じさせてもよい。
また、選択的に、加熱処理を実施しつつドライブラストを実施してもよい。砂は、エアーブラスト装置により圧縮空気を動力として噴射を加速するか、或いは、ホイスト及び高速回転盤により遠心力を利用して吹き付ける。これにより、砂を未加工線材の表面に打ち付けて侵食し、亀裂を生じさせる。
上記の製造方法で取得される電極線製品のパラメータは以下の通りである。
芯材の直径が１．０１ｍｍ、表層金属層の厚さが５．２μｍ、亀裂の最大厚さが４．５μｍ、亀裂の最大間隔が１７μｍとなり、芯材における黄銅合金の含有量が６１ｗｔ％、不純物の含有量が０．３８ｗｔ％以下となる。また、表層金属層における酸化亜鉛の含有量が７１ｗｔ％、残りの含有量が０．１５ｗｔ％以下となる。
本発明における上記実施例の製造方法によって得られる放電加工用電極線の表層金属層の厚さ、亜鉛含有量及び亀裂の厚さは下表の通りである。
取得した各放電加工用電極線について、マイコン自動制御式万能電子引張試験機で総合的な力学性能を試験し、ホイートストンブリッジ法により導電率を試験するとともに、作製された電極線の放電加工性能について４５号鋼をワークとして試験し、使用性能を市販の黄銅電極線と比較したところ、下表の通りとなった。
上記から明らかなように、本発明における電極線は導電率が普通黄銅電極線よりも向上し、且つ、切断による表面粗さがやや改善された。力学性能については、例えば引張強さが普通黄銅電極線よりもやや低下したが、切断への電極線の応用数値範囲内のため使用には影響しない。また、切断機の損傷状況については軽微な損傷に該当した。このほか、切断速度が普通黄銅線よりもやや向上し、放電加工の加工効率にも向上が見られた。
上記では、本発明の好ましい具体的実施例について詳細に述べた。しかし、当業者であれば、創造的労働を要することなく、本発明の構想に基づいて様々な修正及び変形を実施可能である。したがって、当業者が本発明の構想に基づいて従来技術をベースに論理的分析、推理又は有限回数の実験を通じて取得可能な技術方案は、いずれも特許請求の範囲で決定される保護の範囲に属する。
Claims (10)
- 芯材と表層金属層を含み、芯材と表層金属層の間には中間層が存在し、
芯材は主成分が黄銅合金であり、残りが亜鉛及び不可避の不純物成分であり、表層金属層は主成分が酸化亜鉛であり、残りが銅及び不可避の不純物成分であり、芯材と表層金属層の間には中間層が備わっており、中間層の主成分は銅亜鉛合金であり、酸化亜鉛層には不規則な亀裂が分布しており、
芯材の直径は０．６５〜１．４８ｍｍ、表層金属層の厚さは０．４５〜１０．２３μｍ、亀裂の最大厚さは４．５μｍ以下、亀裂の最大間隔は１７μｍであることを特徴とする放電加工用電極線。 - 芯材における黄銅合金の含有量は４８〜７２ｗｔ％、不純物の含有量は０．３８ｗｔ％以下であり、表層金属層における酸化亜鉛の含有量は６５〜８７ｗｔ％、残りの含有量は０．１５ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の放電加工用電極線。
- 請求項１又は２に記載の放電加工用電極線の製造方法であって、
銅及び亜鉛を含む原材料を化学分析合格後に配合し、誘導炉に投入して精錬してから引き上げ鋳造により合金線材料を産出するステップであって、鋳造時の温度を予熱温度の６０℃から徐々に最高温度の６７９℃まで上昇させるステップ（１）と、
作製した合金線材料を被膜除去した後、冷間圧延と軟化焼鈍処理を施すことで７〜９．８ｍｍ規格のロッド材料を作製するステップ（２）と、
取得したロッド材料に異なるパス数で塑性引張加工を施すことで０．８８〜１．６５ｍｍの芯材を作製し、続いて、芯材に対し、脱脂、酸洗い、水洗いを実施して外層の不純物を除去するステップ（３）と、
化学電気めっき法、吹き付け法又は溶融めっき法により芯材に対し電着加工を実施することで、表面に酸化亜鉛層が積層された複合材料を取得するステップ（４）と、
複合材料に対し引張焼鈍加工を実施することで所望のサイズの未加工線材を取得するステップであって、引張速度を８００〜２８００ｍ／ｍｉｎ、焼鈍電圧を２７〜１２１Ｖ、焼鈍電流を１３〜４３Ａとするステップ（５）と、
取得した未加工線材を表面処理し、温度２３０〜５２０℃下で内部の熱気流を用いて亜鉛を溶解し、表面処理により芯材の表面に不規則形状を形成しつつ、徐々に温度を上昇させて銅と亜鉛による複合メッキ層を形成し、最終的に電極線製品を取得するステップ（６）と、
電極線を回収し、品質検査の後に梱包して搬出するステップ（７）と、を含むことを特徴とする方法。 - 軟化焼鈍には二段焼鈍法を採用し、第１段階は温度を４９〜２６７℃、保温時間を１．７〜２３ｈとする焼鈍低温段階であり、第２段階は温度を２６７．２〜７６６℃、保温時間を２．３ｈ〜３３ｈとする焼鈍高温段階であることを特徴とする請求項３に記載の放電加工用電極線の製造方法。
- 第１段階の焼鈍距離は０．９８〜３．７８ｍ、第２段階の焼鈍距離は４．１２〜１１ｍであり、二段焼鈍の速度は７〜５７０ｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項４に記載の放電加工用電極線の製造方法。
- 塑性引張加工前にロッド材料を熱処理し、熱処理条件を５３〜６００℃且つ時間１〜８．８ｈとすることを特徴とする請求項３に記載の放電加工用電極線の製造方法。
- 表面処理時には未加工線材を加温炉に配置して加温処理し、加温炉には閉回路の外側を取り巻く導電コイルが設けられており、加温処理を実施しつつ導電コイルに電気を供給し、電源を交流電圧とすることを特徴とする請求項３に記載の放電加工用電極線の製造方法。
- 加熱処理を実施しつつローラの転圧動作によって芯材を表面処理し、酸化層の結晶に亀裂を生じさせることを特徴とする請求項７に記載の放電加工用電極線の製造方法。
- 加熱処理を実施しつつドライブラストを行い、砂を未加工線材に打ち付けることで表面を侵食し、亀裂を生じさせることを特徴とする請求項７に記載の放電加工用電極線の製造方法。
- ドライブラストでは、エアーブラスト装置により圧縮空気を動力として砂の噴射を加速するか、或いは、ホイスト及び高速回転盤により遠心力を利用して砂を吹き付けることを特徴とする請求項９に記載の放電加工用電極線の製造方法。
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