JP3852565B2 - 放電加工用電極線 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電加工用電極線に関し、特に、優れた伸線加工性に基づく低コスト性を有するとともに、優れた加工速度と良好な加工精度を備えた被覆型の放電加工用電極線に関する。
【0002】
【従来の技術】
放電加工用電極線として、Cu−Zn合金の電極線が活用されている。この電極線は、加工速度および加工精度等によって評価される放電特性に優れており、さらに、コスト的にも有利な特質を備えている。
【0003】
これまで、このタイプの電極線としては、32〜36重量%のZnを含む単一合金線〔Cu‐35重量%Zn合金(65/35黄銅線)〕が使用されてきたが、近年になって、特に、高速加工性が重視されるようになり、このため、たとえば、Cu‐2.0重量%Sn合金あるいはCu‐0.3重量%Sn合金等より構成される心材上に高Zn濃度のCu−Zn合金層を形成した被覆型の電極線が提案されている(特開平5−339664号)。
【0004】
また、以上の構成において、心材上に高濃度のCu−Zn合金層を形成する方法としては、心材の上にZn層を形成し、その後、長時間の拡散熱処理を施す方法が提案されており、これによって得られる放電加工用電極線は、優れた高速加工性を有する電極線として評価されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以上に述べた従来の電極線によると、Cu−Zn合金被覆層におけるZn濃度が38〜49重量%と高いため、伸線加工性に劣り、製造が著しく高コスト化する問題を有している。
【0006】
また、一般に、高濃度Znを含む黄銅被覆層を形成した電極線の場合には、加工速度が向上する反面において、面精度あるいは寸法精度等の加工精度に問題を有しており、単一の黄銅線による電極線に比べて性能的に劣るのが普通とされている。
【0007】
従って、本発明の目的は、優れた伸線加工性に基づく低コスト性を有するとともに、優れた加工速度と良好な加工精度を備えた総合特性に優れる被覆型の放電加工用電極線を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、心材上にCu−Zn合金の被覆層を形成した線状体より構成される放電加工用電極線において、前記被覆層は、α相とβ相の混合相よりなるCu−Zn合金の第1の被覆層と、前記第1の被覆層上に形成されたα相として存在するCu−Zn合金の第2の被覆層より構成されるとともに、前記第2の被覆層の厚さtの前記線状体の外径Dに対する比率t/Dが0.005〜0.05であり、かつ、前記β相の断面積Aの前記第1の被覆層の全断面積Bに対する比率A/Bが0.5〜0.9であることを特徴とする放電加工用電極線を提供するものである。
【0009】
本発明の特異性は、α相以外の相で構成される第1の被覆層とα相で構成される第2の被覆層による複合の被覆層を形成すること、および以上の構成において、第2の被覆層の厚さと線状体の外径との間に特定の比率関係を設定することにあり、その技術的背景は以下の通りである。
【0010】
即ち、Cu−Zn合金の放電特性(放電のしやすさ)は、α相よりもα相以外の相が優れており、従って、α相以外の相より構成される第1の被覆層は、放電特性とほぼ比例する放電加工速度を保証し、これによって高速加工用としての特性を満足させるように作用するが、半面において、α相以外の相は、冷間での伸線加工性に劣るため、伸線時の断線が発生しやすく、生産性の維持を難しくする。
【0011】
一方、これに対して第1の被覆層上の第2の被覆層は、構成材がα相であるため、この材質特有の優れた冷間加工性が線全体に作用することとなり、従って、以上の構成の結果、構成される電極線には、優れた高速加工性と優れた冷間伸線加工性とが与えられることとなる。特に、この構成において重要なことは、α相以外の相を内側に配置し、α相を外側に配置している点にあり、この構成によって、線全体の伸線加工性が保証されることとなる。逆の構成によって同様の効果を得ることは不可である。
【0012】
そして、本発明においては、第1および第2の被覆層を単に複合化させるだけではなく、さらに、α相構成の第2の被覆層の厚さtと線の外径Dとの間にt/D=0.005〜0.05となる比率関係が設定されていることに注目すべきであり、以上の各構成が相互に組み合わされることによって、はじめて、発明の目的に叶う電極線が構成されているものである。
【0013】
以上に示したt/Dにおける下限の0.005は、α相構成の第2の被覆層が伸線加工時に破壊するのを防ぎ、これによって第1の被覆層の露出による断線を防止するうえにおいて重要な条件であり、一方、上限の0.05は、α相が過剰となって線全体の放電加工性が低下するのを防ぐ意味から重要な条件となる。
【0014】
本発明における第1の被覆層としては、α相とβ相が混合されたCu−Zn合金によって構成することが好ましく、また、その場合、β相が占める比率としては、β相の断面積をA、第1の被覆層の全断面積をBとしたとき、A/B=0.5〜0.9となるように設定することが好ましい。
【0015】
α、βの混合相によって第1の被覆層を構成することは、冷間伸線加工の困難なβ相と冷間伸線加工の容易なα相とが互いに有機的に一体化することを意味し、従って、線全体の冷間での伸線加工性をより一層向上させることが可能となる。なお、β相による断面占有比の好ましい下限値を0.5に設定する理由は、0.5を下廻ると、放電加工特性が低下して加工速度が不充分になるためであり、一方、上限値を0.9にする理由は、0.9をこえると伸線性が著しく低下し、断線が生じる為である。
【0016】
心材の構成材としては、純銅、Cu‐0.02〜0.2重量%Zr合金、Cu‐0.15〜0.25重量%Sn‐0.15〜0.25重量%In合金、Cu‐0.15〜0.70重量%Sn合金、Cu‐0.08〜20重量%Ag合金、Cu‐0.01〜0.05重量%Sn‐0.005〜0.05重量%Mg合金、Cu‐0.05〜0.5重量%Mg合金、Cu‐5〜30重量%Zn合金、あるいはZr、Cr、Si、Mg、Al、Fe、P、Ni、AgおよびSnの少なくとも1種を含むCu‐5〜30重量%Zn合金より選択される材料より構成されることが好ましい。
【0017】
これらの材料を使用するときには、電極線に対して高強度と高導電率を与えることが可能となり、加工精度と加工速度を確保するうえにおいて有利となる。
以上に示された各銅合金組成における添加成分の下限値は、強度確保に基づく高加工精度維持のための限界値であり、また、上限値は、導電率維持による高加工速度確保のための限界値となる。
【0018】
本発明の電極線においては、第2の被覆層の上にZn系の第3の被覆層を形成する構成が推奨される。Zn系の構成材としては、50重量%以上のZnを含むCu−Zn合金を使用することが好ましく、さらに、その厚さは、1.0〜10μmに設定することが好ましい。
【0019】
この構成を採用するときには、Znリッチに構成された第3の被覆層が第1の被覆層を構成するα相以外の相のCu−Zn合金よりさらに放電特性に優れるため、第3の被覆層の存在が被加工物表面の面精度および寸法精度等の加工精度を大きく向上させるように作用する。
【0020】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による放電加工用電極線の実施の形態を説明する。
図1において、1は純銅あるいは前述した銅合金より構成される心材、2は心材1上に形成された被覆層を示し、α相以外の相として存在するCu−Zn合金による第1の被覆層3と、α相として存在するCu−Zn合金による第2の被覆層4の複合体より構成される。tは第2の被覆層4の厚さ、Dは線全体の外径を示し、これらは、t/D=0.005〜0.05の比率関係となるように設定されている。
【0021】
図2は、他の実施の形態を示したもので、図1の構成において、第1の被覆層3をα相5とβ相6の混合相より構成するとともに、β相6の断面積Aと第1の被覆層3の全断面積Bの比率をA/B=0.5〜0.9に設定し、他の構成を図1と同じにした例である。
【0022】
図3は、本発明のさらに他の実施の形態を示し、図2の構成における第2の被覆層4の周囲に50重量%以上のZnを含むCu−Zn合金より構成される第3の被覆層7を形成した例であり、被覆層7は、1.0〜10μmの厚さに形成されている。
【0023】
表1は、以上の構成に基づく放電加工用電極線の実施例および比較例の内容と加工特性をまとめたものである。
【0024】
【表1】
【0025】
表1に示される心材の銅合金を溶解および鋳造することによって直径が4.0mmの心材1の素材を製作し、次いで、これに厚さ0.2mm×幅13mmのZnテープを縦添えして被覆した後、さらに、厚さが0.50mmの黄銅テープ(Cu‐35重量%Zn合金)を縦添えするとともに、その突き合わせ部を溶接し、直径が5.4mmの複合線を製作した。
【0026】
次に、この複合線に伸線加工と熱処理を繰り返し施した後、最後に、複数の伸線ダイスを通過させて縮径加工することにより、線径が0.25mmの各実施例および比較例における放電加工用電極線を製造した。
【0027】
なお、表1に示される従来例としては、Cu‐35重量%Zn合金より構成された直径が0.25mmの単一構成による電極線(従来例1)と、Cu‐40重量%Zn合金より構成された直径が0.25mmの単一構成による電極線(従来例2)を使用した。また、表中、A/Bおよびt/Dの意味は、前述したのと同じである。
【0028】
表1によれば、実施例1〜14の電極線は、いずれも伸線加工性に優れているとともに、加工速度も従来例に比べて60〜88%増の高レベルの特性を示し、さらに、加工精度においても単一線構成の従来例と同レベル以上の良好な結果が得られている。
【0029】
これは、心材1上に形成された被覆層2を、α相以外の相として存在するα相5およびβ相6の混合相より構成される第1の被覆層3と、α相より構成される第2の被覆層4による複合層としているとともに、外径Dに対する第2の被覆層4の厚さtの比率t/Dを0.005〜0.05に設定したことに起因しているものである。
【0030】
そして、これらに加え、心材1のいずれもが強度および導電率に優れた材料により構成されていること、およびα相5とβ相6の混合相より構成される第1の被覆層3におけるβ相6の断面積Aと被覆層3の全断面積Bの比率A/Bが0.5〜0.9に設定されていることも有効に作用しており、これらの総合構成が表1の結果となって現れているものである。
【0031】
一方、これに対して、第2の被覆層4の厚さtの外径Dに対する比率t/Dを本発明の範囲を外れて設定した偶数番号の比較例によれば、そのいずれもが伸線加工性において充分な結果が得られていない。これは、第2の被覆層4が薄肉のため、伸線加工中に当該被覆が破壊され、内側の第1の被覆層3の露出とそれによる断線を招いたためである。
【0032】
これらの比較例と実施例1〜14とを比べるとき、本発明におけるt/Dの重要性と設定の意味を確認することができる。なお、表1によれば、以上の比較例におけるt/Dの不足は、加工精度にも好ましくない影響を与えている。
【0033】
表1において、番号が奇数の比較例が加工速度において不満足な結果を示しているのは、第1の被覆層3におけるβ相の断面積Aの全断面積Bに対する比率A/Bが0.5を下廻るためであり、これによる放電加工性の不足が低い加工速度となって現れたものである。従って、このことより、本発明の実施に際しては、A/Bに関して充分な配慮を払うことが必要となる。
【0034】
実施例1〜14のうち、偶数番号の加工精度が特に優れた結果を示しているのは、これらの電極線が図3の構成を採用しているためである。即ち、第2の被覆層4上に追加形成したZnリッチの第3の被覆層7が効果を及ぼしているもので、この点は、複合構成の本発明における重要な効果として評価することができる。なお、この被覆層7を、図1の第2の被覆層4上に形成する場合にも同様の効果が得られることはいうまでもない。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による被覆型の放電加工用電極線によれば、α相以外の相として存在する第1の被覆層と、第1の被覆層上に形成されたα相として存在する第2の被覆層の複合構造によって心材上の被覆層を構成し、さらに、第2の被覆層の厚さtの線外径Dに対する比率t/Dを0.005〜0.05に設定することによって電極線を構成しているため、優れた伸線加工性に基づく低コスト性を有するとともに、優れた高速加工性と良好な加工精度を備えた放電加工用電極線を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による放電加工用電極線の実施の形態を示す説明図。
【図2】本発明による放電加工用電極線の他の実施の形態を示す説明図。
【図3】本発明による放電加工用電極線のさらに他の実施の形態を示す説明図。
【符号の説明】
1 心材
2 被覆層
3 第1の被覆層
4 第2の被覆層
5 α相
6 β相
7 第3の被覆層
Claims (3)
- 心材上にCu−Zn合金の被覆層を形成した線状体より構成される放電加工用電極線において、前記被覆層は、α相とβ相の混合相よりなるCu−Zn合金の第1の被覆層と、前記第1の被覆層上に形成されたα相として存在するCu−Zn合金の第2の被覆層より構成されるとともに、前記第2の被覆層の厚さtの前記線状体の外径Dに対する比率t/Dが0.005〜0.05であり、かつ、前記β相の断面積Aの前記第1の被覆層の全断面積Bに対する比率A/Bが0.5〜0.9であることを特徴とする放電加工用電極線。
- 前記心材は、純銅、Cu‐0.02〜0.2重量%Zr合金、Cu‐0.15〜0.25重量%Sn‐0.15〜0.25重量%In合金、Cu‐0.15〜0.70重量%Sn合金、Cu‐0.08〜20重量%Ag合金、Cu‐0.01〜0.05重量%Sn‐0.005〜0.05重量%Mg合金、Cu‐0.005〜0.5重量%Mg合金、Cu‐5〜30重量%Zn合金、あるいはZr、Cr、Si、Mg、Al、Fe、P、Ni、AgおよびSnの少なくとも1種を含むCu‐5〜30重量%Zn合金より選択される材料より構成されることを特徴とする請求項1項記載の放電加工用電極線。
- 前記第2の被覆層の周上に、さらに50重量%以上のZnを含むCu−Zn合金を1.0〜10μmの厚さに形成した第3の被覆層を有することを特徴とする請求項1項記載の放電加工用電極線。
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