JP4345497B2

JP4345497B2 - ワイヤ放電加工用電極線

Info

Publication number: JP4345497B2
Application number: JP2004014532A
Authority: JP
Inventors: 洋光黒田; 正義青山; 孝光木村; 勝憲沢畠
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: JP2005205537A

Description

本発明は、ワイヤ放電加工用電極線に関し、特に、高温において放電加工速度を向上させることができるワイヤ放電加工用電極線に関する。

従来、ワイヤ放電加工用電極線として、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、近年になって特に放電加工速度が重視されるようになってきた。このため、銅合金よりなる心材上に高濃度のＺｎを含有した銅合金からなる被覆層を形成したワイヤカット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。）。

特許文献１に記載のワイヤカット放電加工用電極線によれば、被覆層に高濃度のＺｎを含有した銅合金を用い、直径に対する被覆層の厚みを１０〜２０％としているため、放電加工速度および導電性等の放電特性に優れている。

特開平５−３３９６６４号公報（段落００１７）

しかし、従来の６５／３５黄銅線によると、放電加工が行なわれる３００℃程度の温度においての引張り強度が銅線よりやや高い程度であり、高温における強度はそれほど高くないので、放電加工速度を向上させようとすると張力が高くなるとともに、ジュール熱の発生量がさらに多くなるため、断線が生じやすくなってしまい、安定した高速加工が困難であるという問題がある。

また、特許文献１のように被覆層に高濃度のＺｎを含有した銅合金を用い、直径に対する被覆層の厚みを１０〜２０％としただけでは、高温における放電加工速度を向上させるために必ずしも十分とはいえない。

従って、本発明の目的は、高温において放電加工速度を向上させることができるワイヤ放電加工用電極線を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため銅合金からなる心材の外周にＣｕ−３８〜４７重量％Ｚｎ合金からなる被覆層により被覆した金属線より構成され、前記金属線の外径に対する前記被覆層の厚さの比率が０．１０〜０．２５であるワイヤ放電加工用電極線において、前記心材は、Ｃｕ−０．２２〜０．４１重量％Ｉｎ合金であることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線を提供する。

本発明のワイヤ放電加工用電極線によれば、銅合金からなる心材をＣｕ−０．２２〜０．４１重量％Ｉｎ合金により形成することとしたため、高導電性および高温強度に優れる心材が得られ、放電加工速度を向上することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の断面を示す。このワイヤ放電加工用電極線１は、銅合金からなる心材２の外周に、Ｃｕ−３８〜４７重量％Ｚｎ合金からなる被覆層３を形成したものである。

ワイヤ放電加工用電極線１の外径Ｄに対する被覆層３の厚さｔの比率（ｔ／Ｄ：被覆層の外径比）は、０．１０〜０．２５である。これは、被覆層の外径比が０．１以下であると放電による消耗により被覆層３が消失して放電加工速度の向上が望めず、被覆層の外径比が０．２５以上であるとワイヤ放電加工用電極線１に占める心材２の断面積比率が小さくなり高温強度と導電性の向上が期待できないからである。

ワイヤ放電加工用電極線１の各種の性能は、引張強さが７００〜９００ＭＰａ、導電率が５０〜７０％ＩＡＣＳ、伸びが１．０〜２．０％、高温時の引張り強さ比｛（３００℃のときの引張り強さ／２０℃のときの引張り強さ）×１００％｝が、３０〜７０％である。

引張強さが７００〜９００ＭＰａであるのは、７００ＭＰａ以下であると放電時の負荷張力に耐えることができず、９００ＭＰａ以上では伸線加工による加工度が大きく伸線時に断線が生じやすくなるためである。

導電率が５０〜７０％ＩＡＣＳであるのは、５０%以下であると放電加工速度の大幅な向上は望めず、７０％以上とすると心材２の高温強度が低下してしまうからである。

伸びが１．０〜２．０％であるのは、１．０％以下では放電加工時に断線が生じやすくなるためであり、２．０％以上では放電加工中にワイヤ放電加工用電極線１の振動や振れが発生して加工精度が低下してしまうからである。

高温時の引張り強さ比が３０〜７０％であるのは、３０％以下では放電加工中の発熱に耐えうる耐熱性は確保できず、７０％以上のワイヤ放電加工用電極線１の製造は困難であるからである。

ワイヤ放電加工用電極線１の引張り強さ、導電率、延び、高温時の引張り強さ比を上記のように限定したのは、放電特性の向上と放電中のワイヤ放電加工用電極線１の高耐熱性を兼ね備えるための構造を鋭意研究した結果である。ここで、心材２の外周に、被覆層３を形成したのは、放電特性（放電のしやすさ）を向上させるため亜鉛の濃度を増加させるためである。

心材２には、高耐熱性と高導電率が得られるＣｕ−０．１〜０．７重量％Ｉｎ合金、あるいはＣｕ−０．１〜０．７重量％Ｉｎ合金に０．０１重量％以下のＰおよびＢの少なくとも一種を含む合金、Ｃｕ−０．１〜０．７重量％Ｍｇ合金、Ｃｕ−０．１〜０．７重量％Ｍｇに０．０１重量％以下のＰおよびＢの少なくとも一種を含む合金、Ｃｕ−０．０５〜０．２重量％Ｓｎ−０．１５〜０．３５重量％Ｉｎ合金、あるいはＣｕ−０．０５〜０．２重量％Ｓｎ−０．１５〜０．３５重量％Ｉｎ合金に０．０１重量％以下のＰおよびＢの少なくとも一種を含む合金等が望ましい。

前記各合金において、合金元素が下限値未満では、いずれも強度および耐熱強度が不足して十分な加工速度の向上が得られる前に断線が生じてしまい、上限値を超えるといずも導電率が低下して十分な加工速度が得られない。

被覆層３は、β相とα相の混合相からなるＣｕ−Ｚｎ合金であり、被覆層３の径方向の断面積Ａに対する被覆層３中にβ相が占める面積Ｂの比率（Ｂ／Ａ）が、０．５〜１．０である。放電特性は、α相よりもβ相が優れており、β相が放電特性とほぼ比例する放電加工速度を満足する。

本発明の第１の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線によれば、高いＺｎ濃度のために放電加工速度が向上し、被覆層の外径比が０．１０〜０．２５となるように形成したため、高温強度と導電性を向上させることができた。ワイヤ放電加工用電極線１の引張り強さ、導電率、延び、高温時の引張り強さ比を前述のように限定したため、放電特性の向上と放電中のワイヤ放電加工用電極線１の耐熱性を向上させることができた。

図２は、本発明の第２の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の断面を示す。このワイヤ放電加工用電極線１は、第１の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線１と心材２および被覆層３を形成した点については同じである。第１の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線１と異なる点は、被覆層３の外周に、Ｃｕ−３０〜３８重量％Ｚｎ合金からなる外側被覆層４を形成したものである。

ここで、ワイヤ放電加工用電極線１の外径をＤ、外側被覆層４の厚さをｕとするとき、ワイヤ放電加工用電極線１の外径Ｄに対する外側被覆層４の厚さｕの比率（ｕ／Ｄ：外側被覆層の外径比）が０．００５〜０．０４になるように形成した。外側被覆層の外径比が０．００５以下では電極線の伸線加工性の向上が期待できず、０．０４以上では亜鉛濃度の低い最表層が放電加工速度を低下させてしまうからである。

本発明の第２の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線によれば、高いＺｎ濃度のために放電加工速度が向上し、外側被覆層の外径比が０．００５〜０．０４になるように形成したため、冷間伸線加工性能を向上させることができた。

以下、実施例について説明する。

Ｃｕ−０．４１Ｉｎ銅合金を溶解鋳造して直径が４．０ｍｍの心材とし、この心材に、厚さ０．２ｍｍ、幅１３ｍｍのＺｎテープを縦添え被覆する。その後、この線材上に厚さ０．５０ｍｍの黄銅テープ（Ｃｕ−３５重量％Ｚｎ）を縦添えし、その突合せ部を溶接して直径が５．４ｍｍの複合線材を形成する。この複合線材に伸線加工と熱処理を繰り返し、最後にこの複合線材を複数の伸線ダイスに通して縮径加工し、線径が０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。

Ｃｕ−０．２２Ｉｎ銅合金を溶解鋳造して得られた直径が４．０ｍｍの心材を使用する以外は、実施例１と同様にして、線径が０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。

Ｃｕ−０．３９Ｍｇ銅合金を溶解鋳造して得られた直径が４．０ｍｍの心材を使用する以外は、実施例１と同様にして、線径が０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。

Ｃｕ−０．２０Ｍｇ銅合金を溶解鋳造して得られた直径が４．０ｍｍの心材を使用する以外は、実施例１と同様にして、線径が０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。

Ｃｕ−０．１０Ｓｎ−０．３０Ｉｎ銅合金を溶解鋳造して得られた直径が４．０ｍｍの心材を使用する以外は、実施例１と同様にして、線径が０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。

Ｃｕ−０．０５Ｓｎ−０．３５Ｉｎ銅合金を溶解鋳造して得られた直径が４．０ｍｍの心材を使用する以外は、実施例１と同様にして、線径が０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。

Ｃｕ−０．１０Ｓｎ−０．２０Ｉｎ銅合金を溶解鋳造して得られた直径が４．０ｍｍの心材を使用する以外は、実施例１と同様にして、線径が０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。

Ｃｕ−０．０５Ｓｎ−０．１５Ｉｎ銅合金を溶解鋳造して得られた直径が４．０ｍｍの心材を使用する以外は、実施例１と同様にして、線径が０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。
（比較例１）

Ｃｕ−１５Ｚｎ銅合金を溶解鋳造して得られた直径が４．０ｍｍの心材を使用する以外は、実施例１と同様にして、線径が０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。
（比較例２）

Ｃｕ−２０Ｚｎ銅合金を溶解鋳造して得られた直径が４．０ｍｍの心材を使用する以外は、実施例１と同様にして、線径が０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。
（比較例３）

Ｃｕ−３０Ｚｎ銅合金を溶解鋳造して得られた直径が４．０ｍｍの心材を使用する以外は、実施例１と同様にして、線径が０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。
（従来例）

Ｃｕ−３５Ｚｎ銅合金を溶解鋳造して得られた直径が４．０ｍｍの心材を使用する以外は、実施例１と同様にして、線径が０．２５ｍｍのワイヤ放電加工用電極線を作製した。

表１は、実施例、比較例、および従来例の心材組成、被覆層の外径比、引張強さ、導電率、高温時の引張り強さ比、放電加工速度を示したものである。なお、放電加工速度は従来例を１００とした場合の指数で示した。また、被覆層の外径比は電極線の外径Ｄに対する被覆層の厚さｔの比率（ｔ／Ｄ）で示した。さらに、高温時の引張り強さ比は、３００℃の引張り強さ／２０℃の引張り強さ×１００（％）で示した。

表1より明らかなように、本実施例１〜８は、いずれも導電率、高温時の引張り強さ比が比較例１〜３および従来例と比較して高く、その結果として、放電加工速度が著しく向上している。

これに対し、比較例および従来例は、いずれも導電率が低いために放電特性（放電しやすさ）が劣り、放電加工速度が小さいことがわかる。さらに、高温時の引張り強さ比が小さいため放電時の発熱に耐えることができず断線が生じ、結果として放電加工速度の大きな向上は認められなかった。

本発明の第１の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の断面図である。本発明の第２の実施の形態に係るワイヤ放電加工用電極線の断面図である。

符号の説明

１ワイヤ放電加工用電極線
２心材
３被覆層
４外側被覆層
Ｄ外径
ｔ被覆層の厚さ
ｕ外側被覆層の厚さ

Claims

銅合金からなる心材の外周にＣｕ−３８〜４７重量％Ｚｎ合金からなる被覆層により被覆した金属線より構成され、前記金属線の外径に対する前記被覆層の厚さの比率が０．１０〜０．２５であるワイヤ放電加工用電極線において、
前記心材は、Ｃｕ−０．２２〜０．４１重量％Ｉｎ合金であることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。