JPH0724977B2 - ワイヤ放電加工用電極線の製造方法 - Google Patents

ワイヤ放電加工用電極線の製造方法

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JPH0724977B2
JPH0724977B2 JP60223794A JP22379485A JPH0724977B2 JP H0724977 B2 JPH0724977 B2 JP H0724977B2 JP 60223794 A JP60223794 A JP 60223794A JP 22379485 A JP22379485 A JP 22379485A JP H0724977 B2 JPH0724977 B2 JP H0724977B2
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、ワイヤ放電加工機に広く使用される電極線に
関し、黄銅系合金に特殊元素の添加とその製造方法によ
つて放電加工性改善をなしたものである。
ワイヤ放電加工とは、通常0.05〜0.35mmφの電極線を走
行させつつ被加工物との間に加工液を介しつつパルス状
の放電を発生させ、該放電エネルギーによつて被加工物
を溶融し、加工液及び電極線、被加工物などの瞬間的な
気化爆発力によつて溶融物を除去するもので、特に複雑
で精密な形状の被加工物例えばプレス金型の製作加工な
どに広く用いられている。
このワイヤ放電加工では、被加工物の表面状態がよく、
放電安定で断線が少なく、加工速度の速いことなどの放
電加工性が要求されている。
〔従来の技術とその問題点〕
従来はこのワイヤ放電加工用電極線としては純銅線が使
用されていたが、引張り強さが低いので放電加工時に張
力をあまり大きくかけられないために電極線の振動を抑
えることができず、従つて加工精度が悪くなり、又断線
し易く、更に、Cu自体の放電加工性も十分ではなく、加
工速度も遅いなどの諸欠点があつた。そのためモリブデ
ン線やタングステン線等の精密加工用高強度線が用いら
れたり、又一般の加工用には65/35黄銅線を代表とする
黄銅電極線が広く使用されるようになつている。黄銅電
極線は純銅線に比して約2倍以上の引張り強さがあり、
かつその合金成分のZnの存在は気化爆発力が向上し、被
加工物溶融部を効率よく除去でき、加工速度の向上と被
加工物への付着物減少が実現できるという長所を有して
いる。
然し、近年ワイヤ放電加工装置の面での電源やテーブル
送り機構の改良及び無人運転の実現などに伴つてワイヤ
放電加工のランニングコスト、加工品質に対して自が向
けられるようになり電極線に対する放電加工性の向上の
要望が高まつている。特に放電安定性の向上は加工精度
と無人運転実現に対して重要なことであつて、現在最も
広く使用されている黄銅の電極線では必ずしも充分とは
言えず改良が望まれていた。
黄銅(Cu−Zn合金)のZnのような蒸気圧の高い金属を用
いると被加工物溶融部を効率よく除去でき、加工速度が
向上して加工ランニングコストが低減することや仕上り
表面状態がよくなることなどに加えて、金属酸化物の如
き電気絶縁耐圧の大きい被覆層を設けることによつて放
電が安定して短絡しにくくなり、サーボ機構で制御され
たテーブル送りも順調になり加工速度が向上することに
着目し、Cu−Zn合金に限定された添加元素の配合と限定
された製造方法を施すことによつて上記の要望を満たす
ことを本発明の目的とした。
〔発明の構成とその作用〕
本発明は、Cu−Zn合金に、Al,Ga,Mn,Crなどの金属を添
加した特殊黄銅合金の線材を伸線する過程で、高温で短
時間の通電加熱を施す製造方法によつて、Zn元素を熱拡
散によつて線材表層部に拡散固着させ高濃度Zn層を生成
させ、且つ線材表層部にAl,Ga,Mn,Crなどの酸化物即ちA
l2O3,Ga2O3,MnO2,CrO3の層を生成させて、短絡のない放
電安定性と被加工物への付着物の減少とをもたらし、延
いては加工速度の向上をはかつたものである。つまり高
温でZnが拡散する現象を利用し、黄銅線の表層部に高濃
度Zn層を生成させると共に、表面に酸化物を形成し易
く、且つ放電安定性良好な元素、即ちAl,Ga,Mn,Crなど
の添加によつて放電加工性を向上させたものである。
即ち本発明は、Zn20〜40wt%とAl,Ga,Mn,Crのうち1種
又は2種以上を合計で0.1〜5wt%(以後組成成分のwt%
は%で表わす)と、残部Cu及び不可避な不純物からなる
特殊黄銅線を線引工程において、少くも1回以上ワイヤ
を走行させつつ非酸化雰囲気中で通電加熱するような製
造方法をとることを特徴としたものである。
その通電加熱の条件は、1個又は複数個の加熱ゾーンを
備えた通電加熱装置において、各加熱ゾーンの通電電流
IK(アンペア)、印加電圧VK(ボルト)、ワイヤの直径
D(mm)、走行速度S(m/min)としたとき45を越えな
い範囲で10≦ΣIKVK/D2Sを満たすことを特徴としてい
る。この条件範囲内で製造したとき、電極線の表面近傍
の元素濃度分布は第2図に示すような形態となり、高濃
度Zn層の生成により加工速度が向上し、被加工物への付
着物が減少し、更に高濃度金属酸化物層の生成により安
定放電が実現できる。
ここで、Al,Ga,Mn,Crを添加元素として選んだのは、そ
れらが酸化し易い金属で、表層部に酸化物を容易に形成
する為であり、Ag,Niでは酸化物形成が期待できず、放
電不安定となり、Sn,Geでは脱亜鉛現象を促進し、表面
にZnの涸渇領域(depleted−zone)を生成し加工速度を
低下せしめるなどの現象が知見されたからである。
Zn量については、Znを20〜40%としたのは、20%未満で
はワイヤ自身のZn量の不足を本発明による製造方法によ
つても補い切れず、通常用いられている65/35黄銅線以
上の加工速度を達成できないからである。40%を越える
と細径化の伸線加工性が極度に低下し、非能率的な操業
になる。
Al,Ga,Mn,Crの中から1種又は2種以上の合計を0.1〜5.
0%としたのは、0.1%未満では添加元素の効果が小さく
放電加工性の向上につながらないためであり、5.0%を
越えると伸線加工性が極度に低下し、非能率的な操業に
なるからである。
又通電加熱を利用したのは高温で短時間加熱できるため
であり、従来の加熱炉では昇温、冷却に多くの時間を要
し、非能率であると同時に高温での脱亜鉛現象を促進し
てしまうからである。更に通電加熱条件を45を越えない
範囲で10≦ΣIKVK/D2Sとしたのは10以下では十分な高濃
度Zn層と金属酸化物層が生成せず加工速度などの放電加
工性が向上しないからである。45を越えると脱亜鉛が進
行して表層部のZn濃度が低下して加工速度が低下するか
らである。
〔実施例〕
実施例(1) 黒鉛ルツボと高周波溶解炉を用いてCuを溶解し、湯面を
木炭粉末で覆つた状態でZnを添加した後、Al,Ga,Mn,Cr
を夫夫添加して第1表のNo.1〜No.13に示すような本発
明による組成成分の13種 類の鋳塊をつくつた。鋳塊は25mm角、長さ300mmであり
その表面を一面当り2.5mm面削した後、熱間圧延によつ
て8mmφにした後ダイス曳伸線によつて2.0mmφの線材に
した。次に、第1図に示すような通電加熱装置4を備え
られた連続伸線機3でこの線材2を0.9mmφの線材5に
伸線し、通電加熱を施した。通電加熱装置4は予熱ゾー
ン7と加熱ゾーン8で電圧が印加され、その時の印加電
圧は両ゾーン共に等しく線材5の長さ即ち抵抗値の違い
によつて電流値が異なつてくる。又加熱ゾーン8は線材
5の必要以上の酸化を防ぐ為に水蒸気が充満されてい
る。線速を300m/min,600m/min,900m/minとして印加電圧
を種々変えて加熱した時の加熱条件を第1表に併記し
た。ここでI1は予熱電流、I2は加熱電流である。このよ
うに高温短時間の通電加熱を施された0.9mmφの線材は
添加元素の酸化物特有のにぶい光沢をしていた。次にこ
れら0.9mmφの線材を別の連続伸線機によつて0.2mmφに
伸線し本発明による実施例の電極線とした。
尚比較例として、組成成分が本発明によらない合金の中
で3種類(No.14,No.15,No.16)は0.2mmφの線材を上記
実施例と同じ製造方法のもとにつくり、他の3種類(N
o.17,No.18,No.19)は伸線加工が困難で0.2mmφにはな
りにくかつた。
更に他の比較例として組成成分は本発明によるも通電加
熱が本発明の条件によらないもの即ちNo.20,No.23は通
電加熱条件は10以下でNo.21,No.22は45以上のものの4
種類を0.2mmφの線材につくつた。又比較例No.24として
Zn量の多い黄銅線の線材をつくろうとしたがβ相のため
伸線が困難であつた。
又従来例として、従来電極線として使用されている65/3
5黄銅線と純銅線を0.9mmφで400℃×1時間加熱後0.2mm
φに伸線し、従来例の電極線No.25及びNo.26とした。
上述のようにしてつくられた0.2mmφの電極線を放電加
工機に装着して、被加工物として30mm厚さのSKD−11を
第2表に示すような放電加工条件のもとに直線切断し
た。
加工結果を第1表に併記した。第1表の加工速度比とは
65/35黄銅線No.25の加工速度を100としその比で表わ
し、放電安定性は加工速度のばらつきの大きさ、短絡の
し易さなどの総合的評価で、良を○、やゝ良を△、不良
を×で表わした。
第1表の加工結果によれば、本発明の実施例によるNo.1
〜No.13は、いずれも従来例No.25及びNo.26に比べて加
工速度は優れ、放電安定性もまさつている。これに対し
て比較例のNo.14,No.15は加工速度が劣つている。これ
はZn量が本発明によるよりも少ないので本発明による通
電加熱によつてもなお表層部のZn濃度が十分に高くなり
得なかつたからである。No.16は加工速度は劣つていな
いが放電安定性は劣つている。これはZn量は少くないが
添加元素Gaの量が本発明による量よりも少いから金属酸
化物の生成が不充分であつたからである。No.17,No.18,
No.19は伸線加工が困難だつたので0.2mmφ線材につくら
なかつた。添加元素の合計が5%を越えたものであつた
からである。No.20及びNo.23は加工速度、放電安定性共
に優れていない。両者は組成成分は本発明によるも通電
加熱条件が本発明による範囲以下なので通電加熱が不充
分となり表面層への酸化物とZnの拡散析出が不足だつた
からである。No.21,22は加工速度、放電安定性共に著る
しく劣つている。通電加熱が過剰で脱Zn現象を起したた
めである。
表面が赤つぽくなつていた。
実施例(2) 実施例(1)で0.9mmφで通電加熱を施したところ迄つ
くつた本発明による組成成分の線材のうち5種類(実施
例(1)のNo.1,No.4,No.8,No.11,No.23)を撰んで第1
図の通電加熱装置付き連続伸線機で0.2mmφに伸線し本
発明による通電加熱条件のもとに加熱した。このように
してつくられた実施例(2)の10種類の電極線(第3表
のNo.1〜No.10)を実施例(1)の場合と同じく放電加
工実験を行つた。
尚比較例として組成成分と0.9mmφでの通電加熱共に本
発明によつたが0.2mmφでの通電加熱が本発明によらな
かつたもの(第3表のNo.11,No.12)と、0.2mmφでの通
電加熱は本発明によつたが組成成分が本発明によらなか
つたもの(第3表のNo.13,No.14)と、組成成分は本発
明によるが0.9mmφ,0.2mmφでの通電加熱が共に本発明
によらなかつたもの(第3表のNo.15)と、組成成分と
0.2mmφでの通電加熱は本発明によるが0.9mmφでの通電
加熱が本発明によらなかつたもの(第3表のNo.16)の
計6種類(第3表のNo.11〜No.16)の0.2mmφの電極線
をつくり、実施例に準じて加工試験を行つた。
又従来例として、実施例(1)の65/35黄銅線を500℃に
加熱した3m長のパイプに線速100 m/minで走行させて加熱したものを実施例と同じく放電
加工試験を行つた。
以上の実施例、比較例、従来例の放電加工試験結果を第
3表に併記した。なお通電加熱時の線速は800m/min,100
0m/min,1200m/minの3条件で行つた。第3表によれば本
発明による組成成分を有し、且つその通電加熱の条件に
従つて、製造工程中の0.9mmφのときと0.2mmφのときに
ワイヤを走行させつつ通電加熱したもの(実施例No.1〜
10)の結果は従来例のNo.17に比べていずれも加工速度
放電安定性共に優れている。即ち2回の通電加熱のうち
少くも1回が本発明による条件に従つていればよかつた
ものである。例えばNo.1は0.9mmφ時の通電加熱、No.9
及びNo.10は0.2mmφ時の通電加熱のみ本発明の条件に従
い、他は条件が10以下の範囲外である。なお通電加熱条
件は0.9mmφと0.2mmφとの2回の和ではない。例えばN
o.2はその和は32.5+24.6=57.1で条件外であるが、そ
の時々の条件即ち第1回目の32.5と第2回目の24.6とが
条件内であればよいのである。
比較例のNo.11とNo.12とは0.2mmφ時の、No.16は0.9mm
φ時の通電加熱がいずれも条件外の過剰であつたために
脱Znを生じ加工速度、放電安定性共に著るしく低下して
いた。即ち1回でも条件が45を越えて範囲外の通電加熱
をしたときは他の通電加熱は条件内であつても放電加工
結果は低下する。然し10以下のものは他の通電加熱で10
以上にしてやれば良い。又No.13は放電安定性は良いが
加工速度が従来例No.17に比べて稍劣つている。組成成
分のZn量が本発明によるものより少ないからである。N
o.14とNo.15とは放電安定性が良くない。前者は黄銅へ
の添加元素Gaの量が本発明による量よりも少なかつたか
らであり、後者は通電加熱条件が0.9mmφ,0.2mmφのと
きの2回共に本発明の条件外にあつたからである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による電極線を製造できる連続伸線付き
通電加熱装置の概要図である。 第2図は電極線の表面から深さによるCu,Zn,各添加元素
の濃度の変化を示す図である。 1:サプライ、2:ワイヤ 3:伸線機、4:通電加熱装置 5:ワイヤ、6:スプラー 7:予熱ゾーン、8:加熱ゾーン 9:冷却ゾーン 〔効果〕 上述したように、本発明によれば、放電加工に実質的に
寄与する電極線の表面層のZn濃度を高めて加工速度を向
上でき、Al,Ga,Mn,Crなどの酸化物の表面への析出によ
り安定した放電と短絡防止が可能となり、工業的な規模
で能率的に生産できワイヤ放電加工業界に寄与するとこ
ろ大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−159955(JP,A) 特開 昭57−85948(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】組成成分がZn20〜40wt%と、Al、Ga、Cr、
    Mnの中から1種又は2種以上を合計で0.1〜5.0wt%と、
    残部Cu及び不可避な不純物からなるワイヤ放電加工用電
    極線の製造方法において、線材を走行させつつ、Σ(IK
    VK)/(D2S)が45を越えない範囲で、少なくとも1回
    以上、下式の条件で通電加熱することを特徴とするワイ
    ヤ放電加工用電極線の製造方法。 10≦Σ(IKVK)/(D2S) 但し、IK:各加熱ゾーンでの通電電流(アンペア) VK:各加熱ゾーンでの印加電圧(ボルト) D:線径(mm) S:線速(m/mm)
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