JPH09225746A - 放電加工用電極線の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 合金による芯材の溶体化は、従来、９５０°
Ｃで３時間という条件で行っており、コストアップの原
因になっている。また、更なる加工速度の向上、耐断線
性の向上も望まれている。 【解決手段】 Ｃｕ−Ｚｒ系合金線にＺｎ又はＺｎを含
む金属材料を被覆した線材７を、不活性ガス雰囲気中に
した加熱電気炉２で加熱しながらを走行させ、加熱電気
炉２を出た通過直後に冷却水槽３を通して冷間伸線す
る。これにより、走行溶体処理が可能になり、耐熱性を
高めながら、各種のコストダウンが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤ放電加工に
用いられる放電加工用電極線の製造方法、特に、Ｚｎを
含む放電加工用電極線の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤ放電加工は、電極線となる細い金
属ワイヤ（放電加工用電極線）を巻き取りつつ被加工物
に対して三次元の送りをかけ、金属ワイヤと被加工物と
の間に放電を行いながら被加工物を溶断して糸鋸式の加
工を行うもので、特定形状の電極を使用しないで高精度
に三次元形状の製品を作成することができる。特に、加
工の困難な超硬合金等の加工が高精度に行えるため、近
年、実用範囲が広がりつつある。

【０００３】従来より用いられている放電加工用電極線
として、例えば、Ｃｕ−３５重量％Ｚｎ黄銅電極線があ
る。「伸銅技術研究会誌」２６、（１９８７）Ｐ１８１
（発表者：折茂、石橋、奥野）に記載のように、組成中
のＺｎ濃度が高いほど、加工速度を向上できることが知
られている。ところが、Ｚｎ（亜鉛）の量が４０重量％
を越えるとβ相が形成されるため、冷間圧延では伸線加
工が行えない。このように、加工性の問題から、Ｚｎを
含む放電加工用電極線においては、Ｃｕ−３５重量％Ｚ
ｎ黄銅線が標準品として考えられている。

【０００４】しかし、加工速度の向上は、生産性の向上
につながることから、Ｚｎを含みながら加工速度を高め
るための提案が種々なされている。例えば、５０％以上
のＺｎを含む合金を芯材に被覆した電極線（特公昭５７
−５６４８号公報）がある。更に、芯材に被覆するタイ
プには、銅合金にＺｎ（又はＺｎ合金）を浸漬焼鈍させ
て表面にＺｎ富化層を形成した電極線（特開昭６２−２
１８０２６号公報）、銅被覆鋼線に通電性の良い金属を
被覆した複合電極線（特公昭５７−５７２１１号公
報）、銅合金線の表面に所定の厚みのＣｕ−Ｚｎ合金層
を設け、更にＣｕ−Ｚｎ合金層の表面に所定厚のＺｎ層
を設けた電極線（特開昭６１−１１７０２１号公報）等
がある。また、銅被覆鋼線の表面に合金層を設け、その
Ｚｎの濃度が外表面に向かって高くなるようにした電極
線（特公平２−４９８４９号公報）も提案されている。

【０００５】更には、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｃｏ、
Ｔｉ等のいずれか１つが０．０３〜５．０重量％である
合金を芯材に用い、この表面にＺｎを９５％以上含む金
属を溶融メッキし、この後、５％以上の冷間加工を施し
た電極線（特開昭５９−１３４６２９号公報）も提案さ
れている。ところで、この提案において、芯材を構成す
る合金の中でＣｕ−Ｚｒ合金は、所望の抗張力を得るた
めには溶体化処理が不可欠であるが、一般にＣｕ−Ｚｒ
合金の溶体化熱処理は、通常、８〜１３ｍｍφの線材に
対し、９５０°Ｃ、３時間の加熱処理後、急冷を行う方
法で行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このため、従来の放電
加工用電極線の製造方法として、Ｃｕ−Ｚｒ合金の溶体
化を、９５０°Ｃで３時間という条件で行うとすれば、
コストアップの原因になることは避けられず、もし、走
行溶体化が可能になれば、溶体化におけるコストダウン
が可能になる。また、従来の放電加工用電極線によれ
ば、一応の加工速度及び加工特性は得られるものの、更
なる加工速度の向上、耐断線性の向上が望まれている。

【０００７】そこで本発明は、加工速度及び加工特性の
向上を図りながら、走行溶体化を可能にする放電加工用
電極線の製造方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、芯材としてのＣｕ−Ｚｒ系合金線にＺ
ｎ又はＺｎを含む金属材料を被覆した線材を加熱しなが
ら不活性ガス雰囲気中を走行させ、前記不活性ガス雰囲
気を通過後に直ちに水冷し、この水冷後に冷間伸線する
方法にしている。

【０００９】この方法によれば、アーク放電による加熱
及び加工時の張力に耐える芯材及び加工速度の向上を目
的とした高濃度のＺｎを含む表面合金層から構成された
線材７に対し、線材を走行させながらＣｕ−Ｚｒ合金の
溶体化が行われる。この結果、生産性が向上し、設備コ
スト及び生産コストを低減することができる。この場
合、Ｚｒの含有量を０．０２〜０．１６重量％にするこ
とで、加工速度の向上、被加工物の表面粗さ及び限界電
流印加時間の改善が顕著に現れる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を基に説明する。図１は本発明による放電加工用
電極線の製造方法を達成するための製造設備を示す概略
構成図である。図１に示す製造設備は、ラインの流れ方
向にペイオフ１、加熱電気炉２、冷却水槽３、定速巻取
機４及び整列巻取機５が順次直列的に配置した構成にな
っている。

【００１１】ペイオフ１は２つのプーリ６ａ，６ｂを備
え、加工後に放電加工用電極線となる線材７の巻き取り
やガイドに用いられている。加熱電気炉２は不図示のヒ
ータによって内部が加熱されており、両端には線材７を
挿通するための開口（不図示）が設けられている。そし
て、内部には線材７の表面に酸化等が生じるのを防止す
るための不活性（Ｎ₂ 、Ａｒ等）ガスが循環供給され、
この不活性ガス雰囲気中にペイオフ１からの線材７（こ
の線材７の構成については後記する）が挿通される。不
活性ガスを循環させるために、加熱電気炉２にはガス供
給口８及びガス排出口９が設けられている。

【００１２】冷却水槽３は内部に所定量の冷却水１０が
満たされ、この冷却水１０中を加熱電気炉２からの線材
７が通過できるように、ガイド用の複数のプーリ１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが設置されている。更に、
定速巻取機４は複数のプーリ１２ａ，１２ｂを内蔵し、
冷却水槽３からの線材７を後段に一定速度で送るための
機能を有している。整列巻取機５は、定速巻取機４から
の線材７をガイドするプーリ１３及び線材７を巻き取る
プーリ１４を内蔵している。

【００１３】図１の放電加工用電極線の製造設備におけ
る加工対象の線材７は、例えば、芯材に０．９ｍｍφの
Ｃｕ−（０．０２〜０．１６）重量％Ｚｒ（ジルコニウ
ム）が用いられ、その表面には表面合金層が施されてい
る。芯材にＣｕ−Ｚｒ線を用いる理由は、放電加工の
際、電極線にアーク放電が生じ、このために放電時に熱
が発生し、加工時の張力に耐えられずに断線が生じるの
を防止するためである。

【００１４】上記したように、Ｚｎ濃度が高いほど加工
速度が早い点に着目し、芯材の表面にはＺｎ又はＺｎ濃
度の高いＣｕ−Ｚｎ層を表面合金層として設けている。
放電加工時に消耗する厚さは約５μｍであるので、表面
合金層は５μｍ以上にすればよい（この場合、特公平４
−３５５４３号公報や特公平２−４９８４９号公報に記
載の表面層のように高いＺｎ濃度にする必要はない）。

【００１５】以上の如き構成の線材７はペイオフ１から
引き出され、加熱電気炉２の不活性ガス雰囲気中を１ｍ
／分程度の搬送速度で走行させながら７００°Ｃ〜９５
０°Ｃに加熱して溶体化する。この溶体化処理により、
Ｚｒを固溶させることができ、電極線に耐熱性を持たせ
ることが可能になる。加熱電気炉２で加熱された線材７
は、加熱電気炉２を出た直後に冷却水槽３に搬入され、
槽内の冷却水１０で急冷される。この後、冷却された線
材７は定速巻取機４を経て整列巻取機５のプーリ１４に
巻き取られる。

【００１６】Ｃｕ−Ｚｒ合金線は、従来、８〜１３ｍｍ
φ程度の銅線に９５０°Ｃで３時間、その後に急冷する
溶体化熱処理を行って耐熱性を付加している。しかし、
このような従来方式の熱処理は費用がかかり、放電加工
用電極線の生産コストを低減することができない。そこ
で、本発明では、低コストで溶体化が可能な中間サイズ
（例えば、０．９ｍｍφ）で７００〜９５０°Ｃの走行
加熱後に水冷し、以上説明した様に、ライン中の熱処理
で耐熱性を付加できるようにした。

【００１７】

【実施例】図２は図１に示した設備構成により放電加工
用電極線を製造した実施例（以下、「本発明材」とい
う）を示している。また、比較のために従来方法で製造
した放電加工用電極線を比較材として示している。本発
明材は芯材のＺｒ濃度が０．１６重量％の場合について
４例、０．０２重量％の場合について１例を示してい
る。また、比較材（vi）として０．１６重量％Ｚｒ濃度
の芯材を９５０°Ｃ、３時間により溶体化した例、及び
比較材(vii）としてＣｕ−３５重量％Ｚｎ合金線を用い
ている。Ｃｕ−Ｚｒの芯材に対しては、その表面には３
５重量％の合金層を表面に設けている。

【００１８】図１の設備に搬入する前に、７．４ｍｍφ
のＣｕ−０．１６重量％Ｚｒ線材を溶体化処理せずに酸
洗い及び水洗を行った後、内径８ｍｍφ、肉厚１ｍｍの
Ｃｕ−３５重量％Ｚｎのパイプに挿入した。この後、外
径１０〜８ｍｍφまでについてはスエージャ加工し、そ
の後に８〜５．５ｍｍφまではドローベンチで引き抜き
加工し、５．５〜０．９ｍｍφまでは冷間伸線した。こ
のように、０．９ｍｍφにした線材７を図２のラインに
１ｍ／分で流し、溶体化処理を行い、０．２ｍｍφの電
極線を作製した。

【００１９】なお、Ｃｕ−３５重量％Ｚｎの表面合金層
は、Ｚｎ及びＣｕ−Ｚｎ粉を用いた加熱焼結法によって
も形成することができる。以上のようにして作製された
放電加工用電極線について、放電加工性の評価を行った
ところ、図３に示す結果が得られた。被加工物として厚
さ４０ｍｍのＳＫＤ−１１を用いて断線限界速度を測定
した。また、被加工物の表面粗さの評価も実施した。

【００２０】図２より明らかなように、本発明によれ
ば、従来の比べてＣｕ−３５重量％Ｚｎの線材に比べ、
１７〜１８％の加工速度の増加が見られた。また、被加
工物の表面粗さ（μｍ）は従来に比べて小さくなってい
ることが確かめられた。なお、比較材（vi) は諸特性の
改善は顕著であるが、加熱電気炉２に３時間も滞在させ
る必要があり、生産性に劣る。また、Ｚｒの含有量は、
０．０２〜０．１６で最良の結果が得られた。

【００２１】図３は図２に示した各試料の放電加工性を
評価するための放電加工時のパルス波形を示す波形図で
ある。放電電流を３６Ａにし、オフ時間（電流休止時
間）を一定（２．８μｓ）としながら、オン時間（電流
印加時間）を変えて加工可能な速度（ワイヤが切れない
限界速度）を測定した。この加工電流印加時間と加工速
度の関係を示したのが図３である。

【００２２】図４は、図２の本発明材（ｉ）、及び比較
材（vi）とＣｕ−３５重量％Ｚｎによる比較材(vii) に
ついての測定結果を示している。本発明材（ｉ）による
走行溶体化材は、通常行われている溶体化処理を行った
比較材（Vi）とほぼ同様の耐断線性を示している。比較
材 (vii)が１．２μｓの放電時間で断線したのに対し、
本発明によれば溶体化処理した比較材（vi）と同様に
１．５μｓの放電時間まで断線限界が延びていることが
わかる。

【００２３】図２に示すように、本発明材（ｉ）〜（i
v）は７００°Ｃ以上の走行加熱温度において、断線限
界速度に対応する限界電流印加時間（μｓ）が１．５μ
ｓであり、比較材(vii) の１．２μｓに比べて改善され
ている。これはＣｕ−Ｚｒ合金においてＺｒの固溶によ
る耐熱性の向上があった為である。本発明材（ｖ）は、
Ｚｒが０．０２％と少ないものであるが、それでも限界
電流印加時間が１．４μｓに改善されていた。

【００２４】なお、Ｃｕ−３５重量％Ｚｎの融点は約９
００°Ｃであるが、走行加熱では電気炉温度が融点温度
以上でも製造可能である。しかし、電気炉温度が９５０
°Ｃ以上であると脱Ｚｎが激しくなる傾向を示すので、
９００°Ｃ近傍が望ましい。更に、表面合金層のＺｎ濃
度は高いほど加工速度が早くなるので、Ｚｎ濃度を高く
するのが望ましい。

【００２５】

【発明の効果】以上より明らかな如く、本発明によれ
ば、Ｃｕ−Ｚｒ系合金線にＺｎ又はＺｎを含む金属材料
を被覆した線材を加熱しながら不活性ガス雰囲気中に走
行させ、この不活性ガス雰囲気を通過後に水冷し、つい
で冷間伸線を行う本発明方法によれば、線材を走行させ
ながらの溶体化が可能になるので、耐熱性を有する電極
線に対し、生産性の向上及び設備コストと生産コストの
低減が可能になる。

【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製造設備を示
す概略構成図である。

【図２】図１に示した設備構成により放電加工用電極線
を製造した結果及び従来技術により製造した結果を示す
説明図である。

【図３】図２に示した各試料の放電加工性を評価するた
めの放電加工時のパルス波形を示す波形図である。

【図４】本発明による放電加工用電極線と従来技術によ
る放電加工用電極線の加工電流印加時間と加工速度の関
係を示す特性図である。

【符号の説明】

１ ペイオフ ２ 加熱電気炉 ３ 冷却水槽 ４ 整列巻取機 ７ 線材 １０ 冷却水

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】芯材としてのＣｕ−Ｚｒ系合金線にＺｎ又
   はＺｎを含む金属材料を被覆した線材を加熱しながら不
   活性ガス雰囲気中を走行させ、 前記不活性ガス雰囲気を通過後に直ちに水冷し、 前記水冷後に冷間伸線することを特徴とする放電加工用
   電極線の製造方法。
2. 【請求項２】前記Ｚｒは、含有量が０．０２〜０．１６
   重量％であることを特徴とする請求項１記載の放電加工
   用電極線の製造方法。