KR101711040B1

KR101711040B1 - 와이어 방전 가공용 전극선 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR101711040B1
Application number: KR1020157020864A
Authority: KR
Inventors: 카즈아키 스기무라; 히로무 이즈미다; 켄이치 시미즈; 시네이 다카무라; 카츠토시 이와모토
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤; 스미토모 덴코 스틸 와이어 가부시키가이샤
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2017-02-28
Also published as: US20150360309A1; KR20150103234A; CN104994984B; WO2015033896A1; US9849531B2; JP2015071221A; JP5845326B2; CN104994984A; TW201515748A; TWI625185B

Abstract

본 발명의 목적은, 강선에 구리 아연 합금을 도금하여 이루어지는 와이어 방전 가공용 전극선에 대해서, 도전성과 방전성을 양립시켜 가공 속도를 향상시키는 것이다. 또한, 전극선의 신선(wire-drawing) 공정시에 도금의 박리, 파쇄 등이 발생하는 것을 억제하는 것이다. 그리고, 본 발명의 와이어 방전 가공용 전극선에서는, 심선(core wire)으로서의 강선(11)과, 상기 강선을 피복하는 구리 아연 합금으로 이루어지는 도금층(12)으로 이루어지고, 상기 도금층의 평균 아연 농도가 60∼75질량％이고, 상기 도금층의 도전율이 10∼20％IACS이고, 선 지름이 30∼200㎛인 구성으로 했다.

Description

와이어 방전 가공용 전극선 및 그의 제조 방법{ELECTRODE WIRE FOR WIRE ELECTRIC DISCHARGE MACHINING, AND METHOD FOR PRODUCTING SAME}

본 발명은, 와이어 방전 가공용 전극선 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

워크(workpiece;피(被)가공물)의 절단 가공 방법으로서, 와이어 방전 가공법이 알려져 있다. 와이어 방전 가공법에서는, 와이어로 이루어지는 방전 가공용의 전극선을, 가공액에 침지한 워크에 관통시킨 상태에서, 그 전극선과 워크의 사이에 전압을 부여하여 방전을 발생시키고, 방전에 수반되는 열로 워크를 용융시키고, 또한 가공액의 기화 폭발로 워크의 용융 부분을 제거하게 된다. 워크를 전후 좌우로 이동시켜, 워크 상의 전극선의 궤적을 따라 연속적으로 상기 용융 및 제거 현상을 발생시킴으로써, 소망하는 형상으로 절단 가공이 행해진다.

그런데 방전 가공용의 전극선은, 그 선 지름이 작을수록 정밀한 가공이 가능해지기 때문에, 일반적으로 전극선의 소경화(reduction in the diameter)의 요청이 존재한다. 다른 한편, 방전 가공 중에 휘어지지 않도록 전극선에는 장력이 부여된다. 소경화하면 장력을 견디지 못하고 단선이 발생하기 쉬워지기 때문에, 전극선의 인장 강도도 일정 정도 확보할 필요가 있다.

그래서, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 전극선으로서 심선(core wire)이 되는 강선(steel wire)의 표면을 구리 아연 합금(황동)으로 도금한 와이어 방전 가공용 전극선이 개발되고 있다. 이러한 전극선은, 심선이 강선인 점에서 황동선 등과 비교하여 인장 강도가 우수하다. 또한, 황동 도금 중의 구리에 의해 도전성이 확보되고, 아연에 의해 방전성이 확보되고 있다.

일본특허공고공보 평2-49849호

특허문헌 1과 같은 종래의 황동 도금 강선으로 이루어지는 전극선에서는, 황동 중의 아연의 농도가 10∼50질량％로 비교적 낮기 때문에, 도전성은 양호하기는 하지만, 방전성이 불충분했다. 와이어 방전 가공법에서는, 전술한 바와 같이 전극선으로부터의 방전에 수반되는 열로 워크를 용융시켜 가공하기 때문에, 방전성(전자 방출 성능)이 불충분하면 가공 속도가 오르지 않는 문제가 있었다.

다른 한편, 황동 중의 아연의 농도가 과잉해지면, 필연적으로 구리 성분이 부족하여 도전성이 저하되기 때문에, 가공 속도가 저하되게 된다.

그래서 본 발명의 해결해야 할 과제는, 강선에 구리 아연 합금을 도금하여 이루어지는 와이어 방전 가공용 전극선에 대해서, 도전성과 방전성을 양립시켜 가공 속도를 향상시키는 것이다. 또한, 전극선의 신선 공정(wire-drawing step)시에 도금의 박리, 파쇄 등이 발생하는 것을 억제하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 와이어 방전 가공용 전극선을, 심선으로서의 강선과 상기 강선을 피복하는 구리 아연 합금의 도금층으로 구성되고, 당해 도금층의 평균 아연 농도가 60∼75질량％이고, 상기 도금층의 도전율이 10∼20％IACS이고, 도금층과 심선을 포함하는 전체의 선 지름(wire diameter)을 30∼200㎛로 했다.

전극선의 구리 아연 합금 도금 중의 아연 농도를 이상과 같이 함으로써, 합금 전체의 워크 함수가 저하되고, 도전율과 방전성이 양립되어 가공 속도가 향상된다.

도 1(a)는 와이어 방전 가공용 전극선의 단면도이다.
도 1(b)는 확산 처리 전의 와이어 방전 가공용 전극선의 단면도이다.
도 1(c)는 다른 실시 형태에 있어서의 와이어 방전 가공용 전극선의 단면도이다.
도 2(a)는 와이어 방전 가공용 전극선의 제조 공정의 개요를 나타내는 흐름도이다.
도 2(b)는 다른 실시 형태에 있어서의 와이어 방전 가공용 전극선의 제조 공정의 개요를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 와이어 방전 가공용 전극선의 사용 상태의 개요를 나타내는 사시도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 실시 형태의 와이어 방전 가공용 전극선(10)은, 심선이 되는 강선(11)과, 강선(11)의 표면에 형성된 구리 아연 합금 도금층(12)으로 이루어진다.

여기에서 전극선(10)의 선 지름은, 30∼200㎛로, 매우 소경이기 때문에, 정밀한 방전 가공을 행할 수 있게 되어 있다. 전극선(10)의 인장 강도는, 특별히 한정되지 않지만, 방전 가공시에 단선하지 않도록, 2000㎫ 이상인 것이 바람직하다. 또한 전극선(10)의 신선 가공시의 감면율(reduction of area)은 특별히 한정되지 않지만, 가공 경화에 수반하여 상기한 바와 같은 높은 인장 강도를 실현하기 위해서는, 95％ 이상이 바람직하다.

심선이 되는 강선(11)의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 높은 인장 강도를 확보하기 위해서는, 0.6∼1.1질량％의 탄소를 포함하는 강선이 바람직하다. 이러한 강선으로서는, 소위 60카본, 80카본, 그리고 100카본의 피아노선을 예시할 수 있다.

구리 아연 합금 도금층(12) 중에 차지하는 아연의 평균 농도는 60∼75질량％이고, 그 나머지는 구리와 미량의 불가피적 불순물이다. 또한, 구리 아연 합금의 도전율은, 10∼20％IACS이고, 15％IACS인 것이 특히 바람직하다. 아연이 60질량％를 하회하면 아연이 부족하여 방전성이 뒤떨어지고, 아연이 75질량％를 초과하면 구리가 부족하여 도전성이 뒤떨어지게 된다.

구리 아연 합금 중의 아연의 평균 농도를 60∼75질량％로 하고, 도전율을 10∼20％IACS로 조절함으로써, 하기 실시예에서 나타내는 바와 같이, 방전성과 도전성의 균형이 우수한 가공 속도가 양호한 전극선(10)이 얻어진다.

구리 아연 합금 도금층(12)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 3㎛를 하회하면 도금층(12)이 지나치게 얇아 전극선(10) 전체의 도전성 등이 저하되고, 8㎛를 상회하면 전극선(10) 전체의 강도가 저하될 우려가 있기 때문에, 3∼8㎛가 바람직하다. 또한, 구리 아연 합금 도금층(12)의 강선(11)에 대한 피복률은, 도금층(12)에 박리나 파쇄가 거의 발생하고 있지 않은 상태, 즉 15∼45％로 되어 있다.

실시 형태의 전극선(10)은, 도 2(a)에 나타내는 바와 같은 실시 형태의 제조 방법에 의해 제조된다. 또한, 여기에서는 최소의 공정수를 나타내고 있으며, 이것 이외의 공정이 더해져도 좋다.

우선 공정 S₀에서 예를 들면 선 지름 4.0∼6.0㎜의 선재(강선(11))를 준비한다. 이 선재는 미리 산세정되는 등 함으로써 적절하게 스케일이 제거되어 있는 것으로 한다. 다음으로 공정 S₁에서, 이 선재를 예를 들면 건식 신선기(dry wire-drawing machine)에 의해, 예를 들면 선 지름 0.4∼1.5㎜로 1차 신선(wire -drawing)한다. 이 신선된 선재를 가열 및 급속 냉각하여, 패턴팅 처리(patenting treatment)를 적절하게 행해도 좋다.

또한 공정 S₂에서, 이 선재에 도금 처리를 행하고, 그 표면에 구리 도금층(13)을 형성한다. 이어서 공정 S₃에서, 구리 도금이 행해진 선재에 추가로 도금 처리를 행하고, 그 표면에 아연 도금층(14)을 형성한다. 이에 따라, 도 1(b)와 같이, 강선(11)의 표면의 내층에 구리 도금층(13)이 외층에 아연 도금층(14)이 형성된 상태가 된다. 이 구리 도금과 아연 도금의 실시 순서는 특별히 중요하지 않으며, 반대로 먼저 아연 도금을 행하고, 나중에 구리 도금을 행해도 좋다.

최종 신선보다 전의 선재가 비교적 대경인 상태에서 도금 처리를 행함으로써, 도금 불량 등을 방지할 수 있다. 이들 도금 처리의 방식에 대해서는, 특별히 한정되지 않고 일반적인 방법에 의한다. 구체적으로는, 전기 도금법이나 용융염 도금법을 예시할 수 있다. 또한, 압출 가공법의 1종인 컨폼(conform method)에 의해 피막을 형성하는 바와 같은 경우도, 본 명세서에서 언급하는 도금 처리에 포함되는 것으로 한다. 구리 도금층(13) 및 아연 도금층(14)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 그 중량 비율에 대해서는, 1.5≤Zn/Cu≤3으로 설정해 두는 것으로 한다.

또한 공정 S₄에서, 이 두께 도금층(14)이 형성된 선재를 예를 들면 습식 신선기(wet wire-drawing machine)에 의해, 선 지름 30∼200㎛로 마무리 신선(2차 신선)한다. 여기에서, 공정 S₁ 및 공정 S₄의 신선 공정에 있어서의 선재의 총 감면율은 특별히 한정되지 않지만, 인장 강도를 향상시키기 위해서는, 95％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

구리 도금층(13) 및 아연 도금층(14)은 확산 처리에 의해 합금화하여 구리 아연 합금 도금층(12)이 형성된다. 이에 따라, 실시 형태의 와이어 방전 가공용 전극선(10)이 완성된다.

구리 도금층(13) 및 아연 도금층(14)의 중량 비율이, 전술한 바와 같이 1.5≤Zn/Cu≤3이기 때문에, 구리 아연 합금 도금층(12) 중의 아연의 평균 농도는, 60∼75질량％가 된다. 또한, 이때 도금 두께와 합금종에 의해 도전율은 10∼20％IACS의 범위에 들어간다. 또한, 구리 아연 합금 도금층(12)은, 그 두께 방향으로 농도 구배가 생기도록 해도, 농도 구배가 생기지 않아 거의 균질이 되도록 해도, 어느 것이라도 좋다. 그러나, 방전성에 기여하는 아연이 확산 처리의 전부터 전극선(10)의 표면에 나타나 있기 때문에, 농도 구배가 비교적 큰 상태에서 처리를 종료시킬 수 있다. 이와 같이 하면, 강선(11)이 열 등에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 아연 농도가 60∼75질량％인 구리 아연 합금은, 그 상(相) 상태가 γ상이고, 육방정 구조(hexagonal structure)인 점에서, 단단하고 또한 무르고(brittle), 소성 가공이 곤란하다. 그 때문에 마무리 신선시에 신선 조건(감면율이나 다이스 반각(die half angle,의 선택)이 적절하지 않은 경우, 마무리 신선시에 도금층(12)의 박리나 파쇄가 발생할 우려가 있다. 하기 실시예의 표 2 및 표 3과 같이, 마무리 신선시의 조건을 일정한 지수(표 2 및 표 3에 있어서의 신선 조건 지수)에 의해 관리함으로써, 이러한 도금층의 박리나 파쇄를 피할 수 있다.

도 2(b) 및 도 1(c)를 참조하여, 다른 실시 형태의 전극선(10)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 이 실시 형태에서는, 도금 공정에 있어서, 우선 공정 S₂에서, 선재의 표면에 아연 도금층(14)을 형성하고, 이어서 공정 S₃에서, 추가로 그 위에서 구리 도금층(13)을 형성하여, 강선(11)의 표면의 내층에 아연 도금층(14)이 외층에 구리 도금층(13)이, 각각 형성된 상태로 한다. 그 후, 확산 처리에 의해 구리 아연 합금 도금층(12)이 형성되게 된다.

실시 형태의 전극선(10) 및 그의 제조 방법은 이상과 같으며, 다음으로 그 사용 방법을, 도 3을 참조하여 설명한다. 또한, 도 3은 개략도로서, 각 부품의 치수 등을 정확하게 나타내는 것은 아니다.

우선 도시 생략의 테이블 상에 워크(w)를 평면 이동 가능하게 올려놓고, 이 워크(w) 내에 스타트 스폿(s)을 형성하고, 여기에 실시 형태의 전극선(10)을 통과시킨다. 스타트 스폿(s)과 전극선(10)과의 사이에는, 약간의 간극(gap)이 존재한다.

전극선(10)의 일단은 공급 릴(20)에, 타단은 권취 릴(30)에, 각각 텐션 롤러(40)를 통하여 권회된다. 이들 공급 릴(20) 및 권취 릴(30)의 회전에 의해, 전극선(10)은 공급 릴(20)로부터 권취 릴(30)로 이송되게 되어 있다. 여기에서 전극선(10)에 부여되는 장력은, 한 쌍의 텐션 롤러(40)에 의해 조절되어 있다.

이 상태에서, 전원(50)으로부터 전극선(10)과 워크(w)와의 사이에 전압을 간헐적으로 부여한다. 또한, 전극선(10)과 워크(w)는, 물 등의 가공액에 침지되어 있는 것으로 한다.

전압의 부여에 의해, 전극선(10)과 워크(w)와의 사이에 방전이 발생하고, 이에 수반되는 열에 의해 워크(w)의 전극선 주위의 개소가 비접촉 상태인 채로 용융을 개시한다.

전극선(10)을 연속이송(successively feeding)하면서, 워크(w)를 이동시켜 가면, 워크(w) 상의 전극선의 궤적을 따라 용융에 의한 커트 라인(c)이 형성되어, 절단 가공이 행해지게 된다.

여기에서 실시 형태의 전극선(10)은, 선 지름이 30∼200㎛로 비교적 작기 때문에, 가공 정밀도가 양호하다. 또한, 구리 아연 합금 도금층(12)의 아연 농도가 60∼75질량％로 높은 점에서 방전성이 우수하고, 또한 도전율이 10∼20％IACS인 점에서 도전성도 부족해지는 일 없이, 전극선(10)은 방전성과 도전성의 균형이 우수한 것으로 되어 있다. 그 때문에 실시 형태의 전극선(10)은, 종래와 비교하여 방전 가공시의 가공 속도가 향상되어 있다.

실시예

이하에 더욱 상세한 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명의 내용을 한층 명확하게 한다.

하기표 1과 같이, 80카본으로 도금 전(前) 선 지름이 0.4㎜인 선재에 대해, 상기 실시 형태의 전극선의 제조 방법에 준하여, 합계 도금 두께가 33㎛가 되도록 구리 도금과 아연 도금을 순서대로 행하고, 감면율 등을 동(同) 조건(감면율 95.4％, 다이스수 17)으로 하여 각각 마무리 신선을 행했다. 이때 구리 아연 합금 도금 중의 평균 아연 농도가 각각 표 1에 나타나는 바와 같은 선 지름 100㎛, 도금 두께 7㎛의 실시예 1∼3 및 비교예 1, 2의 와이어 방전 가공용 전극선을 작성했다.

이들 실시예 1∼3 및 비교예 1, 2의 전극선에 대해, 장력 600㎫, 전압 7V, 통전 시간:무통전 시간＝1:8이라는 조건하에서, 가공 속도의 평가를 행했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

다음으로 상기 실시예 1∼3에서 사용한 마무리 신선의 처음의 4매의 다이스(하기표 2, 다이스 지름 참조)의 다이스 각도를 변경하여, 신선 조건 지수의 영향을 조사한 결과를 표 2에 나타낸다. 여기에서, 신선 조건 지수＝다이스 반각(rad.)×{1＋√(1－감면율)}²/감면율로 한다.

표 2로부터, 다이스 반각을 변경하여, 신선 조건 지수가 1.2∼2.0을 벗어난 경우, 도금에 벗겨짐이나 깎임 등의 문제가 일어날 수 있다. 또는 도금에 광택이 발생하여, 다음의 신선 다이스에 있어서 벗겨짐이나 깎임이 발생할 수 있는 것을 확인 할 수 있다.

다음으로 동일한 신선에 있어서, 다이스 지름을 조정하고, 감면율을 변화시킨 경우의 신선 결과를 다음 표에 나타낸다.

표 3으로부터, 감면율이 커짐, 또는 작아짐에 의해, 신선 조건 지수가 1.2∼2.0으로부터 벗어나는 경우도, 동일한 도금 문제가 발생할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

이번에 개시된 실시 형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 특허 청구의 범위에 의해 나타나고, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 수정과 변형을 포함하는 것이 의도된다.

10 : 실시 형태의 와이어 방전 가공용 전극선
11 : 강선
12 : 구리 아연 합금 도금층
13 : 구리 도금층
14 : 아연 도금층
20 : 공급 릴
30 : 권취 릴(take-up reel)
40 : 텐션 롤러
50 : 전원
w : 피가공물(워크)
s : 스타트 스폿(start spot)
c : 커트 라인

Claims

심선(芯線)으로서의 강선과,
상기 강선을 피복하는 구리 아연 합금으로 이루어지는 도금층으로 이루어지고,
상기 도금층의 평균 아연 농도가 60∼75질량％이고,
상기 도금층의 도전율이 10∼20％IACS이고,
상기 도금층의 두께가 3∼8㎛이고,
선 지름이 30∼200㎛이며,
상기 도금층은 상기 강선의 길이방향으로 수직한 단면의 전 둘레를 덮고 있는 와이어 방전 가공용 전극선.
제1항에 있어서,
인장 강도가 2000㎫ 이상인 와이어 방전 가공용 전극선.
제1항에 기재된 와이어 방전 가공용 전극선의 제조 방법으로서,
신선(伸線) 조건 지수가 1.2 이상 2.0 이하인 와이어 방전 가공용 전극선의 제조 방법.