TWI618590B - 線放電加工所使用的線電極 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種線電極，包括包含黃銅的芯線(10)以及具有5微米以上的厚度的表層(20)。表層是將藉由電鍍形成鋅被覆層的黃銅線熱處理，藉此形成鋅被覆層中的鋅向黃銅線中擴散而成的僅β相的擴散層後，藉由將其熱處理線伸線以縮短直徑而形成。黃銅線一面在加熱爐(40)中以固定行進速度在水平方向上行進，一面在規定的固定溫度氣體環境下連續地均等地進行熱處理。

Description

線放電加工所使用的線電極

本發明是關於一種線放電加工所使用的線電極。本發明是關於一種使被覆層中的鋅向黃銅芯線擴散的線電極。

線電極是線放電加工所使用的工具電極。標準的線電極為Φ0.10毫米以上Φ0.30毫米以下。線電極的材質影響材料去除速度、面粗糙度以及形狀精度。以下，將面粗糙度以及形狀精度合併單稱為精度。由精度的觀點，線電極的圓周表面的粗糙度小為較理想。因放電加工而容易消耗的線電極，對精度有不好的影響。

在加工中，將線電極在一對線導引器之間垂直地搬運。行進的線電極承受適當的張力。行進的線電極在一對線導引器之間會 振動是可知的。線電極的振動對精度有不好的影響。線電極的大張力抑制不欲有的振動。因此，線電極必須具有高抗張力。再者，線電極必須具有高耐熱性與良導電性。

一般的線電極由黃銅製作。熔點低的鋅被覆在黃銅芯線的圓周表面的線電極是可知的。在加工中，鋅被覆層因放電吸取熱量而熔化飛散。其結果，黃銅芯線受到隔熱保護。可向鋅被覆線電極供給高峰值的電流，因此提升材料去除速度。

但是，鋅被覆層難以固定在黃銅芯線的圓周表面，有時因最終的伸線而剝離。電鍍難以形成厚的鋅被覆層。熱浸鍍難以形成面粗糙度小的鋅被覆層。

專利文獻1揭示一種在黃銅芯線與鋅被覆層之間形成藉由熱處理鋅向芯線擴散而成的層的線電極。此擴散層難以剝離鋅被覆層。專利文獻2揭示一種藉由鋅被覆線長時間的熱處理，構成包括銅合金芯線以及做為表層的擴散層的線電極。此擴散層是由α相與β相構成的α β混晶。α相表示面心立方晶格構造，β相表示體心立方晶格構造。

專利文獻3揭示一種對鋅被覆的純銅芯線，實施溫度不一樣的2次熱處理的線電極。此線電極包括α相芯線以及β相表層。 若芯線變質成α相黃銅，就難以形成足夠且均等厚度的表層。

專利文獻4揭示一種根據熱處理條件，將β γ相、γ ε相或β相-ε相的擴散層選擇做為表層而形成的線電極。熱處理條件，例如為溫度上昇速度。ε相表示原子密度高的六方最密晶格構造。在結晶構造上原子密度越高，放電能量的效率越提升是可知的。包括做為表層的ε相擴散層的線電極，理論上，可不使精度降低而提升材料去除速度。

(先前技術文獻) (專利文獻)

(專利文獻1)日本專利申請公開昭59-041462號

(專利文獻2)美國專利4935594號

(專利文獻3)美國專利5858136號

(專利文獻4)美國專利5762726號

放電的影響由線電極的圓周表面達到至5微米深度為止，因此做為表層的ε相擴散層必須有5微米以上的厚度。但是，ε相擴散層缺乏延展性、堅硬、難以進行塑性變形。因此，在最終的伸線之後，未被破壞而保留的ε相擴散層的厚度，最多2微米。據此，包括做為表層的ε相擴散層的線電極，實際上，未能有效運用其優點。

本發明的目的是提供一種可容易製造的，且包括富含足夠的厚度的鋅的表層的線電極。其他的目的和本發明的優點，在之後繼續的說明中敘述。

本發明的線電極，包括包含黃銅的芯線(10)以及具有5微米以上的厚度的表層(20)，表層(20)是在一面在加熱爐中使藉由電鍍形成鋅被覆層的黃銅線以固定行進速度在水平方向上行進，一面在規定的固定溫度氣體環境下藉由連續地均等地進行熱處理形成鋅被覆層中的鋅向黃銅線中擴散而成的僅β相的擴散層之後，藉由將其熱處理線伸線以縮短直徑而形成。

黃銅線的直徑較理想為Φ0.7毫米以上Φ1.2毫米以下。此外，鋅被覆層的厚度較理想為5微米以上20微米以下。此外，形成鋅被覆層的黃銅線較理想在450℃以上650℃以下的固定溫度氣體環境下進行熱處理。更理想為形成鋅被覆層的黃銅線在540℃以上600℃以下的固定溫度氣體環境下進行熱處理。此外，表層的鋅含有量為45重量百分比以上48重量百分比以下。

芯線包括黃銅，該黃銅包括60重量百分比以上70重量百分 比以下的銅以及30重量百分比以上40重量百分比以下的鋅。線電極更包括形成在芯線與表層之間的厚度1微米以下的隔壁層。

1‧‧‧線電極

2‧‧‧被覆線

4‧‧‧加熱器

5、6‧‧‧滾軸

7‧‧‧開捲機

8‧‧‧線軸

9‧‧‧熱電偶

10‧‧‧芯線

20‧‧‧表層

30‧‧‧隔壁層

40‧‧‧加熱爐

42‧‧‧供給口

44‧‧‧氮氣瓦斯

46‧‧‧入口

48‧‧‧出口

S1、S2、S3、S4、S5、S6‧‧‧步驟

圖1為表示本發明的線電極的剖面圖。

圖2為表示製造本發明的線電極的過程的流程圖。

圖3為在製造本發明的線電極的過程所使用的加熱爐的側視圖。

如圖1所示，本發明的線電極1包括芯線10、表層20以及隔壁層30。芯線10是黃銅。芯線10包括含有60重量百分比以上70重量百分比以下的銅、30重量百分比以上40重量百分比以下的鋅以及未達1重量百分比的雜質的黃銅。將鋅濃度超過40重量百分比的芯線10浸漬在鍍金液中時，容易溶解且無法維持外形。此外，若鋅含有量低於30重量百分比，芯線10的真直度會不足。芯線10較理想包括含有65重量百分比的銅以及35重量百分比的鋅的黃銅。

表層20為擴散層。擴散層整體上包括具有體心立方晶格的β 相。擴散層的鋅含有率為45重量百分比以上至48重量百分比以下。在可得到本發明的線電極1的作用效果的範圍內，擴散層容許僅含有α相或γ相。表層20包括含有超過40重量百分比的鋅的黃銅，所謂富含鋅黃銅。特別是，表層20較理想為含有45重量百分比以上48重量百分比以下的鋅。體心立方晶格的結晶構造與高鋅含有量，使放電加工的材料去除速度上升。

放電的影響由線電極1的圓周表面達到至5微米的深度為止，因此表層20至少具有5微米的厚度。在製造過程中，具有5微米以上20微米以下的厚度的鋅被覆層，藉由電鍍均等地形成在Φ0.7毫米以上Φ1.2毫米以下的芯線10的表面。藉由熱處理，被覆層中的鋅向黃銅芯線擴散，形成40微米以上80微米以下的厚度的擴散層。在最後的伸線中，擴散層的厚度向5微米以上20微米以下縮小。

隔壁層30在使鋅被覆層向β相擴散層變化的熱處理中，在一加熱條件下形成在芯線10與擴散層之間。隔壁層30具有1微米以下的厚度。隔壁層30在表層20的內側，因此不受放電的影響，不影響放電加工性能。因為隔壁層30非常薄，其成分和構造就不確實地分析。隔壁層30被推定為在擴散層的厚度向40微米以上80微米以下擴大時，使擴散延遲且保護芯線10。

線電極1提升材料去除速度。線電極1具備充分的導電性、抗張力以及真直度。線電極1含有未被伸線破壞的擴散層。

接著，參照圖2以及圖3詳細說明製造本發明的線電極1的流程的一例。在此流程製造包括芯線10以及表層20的Φ0.02毫米的線電極1。芯線10包括含有65重量百分比的銅以及35重量百分比的鋅的黃銅。表層20是β相擴散層，且具有5微米的厚度與46重量百分比的鋅含有量。

在流程的第1步驟S1，將銅板或銅塊(ingot)與鋅的粉末投入溶解爐中，生成黃銅。測量溶解爐中的銅或鋅的濃度，並生成芯線10所要求組成的黃銅。

在第2步驟S2，鑄造線材。為了生成線材，將熔化黃銅由溶解爐連續地流出並冷卻。成形出Φ6毫米以上Φ10毫米以下，較理想為Φ8毫米的線材。線材的直徑並無固定。線材中會形成如竹節般環狀的凸部。此外，在線材的表面會形成不欲有的小凹凸。

在第3步驟S3，線材藉由伸線縮短直徑。形成Φ0.7毫米以上Φ1.2毫米以下，較理想為Φ0.9毫米的黃銅線。此黃銅線成為最終的線電極1的芯線10。伸線中使用內徑不同的多個模具(dies)。線材穿過多個模具且階段地縮短直徑。此外，藉由伸線將線材的直 徑固定。黃銅線的直徑對於電鍍鋅與熱處理的效率進行程度為越小越好。此外，在線藉由伸線向Φ0.20毫米縮短直徑時，黃銅線的直徑對於表層20未被破壞的程度為越小越好。

在第4步驟S4，藉由電鍍鋅法對黃銅線實施鍍鋅。將捲在線軸(spool)的黃銅線裝填至開捲機(pay-off real)。黃銅線被施加張力且以固定的行進速度被搬運。首先，為了洗淨將黃銅線送至填滿鹼電解水的槽。接著，將黃銅線送往水洗淨裝置，沖洗鹼洗淨液。將黃銅線送往酸性的電鍍浴。使通過電鍍浴的黃銅線藉由暖氣加熱充分地乾燥後，捲繞在捲繞線軸上。為了形成均等的鋅被覆層，對應於檢測到的行進速度，控制捲繞速度。吸收張力變動的裝置設置在捲繞線軸的附近，防止由於黃銅線的振動導致的不規則電鍍。電鍍鋅的厚度為5微米以上20微米以下。根據需要，實施多次鍍金。

本發明的線電極1的重要特徵是具有5微米以上的厚度的表層20的整個區域為實質僅β相的擴散層。β相是在熱處理中改變材料的結晶構造的過程中形成的，其存在的時間短。為了均等地得到如此的表層20，必須在芯線10與鋅被覆層之間明確地畫分。因此，較理想為利用電鍍鋅法形成鋅被覆層。

電鍍法可均等形成表面光滑的被覆層。電鍍法與熱浸鍍法相 比較困難形成厚的鍍金。但是，過厚的鋅被覆層，難以藉由熱處理變化成均等的僅β相擴散層。此外，過厚的鋅被覆層延展性會不足。

在第5步驟S5，將具有厚度5微米以上20微米以下的鋅被覆層的被覆線2在加熱爐40中連續地均等地加熱。如圖3所示，Φ0.7毫米以上Φ1.2毫米以下的被覆線2捲繞在線軸8。被覆線2自線軸8，經由滾軸5、加熱爐40及滾軸6，往開捲機7搬運。藉由線軸8、滾軸5、滾軸6及開捲機7，對被覆線2施加持續程度的張力，且將被覆線2水平地支持在滾軸5與滾軸6之間。使被覆線2以固定速度在水平方向上直線地行進。

加熱爐40在被覆線2的行進方向上具有長的加熱室。加熱室的長度為數米。加熱室的平面視圖的剖面為矩形。在加熱爐40的水平底板上設有多個電加熱器4。電加熱器4位於與被覆線2隔開的位置。電加熱器4與被覆線2的最短距離為50厘米至100厘米。多個加熱器4在被覆線2的行進方向上以等間隔排列。未繪示的檢測器檢測被覆線2的行進速度，根據行進速度來控制線軸8的旋轉。藉由多個熱電偶9檢測加熱爐40中的溫度。多個熱電偶9設置在加熱爐40的頂板。

加熱爐40中的溫度，遍及整體都嚴密地維持在規定值。至鋅 被覆層變為僅β相的擴散層為止，被覆線2在規定的固定溫度氣體環境下曝露僅規定時間。隨著熱處理時間的經過，被覆層通常以α相、α β相、β相以及ε相的順序變化，但在步驟S5的熱處理形成僅β相的擴散層。僅β相的擴散層包括鋅含有量45重量百分比以上48重量百分比以下的黃銅。如此般對被覆線2連續地進行熱處理。

假設加熱爐40的全長約8米，被覆線2的適當行進速度為每分鐘2.8米以上每分鐘3.2米以下。加熱爐40中的溫度為固定地維持在450℃以上650℃以下，較理想為540℃以上600℃以下的範圍內。將加熱爐整體的溫度均等地維持。通過加熱爐40的被覆線2藉由5℃至35℃的常溫的空氣進行冷卻。將被覆線2緩慢地均等地冷卻，鋅的擴散會停止。

加熱爐40具有用於穿過被覆線2的入口46與出口48。在入口46與出口48不可避免地存在有間隙，經由其間隙常溫的空氣會流向加熱爐40中。為防止空氣的流入，在加熱爐40設有供給口42，自供給口42向加熱爐40中供給氮氣瓦斯44。氮氣瓦斯44的供給會將加熱爐40內的空氣由入口46與出口48的間隙逐出。其結果防止被覆線2與加熱器4的氧化。

習知，將直接地局部加熱被覆線的裝置靠近被覆線來設置。 或者，使被覆線靜止在加熱爐中，並以規定時間加熱。此方法雖然適合需要長時間的熱處理的情況，但是會形成具有結晶構造不同的多個相的擴散層。

在第6步驟S6，將熱處理線穿過模具，生成期望的直徑的線電極1。β相擴散層的延展性低於α相擴散層的延展性。但是，包括厚度40微米以上80微米以下的β相擴散層的Φ0.7毫米以上Φ1.2毫米以下的熱處理線，不破壞擴散層地進行縮短直徑。

1‧‧‧線電極

10‧‧‧芯線

20‧‧‧表層

30‧‧‧隔壁層

Claims (8)

1. 一種線電極，包括：芯線，包括黃銅；以及表層，具有5微米以上的厚度，上述表層是在一面在加熱爐中使藉由電鍍形成鋅被覆層的黃銅線以固定行進速度在水平方向上行進，一面在規定的固定溫度的氣體環境下藉由連續地均等地進行熱處理形成上述鋅被覆層中的鋅向上述黃銅線中擴散而成的僅β相的擴散層，將通過上述加熱爐的上述黃銅線曝露於5℃至35℃的常溫的空氣進行緩慢地冷卻使擴散停止之後，藉由將其熱處理線伸線以縮短直徑而形成。
2. 如申請專利範圍第1項所述之線電極，其中該黃銅線的直徑為Φ0.7毫米以上Φ1.2毫米以下。
3. 如申請專利範圍第1項所述之線電極，其中該鋅被覆層的厚度為5微米以上20微米以下。
4. 如申請專利範圍第1項所述之線電極，其中該黃銅線在450℃以上650℃以下的固定溫度的氣體環境下進行熱處理。
5. 如申請專利範圍第4項所述之線電極，其中該黃銅線在540℃以上600℃以下的固定溫度的氣體環境下進行熱處理。
6. 如申請專利範圍第1項所述之線電極，其中該表層的鋅含有量為45重量百分比以上48重量百分比以下。
7. 如申請專利範圍第1項所述之線電極，其中該芯線包括該黃銅，該黃銅包括60重量百分比以上70重量百分比以下的銅以及30重量百分比以上40重量百分比以下的鋅。
8. 如申請專利範圍第1項所述之線電極，更包括形成在該芯線與該表層之間的厚度1微米以下的隔壁層。