WO2000029156A1 - Procede de traitement de surface par decharges et electrode de decharge destinee au traitement de surface par decharges - Google Patents

Procede de traitement de surface par decharges et electrode de decharge destinee au traitement de surface par decharges Download PDF

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discharge electrode
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Akihiro Goto
Toshio Moro
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Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00

Definitions

  • the present invention relates to a discharge surface treatment method and a discharge electrode for discharge surface treatment, and more particularly to a discharge surface treatment method and a discharge electrode for discharge surface treatment by submerged gap discharge.
  • a discharge surface treatment method for generating a pulse-like discharge on the surface of a workpiece and using the discharge energy to form a hard coating made of a reactant or an electrode material on the work surface is disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. — No. 3,002,27, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 9-1991, Hei 9-1991, Heisei 9-1991, No. 9).
  • the conventional discharge surface treatment method uses a simple discharge electrode with a simple shape, such as a round bar, and uses a discharge electrode to scan the workpiece without scanning, instead of using a complete electrode. Have been.
  • the electrode surface length in the scanning direction is longer at the center of the electrode, and as it goes to the side, as shown in Fig. 4 (a).
  • the film thickness is thick in the region where the electrode surface length L passes through the central part of the electrode, and the film thickness in the region where the electrode side length L passes where the electrode side end passes. Ridge shape with uneven coating thickness in one electrode pass A film of C cannot be formed, and a film surface of uniform thickness cannot be formed.
  • a prismatic discharge electrode with a rectangular cross section When a coating is formed on a straight line, a prismatic discharge electrode with a rectangular cross section may be used.However, when a prismatic discharge electrode is used, the scanning direction of the discharge electrode changes. This requires a troublesome work of rotating the direction of the discharge electrode, as in hailing.
  • the electrode end face is consumed as the processing proceeds, and as shown in FIG. 5, the electrode end face A is used. Since the edge part e of the workpiece w is surrounded, the discharge concentrates on the edge part e, and the edge of the edge is rounded, resulting in a rounded edge.
  • An object of the present invention is to provide a discharge surface treatment method that can be formed, and a discharge electrode for discharge surface treatment used for performing the discharge surface treatment method. Disclosure of the invention
  • the present invention relates to a green compact electrode obtained by compression-molding a metal powder, a metal compound powder, or a ceramic powder, or a discharge electrode using a metal electrode as a discharge electrode.
  • a pulse-like discharge is generated between the electrode and the workpiece, and the discharge energy causes the electrode material or its counter electrode
  • the discharge surface treatment method for forming a hard coating made of reactive material a loose discharge is generated between the discharge electrode and the work using a cylindrical discharge electrode, and the hard coating is formed on the work surface. Can be provided.
  • the electrode surface length in the scanning direction is substantially equal between the electrode center portion and the electrode side end portion, and a film having substantially the same thickness is formed between the electrode center portion and the electrode side end portion, and the uniform thickness is obtained. Can be formed. Also, since the discharge electrode has a cylindrical shape and has no directionality in the scanning direction (feed direction) like a square, the direction of the discharge electrode is rotated even if the scanning direction of the discharge electrode changes. You don't need to.
  • the present invention can provide a discharge surface treatment method for forming a hard coating by rotating the cylindrical discharge electrode around its own central axis.
  • the rotation of the discharge electrode itself around the central axis makes the consumption of the discharge electrode uniform, thereby making the coating thickness uniform and preventing dripping of the edge portion.
  • the present invention provides a compact electrode formed by compression-molding a metal powder, a metal compound powder, or a ceramic powder, or a metal electrode as a discharge electrode.
  • a pulse-like discharge is generated between the electrode and the work, and the discharge energy is used in the discharge surface treatment to form a hard film made of the electrode material or its reactant on the work surface by the discharge energy.
  • a discharge electrode for discharge surface treatment which is an electrode and has a cylindrical shape.
  • the electrode surface length in the scanning direction is substantially equal between the electrode center portion and the electrode side end portion, and a film having substantially the same thickness is formed between the electrode center portion and the electrode side end portion, and the uniform thickness is obtained. Can be formed. Further, since this discharge electrode has a cylindrical shape and has no directionality in the scanning direction (feed direction) like a square, it is necessary to rotate the direction of the discharge electrode even when the scanning direction of the discharge electrode changes. No, BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 shows an electric discharge machining apparatus used for carrying out the electric discharge surface treatment method according to the present invention.
  • 2 (a) and 2 (b) are a longitudinal sectional view and an end view of a discharge electrode for discharge surface treatment according to the present invention, and
  • FIG. 2 (c) is a discharge surface according to the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a film formed by the treatment method.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing the procedure for implementing the discharge surface treatment method according to the present invention.
  • FIG. FIG. 4 (b) is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a film formed by a conventional discharge surface treatment method
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the conventional discharge surface treatment. It is explanatory drawing which shows the edge processing state in a method. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • 1 is a machining tank for storing a machining fluid such as oil, water, etc.
  • 3 is a cylindrical discharge electrode
  • 5 is between the discharge electrode 3 and a work w arranged in the machining tank 1.
  • a power supply for applying a pulse of discharge voltage 7 is a switching element for switching the discharge voltage and current applied between the discharge electrode 3 and the work W
  • 9 is a control circuit for controlling the on / off of the switching element 7
  • And 11 indicate resistors.
  • the gap between the discharge electrode 3 and the workpiece w, that is, the discharge gap, in the machining fluid is reduced by a well-known position control mechanism (not shown) provided in a normal electric discharge machine.
  • Appropriate gap (10 ⁇ m to i 0 um) is controlled, intermittently apply discharge voltage between discharge electrode 3 and work w, and pulse-like between water discharge electrode 3 and work w in water Generates a discharge.
  • the discharge electrode 3 is consumed by the energy of this discharge, and the molten material consumed by the electrode of the discharge electrode 3 adheres and deposits on the surface of the work piece, and a film of the electrode material or a reaction product thereof is formed on the work surface. It is formed.
  • a compacted electrode obtained by compression-molding a metal powder, a metal compound powder, or a ceramic powder into a cylindrical shape, or an electrode composed of a cylindrical metal electrode can be used.
  • a green compact electrode in which a powder material containing boride powder such as Ti ⁇ 2 or Zr ⁇ 2 is compression-molded into a cylindrical shape can be considered.
  • a powder of a hard metal such as Ti, Zr, V, Ta, or a compacted electrode obtained by compression-molding a powder of these hydrides, or a metal electrode made of such a metal is used as the discharge electrode 3.
  • a machining fluid containing HC as the machining fluid, and form a hard coating of metal carbide such as TiC, ZrC, VC; and TaC by the reaction between the electrode material and HC in the machining fluid.
  • metal carbide such as TiC, ZrC, VC
  • TaC metal carbide
  • the discharge electrode 3 since the discharge electrode 3 has a cylindrical shape, in other words, a hollow pipe shape, the electrode surface length in the scanning direction is equal to the electrode center. It becomes substantially equal between the portion and the electrode side end portion. As a result, a film c having substantially the same thickness is formed between the electrode center portion and the electrode side end portion, and a film surface having a uniform thickness can be formed.
  • the discharge electrode 3 since the discharge electrode 3 has a cylindrical shape, it has no directionality in the scanning direction (feeding direction) like a square, so that even if the scanning direction of the discharge electrode changes, the discharge electrode 3 There is no need to rotate the direction.
  • the cylindrical discharge electrode 3 can scan and move the workpiece w while rotating around its own central axis to form a coating.
  • the rotation of the discharge electrode 3 around the central axis of the discharge electrode 3 makes the consumption of the discharge electrode uniform, and the electrode end face A surrounds the edge portion e of the workpiece w. Therefore, it is possible to prevent the discharge from being concentrated on the edge portion e, and to prevent the edge of the edge from being rounded.
  • the combination of the cylindrical discharge electrode 3 and the rotation of the electrode makes uniform the film thickness and prevents dripping of the edge portion.
  • Industrial applicability It can be used to form a coating on the surface of various mechanical parts.

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Description

明 細 書 放電表面処理方法および放電表面処理用放電電極 技術分野
この発明は、 放電表面処理方法および放電表面処理用放電電極に関し、 特に液 中ギヤップ放電による放電表面処理方法および放電表面処理用放電電極に関する ものである。 背景技術
金属粉末あるいは金属の化合物の粉末あるいはセラミックスの粉末を圧縮成形 した圧粉体電極、 もしくは金属電極を放電電極として、 加工液中で所定の放電ギ ャップをおいて対向する放電電極とワークとの間にパルス状の放電を発生させ、 その放電エネルギにより、 ワーク表面に電極材料あるし、はそれの反応物質からな る硬質被膜を形成する放電表面処理方法は、 日本国公開特許公報 （特開平 8— 3 0 0 2 2 7号， 特開平 9一 1 9 8 2 9号， 特開平 9一 1 9 2 9 3 7号） により公 知になっている。
従来の放電表面処理方法では、 総形電極を使用せず、 丸棒など製作し易く単純 形状の中実の放電電極を使用し、 放電電極をワークに対して走査しながら処理を 行う方法が取られている。
し力、し、 丸棒の放電電極によって処理を行うと、 第 4図 （a ) に示されている ように、 走査方向の電極面長さ カ\ 電極中心部分では長く、 側方に行くに従い 短くなるため、 放電電極が通過する際に、 中心部分が通る領域は放電電極と対向 する時間が長く、 側端部分が通る領域は放電電極と対向する時間が短くなり、 こ のために、 第 4図 （b ) に示されているように、 電極面長さ Lが長い電極中心部 分が通る領域では被膜厚みが厚く、 電極面長さ Lが短い電極側端部分が通る領域 では被膜厚みが薄くなり、 一回の電極パスでは、 被膜厚みにばらつきがある畝状 の被膜 Cができ、 均一な厚さの被膜面を形成することができなレ、。
直線部分に対して被膜を形成する場合には、 断面形状が四角形状の角柱の放電 電極を使用すればよいが、 しかし、 角柱の放電電極を使用すると、 放電電極の走 査方向が変わった場合には、 ヘール加工のように、 放電電極の向きを回転させる という面倒な作業が必要となる。
また、 丸棒の放電電極では、 金型等のエッジ部分に処理を行う場合には、 処理 が進むに従い電極端面が消耗し、 第 5図に示されているように、 電極端面 Aによ つてワーク wのェッジ部分 eを囲むことになるため、 ェッジ部分 eに放電が集中 し、 エッジの角部が丸くまるエッジだれを生じることになる。
これを解決するためには、 放電電極を自身の中心軸線周りに回転させる方法が あるが、 放電電極を回転させても、 放電電極が通過する位置により被膜厚みにば らつきができると云う問題は解消されなレ、。
なお、 電極先端をワークに軽接触させて放電エネルギにより電極材を微小量ず つ転移溶着被覆する放電被覆加工法では、 日本国公開特許公報 （特開平 8 - 5 3 7 7 7号， 特開平 1 一 1 3 9 7 7 4号） 公報に示されているように、 中空パイプ 電極を使用することが行われている。
この発明は、 上述の如き問題点を解消するためになされたもので、 液中ギヤッ プ放電による放電表面処理方法において、 均一厚さの被膜を形成でき、 またエツ ジだれを生じることなく被膜を形成することができる放電表面処理方法、 および その放電表面処理方法の実施に使用される放電表面処理用放電電極を提供するこ とを目的としている。 発明の開示
この発明は、 金属粉末あるいは金属の化合物の粉末あるいはセラミックスの粉 末を圧縮成形した圧粉体電極、 もしくは金属電極を放電電極として、 加工液中で 所定の放電ギヤップをおいて対向する放電電極とワークとの間にパルス状の放電 を発生させ、 その放電エネルギにより、 ワーク表面に電極材料あるいはそれの反 応物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理方法にぉレ、て、 円筒形状の放電 電極を使用して放電電極とワークとの間に ルス状の放電を発生させ、 ワーク表 面に硬質被膜を形成する放電表面処理方法を提供することができる。
従って、 走査方向の電極面長さが、 電極中心部分と電極側端部分とでほぼ等し くなり、 電極中心部分と電極側端部分とでほぼ等しい厚さの被膜ができ、 均一な 厚さの被膜面を形成することができる。 また、 この放電電極は、 円筒形状で、 四 角形のように、 走査方向 （送り方向） に対して方向性をもたないから、 放電電極 の走査方向が変わつても放電電極の向きを回転させる必要がなレ、。
また、 この発明は、 前記円筒形状の放電電極を自身の中心軸線周りを回転させ て硬質被膜を形成する放電表面処理方法を提供することができる。
従って、 放電電極自身の中心軸線周りの回転により、 放電電極の消耗が均一に なり、 被膜厚みの均一化とエツジ部分のだれ防止が行われる。
また、 この発明は、 金属粉末あるいは金属の化合物の粉末あるいはセラミック スの粉末を圧縮成形した圧粉体電極、 もしくは金属電極を放電電極として、 加工 液中で所定の放電ギヤップをおいて対向する放電電極とワークとの間にパルス状 の放電を発生させ、 その放電エネルギにより、 ワーク表面に電極材料あるいはそ れの反応物質からなる硬質被膜を形成する放電表面処理におレ、て使用する放電電 極であって、 円筒形状をなしている放電表面処理用放電電極を提供することがで きる。
従って、 走査方向の電極面長さが、 電極中心部分と電極側端部分とでほぼ等し くなり、 電極中心部分と電極側端部分とでほぼ等しい厚さの被膜ができ、 均一な 厚さの被膜面を形成することができるようになる。 また、 この放電電極は、 円筒 形状で、 四角形のように、 走査方向 （送り方向） に対して方向性をもたないから 、 放電電極の走査方向が変わつても放電電極の向きを回転させる必要がなし、。 図面の簡単な説明
第 1図は、 この発明による放電表面処理方法の実施に使用される放電加工装置 の構成図であり、 第 2図 （a ) 、 （b ) は、 この発明による放電表面処理用放電 電極の縦断面図および端面図であり、 第 2図 （c ) は、 この発明による放電表面 処理方法により形成される皮膜断面を模式的に示す断面図であり、 第 3図は、 こ の発明による放電表面処理方法の実施要領を示す説明図であり、 第 4図 （a ) は 、 従来の放電電極の縦断面図であり、 第 4図 （b ) は、 従来の放電表面処理方法 により形成される皮膜断面を模式的に示す断面図であり、 第 5図は、 従来の放電 表面処理方法におけるエッジ処理状態を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態
この発明に係る好適な実施の形態を添付図面を参照して説明する。
第 1図において、 1は油、 水などによる加工液を貯容する加工槽を、 3は円筒 形状の放電電極を、 5は放電電極 3と加工槽 1内に配置されたワーク wとの間に 放電電圧をパルス印加する電源を、 7は放電電極 3とワーク Wとの間に印加する 放電電圧および電流のスィッチングを行うスィッチング素子を、 9はスィッチン グ素子 7のオン 'オフを制御する制御回路を、 1 1は抵抗器を、 それぞれ示して いる。
液中ギヤップ放電による放電表面処理では、 通常の放電加工装置が装備してい る図示されていない周知の位置制御機構により、 加工液中において、 放電電極 3 とワーク wとの間隙、 すなわち放電ギャップを適切な間隙 （ 1 0〃m〜 i 0 u m) に制御し、 放電電極 3とワーク wとの間に放電電圧を間欠的に印加し、 水中 で放電電極 3とワーク wとの間にパルス状の放電を発生させる。 すると、 この放 電のエネルギにより放電電極 3が消耗し、 放電電極 3の電極消耗溶融物質がヮ一 ク wのワーク表面に付着堆積し、 ワーク表面に電極材料あるいはそれの反応物に よる被膜が形成される。
放電電極 3としては、 金属粉末あるいは金属の化合物の粉末あるいはセラミッ クスの粉末を円筒形状に圧縮成形した圧粉体電極、 もしくは円筒形状の金属電極 により構成されたものを使用でき、 具体例としては、 T i N粉末と C o粉末を混 合した粉末を円筒形状に圧縮成形した圧粉体電極、 その他、 WC、 Ti C、 Ta C、 ZrC：、 S i C、 VC等の金属炭化物あるいは T i N、 Z r N等の窒化物あ るいは T i Β 2、 Zr Β 2等の硼化物の粉末を含む粉末材料を円筒形状に圧縮成 形した圧粉体電極が考えられる。
また、 放電電極 3として、 Ti、 Zr、 V、 Ta等の硬質金属の粉体、 もしく はこれらの水素化物の粉体を圧縮成形した圧粉体電極、 あるいはこれらの金属に よる金属電極を使用し、 加工液として HCを含む放電加工油を使用し、 電極材料 と放電加工油中の HCとの反応により、 Ti C、 ZrC、 VC；、 TaC等の金属 炭化物による硬質被膜を形成することもできる。
第 2図 （a)、 (b) に示されているように、 放電電極 3は、 円筒形状、 換言 すれば、 中空パイプ状をなしているから、 走査方向の電極面長さ が、 電極中心 部分と電極側端部分とでほぼ等しくなる。 このことにより、 電極中心部分と電極 側端部分とでほぼ等しい厚さの被膜 cが形成され、 均一な厚さの被膜面を形成す ることができる。
また、 この放電電極 3は、 円筒形状であることにより、 四角形のように、 走査 方向 （送り方向） に対して方向性をもたないから、 放電電極の走査方向が変わつ ても放電電極の向きを回転させる必要がなレ、。
円筒形状の放電電極 3は自身の中心軸線周りを回転させながら、 ワーク wに対 して走査移動させて被膜を形成することができる。
この場合、 第 3図に示されているように、 放電電極 3自身の中心軸線周りの回 転により、 放電電極の消耗が均一になり、 電極端面 Aによってワーク wのエッジ 部分 eを囲むことがなく、 エッジ部分 eに放電が集中することが回避され、 エツ ジの角部が丸くまるエツジだれを防止することができる。
これにより、 すなわち、 円筒形状の放電電極 3と電極回転との組合せで、 被膜 厚みの均一化とエツジ部分のだれ防止とが行われる。 産業上の利用の可能性 各種の機械部品の表面に被膜を形成することに利用することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 金属粉末あるいは金属の化合物の粉末あるいはセラミックスの粉末を圧縮成 形した E粉体電極、 もしくは金属電極を放電電極として、 加工液中で所定の放電 ギヤップをおいて対向する放電電極とワークとの間にパルス状の放電を発生させ 、 その放電エネルギにより、 ワーク表面に電極材料あるいはそれの反応物質から なる硬質被膜を形成する放電表面処理方法において、
円筒形状の放電電極を使用して放電電極とワークとの間にパルス状の放電を発 生させ、 ワーク表面に硬質被膜を形成することを特徴とする放電表面処理方法。
2 . 前記円筒形状の放電電極を自身の中心軸線周りを回転させて硬質被膜を形成 することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の放電表面処理方法。
3 . 金属粉末あるいは金属の化合物の粉末あるいはセラミックスの粉末を圧縮成 形した圧粉体電極、 もしくは金属電極を放電電極として、 加工液中で所定の放電 ギヤップをおいて対向する放電電極とワークとの間にパルス状の放電を発生させ 、 その放電エネルギにより、 ワーク表面に電極材料あるいはそれの反応物質から なる硬質被膜を形成する放電表面処理において使用する放電表面処理用放電電極 であって、
円筒形状をなしていることを特徴とする放電表面処理用放電電極。
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