JPH09300136A - 放電加工用電極線及びその製造方法 - Google Patents
放電加工用電極線及びその製造方法Info
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- JPH09300136A JPH09300136A JP14087796A JP14087796A JPH09300136A JP H09300136 A JPH09300136 A JP H09300136A JP 14087796 A JP14087796 A JP 14087796A JP 14087796 A JP14087796 A JP 14087796A JP H09300136 A JPH09300136 A JP H09300136A
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Abstract
向上を図っているが、更なる加工速度の向上、及び高速
加工時の耐断線性の向上が望まれている。また、表面合
金層のZn濃度が高いと冷間加工時にクラックが入り、
後の電極線の取扱時の信頼性に問題が生じる。 【解決手段】 放電加工用電極線1は、Cu−Zr合金
による芯材2と、この芯材2の表面に被覆される表面合
金層3から成る。表面合金層3にはCu−Zn合金が用
いられ、内周部と外周部でZn濃度を異ならせた2層状
態の構造であり、外周部のZn濃度を内周部より低くし
た。これにより、表面合金層3の表層部にα相が形成さ
れ、内側に加工速度を確保するβ相が形成されるので、
冷間加工を行ってもβ相に起因する割れ等は生じない。
Description
用いられる放電加工用電極線、特に、高精度化及び高速
加工性を向上させるための放電加工用電極線及びその製
造方法に関するものである。
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、金属ワイヤを電極にして
被加工物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創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。
には、例えば、65重量%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、尚)に記載のよ
うに、組成中のZn(亜鉛)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。しかし、Zn量が4
0〜45重量%を越えるとβ相が形成される。このβ相
は冷間伸線等の室温加工を行うと、金属間化合物である
ためにキズや割れが発生し、加工が行えなくなる。この
問題から、Znを含む放電加工用電極線においては、6
5重量%Cu−35重量%Zn黄銅線が標準品として通
用している。
につながることから、Znを芯材に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)、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62−218
026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)、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2−4984
9号公報)、Cu−Zn系合金芯材の表面にCu−Zn
相を有する線材(特開昭61−197126号公報)、
Zn等の低融点金属元素の濃度が金属線の外表面ほど高
くなっている線材(特公平4−35543号公報)、銅
被覆鋼線に導電性の良い金属を被覆した複合電極線(特
公昭57−5721号公報)、熱伝導性に優れたCu合
金、具体的にはCr、Zr、Fe、Be、Co及びTi
の中から選んだ1種或いは2種以上の元素を0.03〜
5.0重量%含有した合金(特開昭59−134624
号公報)、Cu合金をZn等の溶融浴に通して酸化を防
ぎつつ冷却する電極線製造方法(特開昭59−1237
52)等を上げることができる。
加工のために、いずれもZn濃度が母材より高いCu−
Zn系合金層、或いはZn層を設けたものであり、基本
的には特公昭57−5648号公報に示すZnを含む金
属被覆層を設けた電極線の延長上に位置付けされるもの
である。また、放電加工の際には張力を付与して加工す
るため、張力を高めるために65%Cu−35%Zn黄
銅線にCr、Mg、Zr、Ti、Si、Mn、Al等の
元素を添加した電極線も提案されている。
工用電極線によれば、Znを表面層に用いたことにより
加工速度の向上を図っているが、更なる加工速度の向
上、及び高速加工時の耐断線性の向上が望まれている。
また、被加工材の加工面の粗さを抑えた高精度加工を可
能にしうることも望まれている。
した場合、Zn濃度が高いと金属間化合物相のβ相又は
γ、ε相等が形成され、ダイスで冷間伸線するとCu−
Zn層にクラックが入り、後の電極線の取扱時の信頼性
に問題が生じる。このため、表面層のZn濃度を高めて
も、冷間伸線時にクラックが入らず、加工が容易なCu
−Zn相形成技術が望まれている。
精度の向上、被加工物の表面粗さの改善等が図れ、表面
層のZn濃度を高めてもクラックの生じない放電加工用
電極線及びその製造方法を提供することを目的としてい
る。
めに、本発明は、導電率の高いCu−Zr合金による芯
材と、この芯材の表面に被覆され、外周部のZn濃度が
内周部よりも低いCu−Zn合金を用いた表面合金層と
を備えた構成にしている。この構成によれば、表面合金
層の内側(内周部)と外側(外周部)とでZn濃度が異
なるようにした結果、表面合金層の表面に近い部分に主
にα相が形成され、表面に近い部分にはβ相は極めて少
ない。したがって、冷間加工を行った際に、塑性変形は
β相よりもα相が変形することにより行われるため、β
相に起因して生じる割れは生ぜず、加工性は損なわれな
い。また、表面合金層の内側はZn濃度の高いβ相であ
るため、加工速度を確保することができる。
0〜55重量%、前記外周部のZn濃度が43%以下、
望ましくは30〜43重量%の構成にすることができ
る。この構成によれば、Zn濃度を低くした外周部には
β相は形成され難く、主にα相が形成される。また、Z
n濃度を大きくした内周部にはβ相が形成される。この
結果、表層部のα相を主体とする層は冷間伸線等の冷間
加工を行ってもキズや割れ等を生じることがなく加工が
容易に行えるようになる。さらに表面合金層の内側の層
もβ相をα相が囲む構成になっているため容易に加工が
行える。そして、内周部は十分なZn濃度を有するた
め、所望の加工速度を確保することができる。
り巻くように形成されたα相とから成る構成にしてい
る。この構成によれば、β相の周囲を取り囲んだα相
は、β相を保護してβ相の割れを防止するように機能
し、冷間加工を行っても割れを発生しない。前記表面合
金層のα相は、最も表面に近い部位に形成している。
響を受ける表層部にはβ相が極めて少ないか、あるいは
ほとんど存在しないので、表面合金層にキズや割れを生
じない。前記表面合金層は、Zn粉、Cu−Zn粉、又
はZn粉とCu−Zn粉の混合物を加熱焼結させたもの
にすることができる。
Znを塗布する方法の採用が可能になり、生産性及び製
造コストの低減を図ることが可能になる。上記の目的
は、Cu−Zr合金線に冷間伸線を施して所定の径に加
工して芯材を形成し、加熱処理及び急冷処理を順次施
し、この芯材の表面にZn粉末を主体にした第1のスラ
リーを塗布し、この第1のスラリーを乾燥させ、この第
1のスラリー上にZn濃度が50%になるように調整し
たCu−Zn粉末主体の第2のスラリーを塗布し、この
第2のスラリーを乾燥させ、その後加熱し、冷間伸線す
る製造方法によっても達成される。
後、Zn濃度の異なるスラリを2段階に別けて塗布なら
びに乾燥する工程を経て加熱し表面合金層を形成するこ
とにより、簡単な設備及び製造工程により放電加工用電
極線を製造することができる。この結果、生産性及び製
造コストの低減を図ることが可能になる。芯材として高
導電率のCu−Cr合金、Cu−Zr合金、Cu−Zr
−Cr合金Cu−Nb複合材、Cu−Nb合金、銅被覆
鋼線、Cu−Be合金、Cu−Sn合金、Cu−Sn−
In合金、Cu−Sn−Mg合金、Cu−Mg−Zr合
金の線材及び無酸素銅とタフピッチ銅などの金属材料が
有効である。
u−Zn黄銅線、鉄線、鋼線、ピアノ線(芝折鋼)など
が有効である。
て説明する。図1は本発明による放電加工用電極線を示
す断面図である。図1に示すように、本発明の放電加工
用電極線1は、芯材2と、この芯材2の表面に被覆され
た表面合金層3から成る。ここで、芯材2にはCu−
0.16重量%Zr(ジルコニウム)線を用いている。
この芯材2をN2 ガス雰囲気中に通しながら所定温度に
加熱して溶体化し、この後、冷却水槽に通して急冷し
た。こうして製作した芯材2に対し、第1のスラリーを
塗布した。この後、第1のスラリーを乾燥させ、更に第
2のスラリーを塗布し、これを乾燥させた。次に、加熱
雰囲気中を走行させながら水冷した後、表面にCu−Z
n合金による表面合金層3を5〜50μmの厚さに施し
た。
ど加工速度を早くできることから、芯材2の表面にはC
u−Zn層による表面合金層3を設けている。しかし、
上記した様に、Zn濃度が高いと金属間化合物β,γ,
ε相等が形成され、冷間伸線時に割れ(クラック)が発
生し、後工程に問題を生じる。そこで本発明において
は、表面合金層3(Cu−Zn層)は加工の容易なα相
と加工の難しいβ相から成り、β相の周囲をα相が取り
巻く構成にした。
が変形するようになり、β相にキズや割れは生じない。
この結果、冷間加工を施してもキズやクラックは発生せ
ず、信頼性に優れた電極線を得ることができた。また、
放電加工用電極線1の耐熱性を高めるため、芯材2のC
u−0.16%Zr線としては固溶(溶体化)させたも
のを用いた。
Zr(ジルコニウム)線をスウエージング加工(材料の
軸に直角方向に圧縮する加工)して8mmφにした。こ
れをドローベンチで5.5mmφにし、更に冷間加工に
より0.9mmφにした。こうして加工された線材をN
2 (窒素)ガスの満たされた加熱電気炉内に1m/分の
速度で搬送しながら900℃に加熱して溶体化し、冷却
水の満たされた冷却水槽に通して冷却した。ついで、こ
の線材に第1のスラリーを塗布して乾燥させた。この
後、第2のスラリーを塗布して乾燥させた。更に、70
0〜900℃の範囲で1m/分の速度で加熱電気炉内を
走行させながら、表面に表面合金層3を形成した。この
後、冷間伸線し、0.2mmφの放電加工用電極線を作
製した。
9%)にアクリル系樹脂(7%)、沈降防止剤(1
%)、溶剤(トルエン+キシレン23%)を混ぜてスラ
リーにしたものである。また、第2のスラリーは、Cu
−20%Zn粉末とZn粉末とを加えて全Zn濃度が5
0%Znになるようにした混合粉末(69%)に対し、
アクリル系樹脂(7%)、沈降防止剤(1%)、溶剤
(トルエン+キシレン23%)を混ぜてスラリーにした
ものである。
線について、その構造調査と放電加工性の評価を行っ
た。被加工物として厚さ40mmのSKD−11(冷間
ダイス鋼)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。比較のための比較
材には、Cu−35%Zn黄銅線(0.02mmφ)を
用いた。
合金層3の横断面をエッチングし、この組織をSEM
(Scanning Electron Microscope:走査形電子顕微鏡)
で観察した結果を示す顕微鏡写真である。この線材の表
面の殆どはのα相であり、表面合金層3の内側には
のβ相が存在し、その周囲をα相が囲んだ構造になって
いる。更に内側には、Cu−0.16重量%Zr合金線
になっている。
線して0.2mmφにした。この伸線では表面にキズや
割れ等がなく、ハンチングなどがなく放電が安定し、加
工性に優れていた。この線材表面のZn濃度を横断面に
ついて表面からの深さをパラメータにしてZn濃度をX
MAにより定量分析した。なお、このXMA分析値が化
学分析値と一致することを本発明者らは確認している。
電極線の断面を光学顕微鏡で観察した結果を示す顕微鏡
写真である。また、図4は0.2mmφに伸線した放電
加工用電極線の表面合金層3からの距離とZn濃度の関
係を示す特性図である。この放電加工用電極線における
Zn濃度は34〜44重量%Zrであり、図2に示した
ように表面合金層3にα相が存在することがわかる。更
に、より内側には、より高い濃度の部分、つまりβ相が
存在する。このように、冷間伸線加工性に優れた放電加
工用電極線を得られることが確認された。
ける放電加工性を評価した。図5は放電加工時のパルス
波形を示す波形図である。ここでは放電電流を36アン
ペアにし、オフ時間(電流休止時間)を一定(2.8μ
s)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
(なお、IPは電流の振幅)。被加工物として厚さ40
mmのSKD−11を用いて加工実験を行った。また、
比較のため従来技術により製作した0.2mmφの放電
加工用電極線も作製し、同様な加工実験を行った。
重量%Zn電極線(比較例)の加工速度が1.53mm
/分であったのに対し、本発明による電極線は1.92
mm/分であり、加工速度の向上が確かめられた。ま
た、電流印加時間を長くすると、加工速度が増加する。
この時、本発明の電極線は1.5μSで断線したのに対
し、比較例では1.2μSの電流印加時間で断線した。
このことから、本発明による電極線は耐断線性に優れて
いることが確かめられた。更に、比較例による被加工物
の表面粗さが1.35μmであったのに対し、本発明に
よる電極線の表面粗さは1.282μmであり、この点
からも本発明の電極線の優秀性が確かめられた。この加
工面精度も優れていた理由は表面のキズ割れなどが少な
かったためと推察される。 (実施例2)次に、本発明による放電加工用電極線の第
2の実施例について説明する。
0.16重量%Zr合金による線材に対し、Cu−Zn
による表面合金層3を形成した。更に、これを冷間伸線
して0.25mmφの放電加工用電極線を作製した。こ
の電極線の導電率は65.6%と高い値を示した。この
放電加工用電極線に対し、実施例1と同様に厚さ30m
mのSKD−11を被加工物として放電加工実験を行っ
た。その結果、オン時間が0.8μsの場合、0.25
mmφのCu−35重量%Zn電極線(導電率23%)
(加工速度1.985mm/分)に比べ、加工速度は約
21%高い2.40mm/分が得られた。
した。その結果、Cu−35重量%Zn電極線で切断し
た被加工物の表面粗さ(中心線平均粗さ)が1.81μ
mであるのに対し、本発明の電極線は1.730μmで
あり、最大面粗さについても本発明品は14.6μmで
ありCμ−35重量%Znの15.7μmより小さい値
であり、加工面精度に優れていることを確認した。
5μsで断線したのに対し、比較例のCu−35重量%
Zn電極線は1.35μsの電流印加時間で断線した。
このことから、本発明による電極線は耐断線性に優れて
いることが確かめられた。図6は実施例2における0.
9mmφのCu−Zn/Cu−0.16重量%Zr電極
線の観察結果(ミクロ組織)を示し、(a)は横断面の
SEMによる顕微鏡写真、(b)は(a)のライン分析
部のZnX線ライン分析結果を示す特性写真である。
(a)のX部は37.6mass%Znのα相、Y部は4
3.7mass%Znのβ相であり、β相をα相が囲んだ構
造を示している。
−0.16重量%Zr合金による0.9mmφの電極線
を0.25mmφに冷間伸線したときの観察結果(ミク
ロ組織)を示す写真である。図中、(a)は横断面のS
EMによる顕微鏡写真、(b)は(a)のライン分析部
のZnX線ライン分析結果を示す特性写真である。
(a)のX部は36.9mass%Znのα相、Y部は4
4.0mass%Znのβ相であり、加工が難しいβ相の回
りを加工の容易なα相が取り囲んだ構造を示している。
にローラダイスによる冷間加工を施したもの)の断面の
顕微鏡写真であり、(a)は加工度19%(8mmφ→
7.mmφ)の場合であり、ミクロな亀裂が生じている
様子を示す顕微鏡写真、(b)は加工度27.3%(8
mmφ→6.8mmφ)の場合であり、明瞭な割れが発
生している様子を示す顕微鏡写真である。このように、
β単相の場合、割れが生じるために加工は難しい。ま
た、低加工度で加工できたとしてもキズは避けられず信
頼性に問題が残る。
高導電性を有するCu−Zr合金による芯材を被覆する
Cu−Zn合金の表面合金層が、外周部のZn濃度を内
周部よりも低い値にしたので、表面合金層の表面に近い
部分にα相が形成され、β相は内側に形成され、かつβ
相をα相が囲む構造になっているので、冷間加工を行っ
てもβ相に起因して生じるキズや割れが生じないため、
加工性は損なわれず、しかも、加工速度は内周部のβ相
によって確保される。また、高導電性Cu−Zr合金に
よっても加工速度向上が確保される。
形成するに際し、芯材を所定の径にした後、Zn濃度の
異なるスラリを2段階に別けて塗布ならびに乾燥する工
程順序にしたため、簡単な設備及び製造工程により放電
加工用電極線を製造することができる。この結果、生産
性及び製造コストの低減を図ることが可能になる。
ある。
面をエッチングし、この組織をSEMで観察した結果を
示す顕微鏡写真である。
面を光学顕微鏡で観察した結果を示す顕微鏡写真であ
る。
面合金層からの距離とZn濃度の関係を示す特性図であ
る。
Cu−0.16重量%Zr電極線の観察結果を示し、
(a)は横断面のSEMによる顕微鏡写真、(b)は
(a)のライン分析部のZnX線ライン分析結果を示す
特性写真である。
重量%Zr合金による0.9mmφの電極線を0.25
mmφに冷間伸線したときの観察結果を示し、(a)は
横断面のSEMによる顕微鏡写真、(b)は(a)のラ
イン分析部のZnX線ライン分析結果を示す特性写真で
ある。
る冷間加工を施した比較例の断面顕微鏡写真であり、
(a)は加工度19%の場合、(b)は加工度27.3
%の場合の各顕微鏡写真である。
Claims (6)
- 【請求項1】 Cu−Zr合金による芯材と、 前記芯材の表面に被覆され、外周部のZn濃度が内周部
よりも低いCu−Zn合金を用いた表面合金層とを具備
することを特徴とする放電加工用電極線。 - 【請求項2】 前記表面合金層は、内周部のZn濃度が
35〜55重量%、前記外周部のZn濃度が30〜43
重量%であることを特徴とする請求項1の放電加工用電
極線。 - 【請求項3】 前記表面合金層は、β相と、このβ相を
取り巻くように形成されたα相とから成ることを特徴と
する請求項1記載の放電加工用電極。 - 【請求項4】 前記表面合金層のα相は、最も表面に近
い部位に形成されることを特徴とする請求項3記載の放
電加工用電極線。 - 【請求項5】 前記表面合金層は、Zn粉、Cu−Zn
粉、又はZn粉とCu−Zn粉の混合物を加熱焼結させ
たものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか
に記載の放電加工用電極線。 - 【請求項6】 Cu−Zr合金線に冷間伸線を施して所
定の径に加工して芯材を形成し、 加熱処理及び急冷処理を順次施し、 前記芯材の表面にZn粉末を主体にした第1のスラリー
を塗布し、 前記第1のスラリーを乾燥させ、 前記第1のスラリー上にZn濃度が40〜55%になる
ように調整したCu−Zn粉末主体の第2のスラリーを
塗布し、 前記第2のスラリーを乾燥させ、その後加熱した後急冷
し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。
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