JPS6284924A - ワイヤ放電加工用電極線の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、ワイヤ放電加工機に広（使用される電極線に
関し、黄銅系合金に特殊元素の添加とその製造方法によ
って放電加工性改善をなしたものである。

ワイヤ放電加工とは、通常り。０５〜０．３５ｍｍｍの
電極線を走行させつつ被加工物との間に加工液を介しつ
つパルス状の放電を発生させ、該放電エネルギーによっ
て被加工物を溶融し、加工液及び電嘩線、被加工物など
の瞬間的な気化爆発力によって溶融物を除去するもので
、特に複雑で精密な形状の被加工物例えばプレス金型の
製作加工などに広（用いられている。

このワイヤ放電加工では、被加工物の表面状態がよく、
放電安定で断線が少なく、加工速度の速いことなどの放
電加工性が要求されている。

〔従来の技術とその問題点〕

従来はこのワイヤ放電加工用電極線として（ま純銅線が
使用されていたが、引張り強さが低いので放電加工時に
張力をあまり大きくかけられないために電翫線の振動を
抑えろことができず、従って加工精度が悪（なり、又断
線し易く、更に、Ｃｕ自体の放電加工性も十分ではな（
、加工速度も遅いなどの諸欠点があった。そのためモリ
ブデン線やタングステン線等の精密加工用高強度線が用
いられたり、又一般の加工用には６５／３５黄銅線を代
表とする黄銅電極線が広く使用されるようになっている
。黄銅電極線は純銅線に比して約２倍以上の引張り強さ
があり、かつその合金成分のＺｎの存在は気化爆発力が
向上し、被加工物溶融部を効率よく除去でき、加工速度
の向上と被加工物への付着物減少が実現できるという長
所を有している。

然し、近年ワイヤ放電加工装置の面での電源やテーブル
送り機構の改良及び無人運転の実現などに伴ってワイヤ
放電加工のランニングコスト、加工品質に対して目が向
けられるようになり電極線に対する放電加工性の向上の
要望が高まっている。特に放電安定性の向上は加工精度
と無人運転実現に対して重要なことであって、現在量も
広（使用されている黄銅の電極線では必ずしも充分とは
言えず改良が望まれていた。

黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）のＺｎのような蒸気圧の高い金
属を用いると被加工物溶融部を効率よ（除去でき、加工
速度が向上して加工ランニングコストが低減することや
仕上り表面状態がよくなることなどに加えて、金属酸化
物の如き電気絶縁耐圧の大きい被覆層を設けることによ
って放電が安定して短絡しに（（なり、サーボ機構で制
御されたテーブル送りも順調になり加工速度が向上する
ことに着目し、Ｃｕ　−Ｚｎ合金に限定された添加元素
の配合と限定された製造方法を施すことによって上記の
要望を満たすことを本発明の目的とした。

〔発明の構成とその作用〕

本発明は、Ｃｕ　−Ｚｎ合金に、ＡＩ　、　Ｇａ　、　
Ｍｎ　、　Ｃｒなどの金属を添加した特殊黄銅合金の線
材を伸線する過程で、高温で短時間の通電加熱を施す製
造方法によって、Ｚ０元素を熱拡散によって線材表層部
に拡散固着させ高濃度Ｚｎ層を生成させ、且つ線材表層
部にＡＩ　、　Ｇａ　、　Ｍｎ　、　Ｃｒなどの酸化物
即ちＡｌ２Ｏ３゜Ｇａ２Ｏ３，ＭｎＯ２，ＣｒＯ３（７
）層を生成させて、短絡のない放電安定性と被加工物へ
の付着物の減少とをもたらし、延いては加工速度の向上
をはかったものである。つまり高温でＺｎが拡散する現
象を利用し、黄銅線の表層部に高濃度Ｚｎ層を生成させ
ると共に、表面に酸化物を形成し易く、且つ放電安定性
良好な元素、即ちＡＩ　、　Ｇａ　、　Ｍｎ　、　Ｃｒ
なとの添加によって放電加工性を向上させたものである
。

即ち本発明は、Ｚｎ２０〜４０　ｗｔ％とＡＩ　、　（
３ａ　、　Ｍｎ　。

Ｃｒのうち１種又は２種以上を合計で０．１〜５　ｗｔ
％（以後組成成分のｗｔ％は襲で表わす）と、残部Ｃｕ
及び不可避な不純物からなる特殊黄銅線を線引工程にお
いて、少（も１回以上ワイヤを走行させつつ非酸化雰囲
気中で通電加熱するような製造方法をとることを特徴と
したものである。

その通電加熱の条件は、１個又は複数個の加熱ゾーンを
備えた通電加熱装置において、各加熱ゾーンの通電電流
１ｋ（アムペア）、印加電圧■ｋ（ボルト）、ワイヤの
直径Ｄ　（ｍｍ）、走行速度Ｓ（ｍＡｎりとしたとき４
５を越えない範囲で１０≦ΣＩｋＶ、、／１）”　Ｓを
満たすことを特徴としている。この条件範囲内で製造し
たとき、電極線の表面近傍の元素濃度分布は第２図に示
すような形態となり、高濃度Ｚｎ層の生成により加工速
度が向上し、被加工物への付着物が減少し、更に高濃度
金属酸化物層の生成により安定放電が実現できる。

ここで、ＡＩ　、　Ｇａ　、　Ｉ’ｉ４ｎ　、　Ｃｒを
添加元素として選んだのは、それらが酸化し易い金属で
、表層部に酸化物を容易に形成する為であり、Ａｇ　、
　Ｎｉでは酸化物形成が期待できず、放電不安定となり
、Ｓｎ　、　Ｇｅでは脱亜鉛現象を促進し、表面にＺｎ
の涸渇領域（ｄｅｐｌｅｔｅｄ　−ｚｏｎｅ）を生成し
加工速度を低下せしめるなどの現象が知見されたからで
ある。

Ｚｎ量については、Ｚｎを２０〜４０チとしたのは、２
０−未満ではワイヤ自身のＺｎ量の不足を本発明による
製造方法によっても補い切れず、通常用いられている６
５／３５黄銅線以上の加工速度を達成できないからであ
る。４０係を越えると細径化の伸線加工性が極度に低下
し、非能率的な操業になる。

ＡＩ　、　Ｇａ　、　Ｍｎ　、　Ｃｒの中から１種又は
２種以上の合計を０．１〜５．０係としたのは、０．１
係未満では添加元素の効果が小さく放電加工性の向上て
つながらないためであり、５０係を越えると伸線加工性
が極度に低下し、非能率的な操業シこなろからである。

又通電加熱を利用したのは高温で短時間加熱できるため
であり、従来の加熱炉では昇温、冷却に多くの時間を要
し、非能率であると同時に高温での脱亜鉛現象を促進し
てしまうからである。更に通電加熱条件を４５を越えな
い範囲で１０≦ΣＩ■ｙｓとしたのは１０以下では十分
な高濃度Ｚｎ層と金属酸化物層が生成せず加工速度など
の放電加工性が向上しな（・からである。４５を越えろ
と脱即鉛が進行して表７ｊＡ部のＺｎ濃度が低下して加
工速度が低下するからである。

〔実施　汐り　〕

実施例（１） 黒鉛ルツボと高周波溶解炉を用いてＣｕを溶解し、湯面
を木炭粉末で覆った状態でＺｎを添加した後、ＡＩ　、
　（３ａ　、　Ｍｎ　、　Ｃｒを夫夫添加して第１表の
Ｎ［Ｌ１〜嵐１６に示すような本発明による組成成分の
１６種類の鋳塊をつくった。鋳塊は２５ｍｍ角、長さ３
００ｍｍでありその表面を一面当り２．５　ｍｍ面削し
た後、熱間圧延によって８　ｍｍ　ｌ　Ｋ　した後ダイ
ス曳伸線によって２．０　ｍｍ　ｌの線材にした。次に
、第１図圧示すような通電加熱装置４を備えられた連続
伸線機ろでこの線材２を０．９　ｍｍ　ｌの線材５に伸
線し、通電加熱を施した。通電加熱装置４は予熱ゾーン
７と加熱ゾーン８で電圧が印加され、その時の印加電圧
は両ゾーン共に等しく線材５の長さ即ち抵抗値の違いに
よって電流値が異なってくる。又加熱ゾーン８は線材５
の必要以上の酸化を防ぐ為に水蒸気が充満されている。

線速を５００　ｍｚＱ　、　６００ｍＡｔｍ　＋　９０
０　ｍ／７として印加電圧を種々変えて加熱した時の加
熱条件を第１表に併記した。ここで工！は予熱電流、■
２は加熱電流である。このように高温短時間の通電加熱
を施された０、　９　ｍｍ　ｌの線材は添加元素の酸化
物特有のにぷい光沢をしていた。

次にこれら０．９　ｍｍ　９６の線材を別の連続伸線機
によって０．２　ｍｍダに伸線し本発明による実施例の
ｔｉ線とした。

尚比較例として、組成成分が本発明によらない合金の中
での３種類（隘１４．嵐１５．隘１６）は０．２　ｍｔ
ｎφの線材を上記実施例と同じ製造方法のもとにつくり
、他の３種類（Ｎ１１１７　、　Ｎｉ１１８　、　ｉ’
ｈ１９）は伸線加工が困難で０゜２　ｍｍダにはなりに
くかった。

更に他の比較例として組成成分は本発明によるも通電加
熱が本発明の条件によらないもの即ち猶２０、Ｎ１１２
！ｌは通電加熱条件は１０以下で歯２１゜Ｎｈ２２は４
５以上のものの４種類を０．２　ｍｍ　ｌの線材につく
った。又比較例隘２４としてＺｎ量の多い黄銅線の線材
をつくろうとしたがβ相のため伸線が困難であった。

又従来例として、従来電極線として使用されている６５
／３５黄銅線と純銅線を０．９　ｍｍ　ｌで４００°Ｃ
×１時間加熱後０．２　ｍｍ　９６に伸線し、従来例の
電甑線克２５及び述２６とした。

上述のようにしてつ（られた０、　２　ｍｍ　ｌの電極
線を放電加工機に装着して、被加工物として３０ｍｍ厚
さの５ＫＤ−１１を第２表に示すような放電加工条件の
もとに直線切断した。

第２表 加工結果を第１表に併記した。第１表の加工速度比とは
６５／３５黄銅線猶２５の加工速度を１００としその比
で表わし、放電安定性は加工速度のばらつきの大きさ、
短絡のし易さなどの総合的評価で、良をＯｌや一良を△
、不良をＸで表わした。

第１表の加工結果によれば、本発明の実施例による気１
〜ＮｃＬ１′５は、いずれも従来例嵐２５及び嵐２６に
比べて加工速度は優れ、放電安定性もまさっている。こ
れに対して比較例の述１４．洩１５は加工速度が劣って
いる。これはＺｎ量が本発明によるよりも少ないので本
発明による通電加熱によってもなお表層部のＺｎ濃度が
十分に高（なり得なかっだからである。隘１６は加工速
度は劣っていないが放電安定性は劣っている。これはＺ
ｎ量は少くないが添加元素山の１が本発明による量より
も少いから金属酸化物の生成が不充分であったからであ
る。遅１７．述１８　、遅１９は伸線加工が困難だった
ので０．２　ｍｍｌ線材につくらなかった。添加元素の
合計が５チを越えたものであったからである。Ｉ’１ｋ
Ｌ２０及び隘２６は加工速度、放電安定性共に優れてい
ない。両者は組成成分は本発明によるも通電加熱条件が
本発明による範囲以下なので通電加熱が不充分となり表
面層への酸化物とＺｎの拡散析出が不足だったからであ
る。Ｎ１２１，２２は加工速度、放電安定性共に著るし
く劣っている。

通電加熱が過剰で脱Ｚｎ現象を起したためである。

表面が赤つぼ（なっていた。

実施例（２） 実施例（１）で０．９　ｍｍ　ｇで通電加熱を施したと
ころ迄つ（つた本発明による組成成分の線材のうち５種
類（実施例（１）のｌ’ＶｋＬ１．宛４．隘８．隘１１
．隘２５）を撰んで第１図の通電加熱装置付き連続伸線
機で０．２　ｍｍ　ｌに伸線し本発明による通電加熱条
件のもとに加熱した。このようにしてつ（られた実施例
（２）の１０種類の電極線（第６表の宛１〜宛１０）を
実施例（１）の場合と同じ（放電加工実験を行った。

尚比較例として組成成分と０．９　ｍ’ｌでの通電加熱
共に本発明によったが０．２　ｍｍダでの通電加熱が本
発明によらなかったもの（第３表のｌ’ｈ１１＋Ｉ’ｈ
１２）と、０．２　ｍｍ　ｌでの通電加熱は本発明によ
ったが組成成分が本発明によらなかったもの（第６表の
述１３．ｌ’％１４）と、組成成分は本発明によるが０
．９　ｍｍ　ｌ　、　０．２　ｍｍ　９６での通電加熱
が共に本発明によらなかったもの（第６表の隘１５）と
、組成成分と０．２　ｍｍ　ｌでの通電加熱は本発明に
よるが０、９　ｍｍ　ｌでの通電加熱が本発明によらな
かったもの（第６表の嵐１６）の計６種＠（第６表の隨
１１〜ＮＣＬ１６）の０．２　ｍｍ　ｌの電極線をつく
り、実施例に準じて加工試験を行った。

又従来例として、実施例（１）の６５７ｓ　５黄銅線を
５００°Ｃに加熱した３ｍ長のパイプに線速１００即動
で走行させて加熱したものを実施例と同じく放電加工試
験を行った。

以上の実施例、比較例、従来例の放電加工試験結果を第
３表に併記した。なお通電加熱時の線速は８００卯龜、
１０００町物、１２００ｒｒＭ−の６条件で行った。第
５表によれば本発明による組成成分を有し、且つその通
電加熱の条件に従って、製造工程中の０．９　ｍｍ　ｌ
のときと０．２　ｍｍ　ｌのときにワイヤを走行させつ
つ通電加熱したもの（実施例嵐・１〜１０）の結果は従
来例の宛１７に比べて〜１ずれも加工速度放電安定性共
に優れている。即ち２回の通電加熱のうち少くも１回が
本発明による条件に従っていればよかったのである。例
えば猶１は０．９　ｍｍ　９６時の通電加熱、宛９及び
心１０は０．２ｍｍ　１時の通電加熱のみ本発明の条件
に従い、他は条件が１０以下の範囲外である。なお通電
加熱条件は０．９　ｍｍ　ｌと０．２　ｍｍ　ｌとの２
回の和ではない。

例えば猶２はその和は３２．５＋２４．６＝５７．１で
条件外であるが、その時々の条件即ち第１回目の６２．
５と第２回目の２４，６とが条件内であればよいのであ
る。

比較例の隘１１とＮ１２とは０．２　＋ｎｍ　１時の、
述１６はｏ、　９　ｍｍ　９６時の通電加熱がいずれも
条件外の過剰であったために脱Ｚｎを生じ加工速度、放
電安定性共に著るしく低下していた。即ち１回でも条件
が４５を越えて範囲外の通電加熱をしたときは他の通電
加熱は条件内であっても放電加工結果は低下する。然し
１０以下のものは他の通電加熱で１０以上にしてやれば
良い。又Ｎｌ１１３は放電安定性は良いが加工速度が従
来例述１７に比べて梢劣っている。組成成分のＺｎ量が
本発明によるものより少ないからである。ＮｃＬ１４と
ＮＱ　１５とは放電安定性が良（ない。前者は黄銅への
添加元素慟の量が本発明による量よりも少なかったから
であり、後者は通電加熱条件が０．９　ｍｍＯ、０，２
ｍｍｇのときの２回共に本発明の条件外にあったからで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電極線を製造できる連続伸線付き
通電加熱装置の概要図である。 第２図は電極線の表面から深さによるＣｕ　、　Ｚｎ　
。 各添加元素の濃度の変化を示す図である。 １：サプライ　　　　２：ワイヤ ６：伸線機　　　　　４：通電加熱装置５：ワイヤ　　
　　　６：スプラー ７：予熱ゾーン　　　８：加熱ゾーン ９：冷却ゾーン 〔効果〕 上述したように、本発明によれば、放電加工に実質的に
寄与する電極線の表面層のか濃度を高めて加工速度を向
上でき、ＡＩ　、　Ｇａ　、　Ｍｎ　、　Ｃｒなどの酸
化物の表面への析出により安定した放電と短絡防止が可
能となり、工業的な規模で能率的に生産できワイヤ放電
加工業界に寄与するところ大である。 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）組成成分がＺｎ２０〜４０ｗｔ％と、Ａｌ、Ｇａ
   、Ｃｒ、Ｍｎの中から１種又は２種以上を合計で０．１
   〜５．０ｗｔ％と、残部Ｃｕ及び不可避な不純分からな
   るワイヤ放電加工用電極線。
2. （２）上記の組成成分を有する線材の製造工程に於いて
   、線材を走行させつつ、ΣＩ＿ｋＶ＿ｋ／Ｄ＾２Ｓが４
   ５を越えない範囲で、少なくとも１回以上下式の条件で
   通電加熱することを特徴とするワイヤ放電加工用電極線
   の製造方法。 １０≦（ΣＩ＿ｋＶ＿ｋ）／Ｄ＾２Ｓ 但しＩ＿ｋ：各加熱ゾーンでの通電電流（アンペア）Ｖ
   ＿ｋ：各加熱ゾーンでの印加電圧（ボルト）Ｄ：線径（
   ｍｍ） Ｓ：線速（ｍ／ｍｍ）