WO2011096242A1 - ワイヤ放電加工用電極線、その製造方法及びその放電加工方法 - Google Patents

ワイヤ放電加工用電極線、その製造方法及びその放電加工方法 Download PDF

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discharge machining
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晃一 橋詰
雅一 吉本
伸幸 鷲尾
洋一郎 木本
弘史 佐藤
功夫 伊豆井
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    • Y10T428/12771—Transition metal-base component
    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12903—Cu-base component

Definitions

  • the present invention relates to an electrode wire for wire electric discharge machining used for wire electric discharge machining for machining a workpiece (workpiece) by electric discharge, a manufacturing method thereof, and an electric discharge machining method using the electrode wire.
  • Wire EDM is a process in which an electric discharge is generated between an EDM electrode wire and the workpiece, and the workpiece is cut by the thermal energy caused by the electric discharge. Suitable for metal processing.
  • This electrode wire is widely used in the past, and the electrode wire is made of a single brass with a zinc concentration of 35 to 40% by weight.
  • This brass single electrode wire is manufactured because, when the zinc content is increased to 40% by weight or more, an intermetallic compound of a body-centered cubic lattice is formed, and the ductility and toughness are lowered, so that cold drawing cannot be performed. Can not.
  • Japanese Patent No. 3718617 discloses a copper-zinc alloy layer having a zinc concentration of 40% by weight or more on the surface layer, or a porous electrode wire provided with a zinc layer thereon.
  • a porous electrode wire having cracks on the surface of the electrode wire is formed by forming a copper-zinc alloy layer on the surface layer of the copper-containing core wire by hot dipping or a zinc layer on the surface, and actively cracking the surface layer by wire drawing. And increasing the surface area of the electrode wire, increasing the contact area with the machining fluid during electrical discharge machining, and further increasing the cooling rate to improve the machining rate.
  • WO2009 / 028117 discloses an electrode wire having the following structure as a method for solving the problems of the invention.
  • -Copper or copper alloy core wire diffused into the molten zinc from the copper-zinc alloy inner layer (zinc concentration 50 to 80 wt%) formed by thermal diffusion of molten zinc from its surface and the core wire itself
  • a copper-zinc alloy outer layer (zinc concentration of 81 to 100% by weight) formed as described above.
  • the zinc layer is thicker than the diffusion alloy layer-The thickness of the zinc layer is 1.2% or more of the outer diameter, and there is no crack in the outermost layer of the electrode wire.
  • the electrode wire for high-speed machining obtained by providing a zinc layer and a diffusion alloy layer on the outer peripheral surface of a conventional copper or copper alloy core wire and drawing can improve the machining speed, but it is an electric discharge machining other than the machining speed. This causes a problem that other characteristics necessary for the above-mentioned are deteriorated.
  • Wire electrical discharge machining is a process in which a workpiece is melted and a saw blade type machining is performed while electric discharge is performed between the electrode wire and the workpiece, but there is a crack in the surface layer of the electrode wire. As a result, the discharge becomes unstable, and the finished state of the surface of the workpiece becomes worse.
  • the diffusion alloy layer including the zinc layer becomes a core wire. It becomes easy to peel from.
  • wire EDM is performed using an electrode wire that easily peels off the diffusion alloy layer including the zinc layer, a short circuit occurs due to the peeled piece forming a bridge between the electrode wire and the workpiece, reducing the number of discharges.
  • fine streaks due to the concentration of discharge traces are present on the processed surface along the movement direction of the electrode lines. .
  • An object of the present invention is to provide an electrode wire for electric discharge machining for high-speed machining that is suppressed.
  • the present invention has a small amount of metal powder generated when the electrode wire is continuously run and has good positioning properties for measuring the relative position between the electrode wire and the workpiece, and is broken during handling or processing. It aims at providing the electrode wire for electric discharge machining which does not generate
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing the electric discharge machining electrode wire and an electric discharge machining method using the electric discharge machining electrode wire.
  • a zinc hot-dip plating layer is formed on the outer peripheral surface of a core wire made of copper or a copper alloy, and diffusion generated by thermal diffusion between the zinc hot-dip plating layer and the core wire.
  • the zinc hot-dip plating layer is formed on the basis of a difference in ductility between the zinc hot-dip plating layer and the diffusion alloy layer during wire drawing.
  • the zinc alloy thin film is formed with no cracks and the diffusion alloy layer is drawn and crushed particles are embedded in the outer peripheral surface of the core wire, and the zinc thin film and the diffusion alloy layer are formed with the core wire. It is characterized by being prevented from being integrated and peeled off.
  • the electrode wire for wire electric discharge machining according to the present invention is formed by drawing the zinc thin film free from cracks in a temperature range in which zinc is easily stretched by the influence of heat during wire drawing. It is characterized by that.
  • the electrode wire for wire electric discharge machining according to the present invention is characterized in that the granular material in which the diffusion alloy layer is crushed is subjected to a large vertical surface pressure and is deeply embedded in the outer peripheral surface of the core wire. .
  • the electrode wire for wire electric discharge machining of the present invention is obtained by dividing the reduced granular area obtained by subtracting the post-drawing cross-sectional area from the pre-drawing cross-sectional area by the pre-drawing cross-sectional area. It is characterized in that it is drawn deeply in the outer peripheral surface of the core wire after being subjected to wire drawing with a high wire drawing rate that is multiplied by 100.
  • a core wire made of copper or a copper alloy is allowed to pass through a dipping time in which a zinc layer whose outermost layer exceeds a predetermined thickness is passed through a plating tank holding zinc at a predetermined temperature.
  • the core wire and the zinc contact each other at the interface where the core wire is in contact with each other to thermally diffuse to produce a diffusion alloy layer to produce a plating bus bar of the electrode wire, and wire-drawing the plating bus bar
  • a zinc thin film free from cracks is formed by drawing the plated bus bar in a temperature range in which the zinc spreadability is good.
  • the wire drawing is performed so as to circulate and supply to the boundary between the die and the wire when the plated bus is drawn in a temperature range in which the zinc spreadability is good.
  • the temperature inside the circulating storage tank of the lubricating liquid is controlled to 75 ° C. to 100 ° C.
  • a core wire made of copper or a copper alloy is immersed in a plating bath in which zinc is maintained at a predetermined temperature, and the outermost layer is a zinc layer having a predetermined thickness passed.
  • Wire discharge for producing a plating bus bar of the electrode wire by drawing the alloying wire layer by thermally diffusing each other at the boundary surface where the core wire and zinc contact each other by cooling after caulking
  • the zinc thin film and the diffusion alloy layer are integrated with the core wire and the thin film is peeled off by embedding a granular material formed by crushing the diffusion alloy layer in an outer peripheral surface of the core wire. It is characterized by deterring.
  • the method for manufacturing an electrode wire for wire electric discharge machining increases the frictional resistance between the die and the wire by using water as the wire drawing lubricating liquid, so that a large vertical direction is formed at the boundary between the die and the wire. A surface pressure is generated, the diffusion alloy layer is surely crushed into a granular material, and the granular material is strongly embedded in the outer peripheral surface of the core wire.
  • a wire drawing obtained by multiplying a reduced cross-sectional area obtained by subtracting a post-drawing cross-sectional area from a pre-drawing cross-sectional area by a cross-sectional area before drawing is multiplied by 100.
  • the manufacturing method of the electrode wire for wire electric discharge machining of the present invention is characterized in that the predetermined value is 94.0% or more.
  • a zinc hot dip plating layer is formed on the outer peripheral surface of a core wire made of copper or a copper alloy, and a heat diffusion alloy layer is formed between the core wire and the zinc hot dip plating layer.
  • the boundary line length between the crushed particles of the heat diffusion alloy layer and the core wire is 1.20 from the length of the same electrode wire having the boundary line length. It is characterized by being more than twice as long.
  • the method of manufacturing an electrode wire for wire electric discharge machining includes forming a diffusion alloy layer by hot diffusing galvanizing copper or a copper alloy to thermally diffuse between the core wire and the zinc hot dip plating layer.
  • the manufacturing method of the electrode wire for wire electric discharge machining which produces a plating bus bar of the electrode wire and wire-draws the plating bus wire, the granular material formed by crushing the diffusion alloy layer after the wire drawing processing, and the core wire
  • the boundary line length is longer than the length of the same electrode line having the boundary line length by 1.20 times or more.
  • the electrical discharge machining method of the present invention is a wire electrical discharge machining in which a zinc hot-dip plated layer is formed on the outer periphery of a core wire made of copper or a copper alloy, and a heat diffusion alloy layer is formed between the core wire and the zinc hot-dip plated layer
  • An electric discharge machining method for performing an electric discharge machining using an electrode wire wherein the thermal diffusion alloy layer is formed as a layer in which crushed granular materials are gathered in a dense state, whereby the core wire and the zinc hot-dip plated layer Are subjected to electric discharge machining using an electrode wire for wire electric discharge machining which is integrated by the heat diffusion alloy layer and delamination is suppressed.
  • the crushed granular material of the copper-zinc heat diffusion layer on the outer peripheral surface is formed as a densely assembled layer and embedded in the core wire by a simple facility and manufacturing process. And the hot dip galvanized layer are integrated by the heat diffusion alloy layer, and delamination can be suppressed.
  • the conventional machining method uses a high-speed machining electrode wire with a zinc layer and copper-zinc diffusion alloy layer on the outer peripheral surface for rough machining, and a single brass electrode wire for finishing.
  • the electrode wire was exchanged between processes, the electrode wire of the present invention can be used not only for high-speed machining but also for precision machining. Can save.
  • Sectional view of the electrode wire of the present invention Sectional view of the plating bus bar of the present invention Diagram showing the zinc concentration and layer thickness in the radial direction of the plating bus
  • the figure which showed the state of the electrode wire during electric discharge machining Schematic diagram of streaks on machined surface Diagram showing the direction of stress applied to the plating bus bar during wire drawing Diagram showing hot dipping and wire drawing equipment Relationship diagram between lubricating liquid temperature of electrode wires with different zinc layer thickness and occurrence of cracks on outer peripheral surface of electrode wires Relationship diagram between electrode wire zinc layer thickness and machining groove width It is the photograph (digital microscope 1000 times) of the state where the granular material of the diffusion alloy layer was embedded in the core wire, (A) is a plating bus before crushing, (B) is an electrode wire using water as a drawing lubricant , (C) shows an electrode wire using oil as a drawing lubricant.
  • Relationship diagram between lubricant type and number of occurrences of short circuit It is a photograph of a streak generated in the moving direction of the electrode wire (digital microscope 40 times), (A) shows an electrode wire without a short circuit, and (B) shows an electrode wire with a short circuit. Relationship between number of shorts and machining speed It is the photograph (digital microscope 1000 times) of the state where the granular material of the diffusion alloy layer was embedded in the core wire, (A) is an electrode wire whose wire drawing rate is 95.7%, and (B) is the wire drawing rate. Indicates an electrode wire with 93.8%, and (C) indicates an electrode wire with a drawing rate of 92.3%. Relationship diagram between processing rate and number of shorts Flow chart of plating bus inside the wire drawing die Relationship diagram between the length of boundary line between granular material and core wire of diffusion alloy layer due to difference in lubricating liquid
  • the electrode wire for wire electric discharge machining of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the conventional electrode wire having a diffusion alloy layer on the outer peripheral surface and a zinc layer thereon.
  • an outer metal layer of zinc is formed on the outer peripheral surface of a core wire made of copper or a copper alloy by electroplating or hot dipping, and the wire is heat-treated.
  • a wire rod having a diffusion alloy layer generated by mutual thermal diffusion between the galvanized layer and the core wire can be obtained by reducing the cross-sectional area by wire drawing.
  • the diffusion alloy layer is a copper-zinc diffusion alloy layer having a zinc concentration of 40% or more, which is an intermetallic compound of a body-centered cubic lattice, and is hard and brittle. Due to the different deformation characteristics, the diffusion alloy layer breaks during wire drawing, causing cracks on the surface of the electrode wire, and the crushed diffusion alloy layer peels off the core wire, causing a short circuit between the workpiece and the electrode wire. That is, the processing speed is lowered and the quality of the processed surface is lowered.
  • the core wire and the zinc hot-dip plating layer are integrated with the heat diffusion alloy layer by using the following three methods. It has been found that an electrode wire that is prevented from being peeled off and has no cracks on the electrode wire surface can be obtained economically. (1) Even if the zinc layer of the plating bus bar is thinned, the zinc layer covers the cracks of the diffusion alloy layer, so that no cracks appear on the outermost surface of the electrode wire.
  • the wire drawing is performed at a temperature of 100 to 150 ° C. where zinc has good ductility.
  • the frictional resistance between the wire drawing die and the plating bus bar is increased to generate a large vertical surface pressure at the boundary between the die wall surface and the bus bar, and the diffusion alloy layer is reliably crushed into a granular material.
  • water having a higher frictional resistance than that of an oil-based wire drawing lubricant usually used for wire drawing is used for the wire drawing lubricant.
  • the time for the diffusion alloy layer to be embedded in the core wire is lengthened, and the number of passes through the die is increased so that the diffusion alloy layer is reliably crushed into a granular material.
  • the wire drawing is performed by increasing the wire drawing rate.
  • the thickness of the zinc layer is 1.2% or more of the outer diameter of the electrode wire in order not to cause cracks on the surface of the electrode wire in wire drawing. It is stated that it is necessary. However, if the zinc layer is thick, if the processing accuracy deteriorates due to the evaporation and consumption of zinc, there arises a problem that peeling pieces are likely to be generated in the wire drawing.
  • the present invention solves the problem by performing the wire drawing at a temperature at which the spreadability of zinc is good because the surface of the electrode wire is not cracked even if the zinc layer is a thin film.
  • Zinc is brittle at room temperature, but malleability and ductility increase at 100-150 ° C. Utilizing this property, the zinc wire of the plating bus bar is drawn at a temperature of 100 to 150 ° C, so that the temperature rise is expected due to the generation of frictional heat on the wall surface of the plating bus bar and the drawing die.
  • the temperature of the lubricating liquid By setting the temperature of the lubricating liquid to 75 ° C. or more and 100 ° C. or less, the zinc layer completely covers the cracks in the diffusion alloy layer, so that no cracks appear on the outermost surface of the electrode wire.
  • the granular material of the diffusion alloy layer crushed by the wire drawing is made of copper or copper having a friction resistance larger than that of the oil-based wire drawing lubricant.
  • the zinc thin film and the heat diffusion alloy layer are integrated with the core wire so as not to peel off.
  • the diffusion alloy layer having a body-centered cubic lattice which is an intermetallic compound, is not malleable, it is crushed into a granular material during wire drawing, and the zinc layer and the diffusion alloy layer are easily peeled off from the core wire. If the zinc layer and the diffusion alloy layer are peeled off during electrical discharge machining, the electrode wire and the workpiece are short-circuited, the machining speed is reduced due to a decrease in the number of discharges, and the fine streaks move due to unstable discharge. It occurs on the machined surface along the direction.
  • the grain size of the diffusion alloy layer is set so that the boundary line length between the crushed granular material of the diffusion alloy layer and the core wire is 1.20 times longer than the length of the same electrode wire having the boundary line length.
  • FIG. 6 schematically shows a metal flow of how the plating bus bar is deformed inside the die during wire drawing.
  • the vertical axis of the grid line before drawing in FIG. 16 is curved after drawing (advanced phenomenon). This is due to the friction between the plating bus bar and the drawing die wall.
  • the frictional force of the contact surface is increased, the surface pressure for embedding the crushed granular material in the core wire is increased, and the oil-based lubrication usually used as a wire drawing lubricating liquid to embed deeply.
  • the liquid dynamic friction coefficient by the pendulum measurement method, about 0.1
  • water having a lower lubricating function than the oil type lubricating liquid dynamic friction coefficient by the pendulum measurement method, about 0.36 is used.
  • the processing rate in the wire drawing by setting the processing rate in the wire drawing to 94.0% or more, the granular material of the diffusion alloy layer crushed by the wire drawing is embedded deeply in the core wire, The diffusion alloy layer is integrated with the core wire to prevent peeling.
  • Processing rate (%) [(cross-sectional area before wire drawing ⁇ cross-sectional area after wire drawing) / cross-sectional area before wire drawing] ⁇ 100
  • the diffusion alloy layer has different deformation characteristics from the core wire (the diffusion alloy layer has a lower elongation), the diffusion alloy layer is crushed into particles by drawing, and the zinc thin film and the diffusion alloy layer are separated from the core wire. It becomes easy to peel.
  • This method increases the difference between the initial plating bus outer diameter before wire drawing and the final product diameter after wire drawing (by increasing the processing rate), and lengthens the time during which the crushed diffusion alloy layer is embedded in the core wire.
  • the boundary line length between the granular material formed by crushing the diffusion alloy layer after drawing and the core wire has the same boundary length.
  • FIG. 7 schematically shows equipment for carrying out the method of manufacturing the electrode wire 1 for wire electric discharge machining of the present invention.
  • the wire drawing device 13 and the annealer 14 of the plating bus 5 in FIG. May be installed in front of the winding device 15, or may be installed separately from the present equipment and may be drawn after winding.
  • the layer thickness of the copper-zinc alloy layer 7 and the zinc layer 8 which are diffusion alloy layers is as follows. .
  • Diffusion alloy layer copper-zinc alloy layer
  • the immersion time is the same, the lower the temperature, the thinner the diffusion alloy layer.
  • the zinc layer is at the same temperature, the shorter the immersion time, the thicker the zinc layer. -If the immersion time is the same, the lower the temperature, the thicker the zinc layer.
  • the plating bus 5 for obtaining the electrode wire 1 of the present invention shown in FIG. 1 is created based on the above knowledge, and the thickness of the diffusion alloy layer 7 is selected by appropriately selecting the temperature and immersion time of the hot dipping.
  • a plating bus 5 having a three-layer structure of a core wire 6 made of copper or a copper alloy having a zinc concentration gradient as shown in FIG. Can be obtained.
  • the plated bus 5 is drawn and the cross section is reduced, whereby the core wire 2 made of copper or copper alloy as shown in FIG. 1 and the granular diffusion alloy layer 3 crushed by drawing are formed into the core wire.
  • the electrode wire 1 of the present invention can be obtained by combining the following three methods in the wire drawing process to obtain the high-speed machining electrode wire 1 having the structure of the present invention. First, the effects of the individual methods will be described.
  • the electrical discharge machining characteristics were carried out using roughing conditions using a Mitsubishi Electric Wire Electrical Discharge Machine SX10. (Workpiece: Material SKD-11, thickness 50mm)
  • the pre-plating bus 9 of a brass wire (copper 60% / zinc 40%) having a wire diameter of 0.9 mm that has undergone the melting, casting, and wire drawing steps is manufactured as shown in FIG. Was used to adjust the temperature and immersion time of the hot dipping bath, and the three types of plating bus bars 5 shown in the table below with the same thickness of the diffusion alloy layer 7 and different zinc layers 8 were produced.
  • Electrode wire 1 having a diameter of 0.25 mm and having an outer diameter of 0.6%, 1.2%, and 2.4%. The following evaluation was performed about nine types of electrode wires manufactured in this way. a) Relationship between lubricant temperature of electrode wires having different zinc layer thicknesses and generation of cracks on the outer peripheral surface of the electrode wires after wire drawing b) Relation between zinc layer thickness of electrode wire and machining groove width
  • FIGS. As is clear from FIG. 8, when the lubricating liquid temperature is 75 ° C. to 100 ° C., no cracks appear on the surface of the electrode wire after wire drawing at any zinc layer thickness, but when the lubricating liquid temperature is 20 ° C. In the plating bus bar 5 having a thin zinc layer thickness (0.6% of the outer diameter), cracks appear on the surface of the electrode wire after wire drawing. As is clear from FIG. 9, the thicker the zinc layer, the lower the evaporation temperature of the zinc, and the more the zinc layer evaporates and scatters at the start of the discharge.
  • FIG. 10B shows the evaluation results in FIG. 10, FIG. 11, FIG. 12, FIG.
  • the electrode wire 1 using water as the wire drawing lubricant (plating thickness ratio 2.1% with respect to the outer diameter)
  • the granular material of the diffusion alloy layer 3 is deeply embedded in the core wire 2.
  • the electrode wire using the oil-based wire drawing lubricant shown in the photograph of FIG. 10C (plating thickness ratio 2.1%, 3.3% with respect to the outer diameter) is the diffusion alloy layer 3 Is a state where the granular material is floated from the core wire 2.
  • FIG. 17 shows the diffusion alloy layer granularity for an electrode wire in which the granular material of the diffusion alloy layer 3 in FIG.
  • the measurement result is drawn using water at a temperature of 20 ° C.
  • the boundary line length in a state where the granular material of the crushed diffusion alloy layer 3 is deeply embedded in the core wire 2 is Diffusion alloy crushed by wire drawing using an oil-type lubricant at a temperature of 20 ° C, which is 1.20 to 1.22 times longer than the same electrode wire having the boundary length
  • the boundary line length in the state in which the granular material of the layer 3 is lifted from the core wire 2 is 1.10 to 1.11 times the length of the same electrode line having the boundary line length.
  • the electrode line in which the granular material is deeply embedded has a longer boundary line length. Moreover, as shown in FIG.
  • the electrode wire having a long boundary line length drawn with water has a large plating thickness
  • the zinc layer and the diffusion alloy layer are not integrated with the core wire and peeled off during the electric discharge machining. Therefore, a short circuit does not occur between the electrode wire and the workpiece.
  • the electrode wire (plating thickness is 2.1% of the outer diameter, using an oil-based lubricant) causes fine streaks due to concentration of discharge traces on the processed surface.
  • an electrode wire that does not cause a short circuit (plating thickness is 2.1% of the outer diameter, using a water lubricant) does not cause fine streaks on the processed surface.
  • Each of the photographs in FIG. 14 is an electrode wire manufactured by drawing a bus bar having a plating thickness of 2.1% with respect to the outer diameter.
  • the electrode wire 1 having a drawing rate of 93.8%, 95.7, and 97.8%, the granular material of the diffusion alloy layer was embedded deeply in the core wire 2 even when an oil type lubricating liquid having a temperature of 20 ° C. was used.
  • the electrode wire having a processing rate of 92.3% the electrode wire having a plating thickness ratio of 2.1% and 3.3% with respect to the outer diameter
  • the granular material of the diffusion alloy layer 3 floated from the core wire 2 State.
  • the boundary line length between the object and the core wire was measured by the same method as in Method 2.
  • the measurement results show that the boundary line length in the state where the granular material of the crushed diffusion alloy layer 3 is deeply embedded in the core wire is 1.21 to 1... Relative to the length of the same electrode line having the boundary line length. Although it is 23 times longer, the boundary length in the state where the crushed particles of the diffusion alloy layer 3 are lifted from the core wire 2 is 1.10 with respect to the length of the same electrode wire having the boundary length.
  • the boundary line length is longer for the electrode wire having a high processing rate of ⁇ 1.12 times.
  • the electrode layer having a long boundary line length that has been drawn at a higher drawing rate even if the plating thickness is thick, the zinc layer and the diffusion alloy layer are integrated with the core wire during electric discharge machining. Therefore, no short circuit occurs between the electrode wire and the workpiece. From this result, it is possible to suppress the occurrence of a short circuit by performing a wire drawing process with a high processing rate, and it is possible to obtain an electrode wire in which no streaking occurs on the processed surface and the processing speed does not decrease.
  • the present invention can be implemented in a number of forms combining the three methods described above.
  • Table 1 shows some examples of the present invention.
  • the example here includes two to three of the three methods (conditions to which the present invention is applied are shown in bold and diagonal lines), and the comparative example does not include any of the three methods. is there.
  • the processing speed of the electrode wire of the example of the present invention is improved by about 20% compared with the electrode wire of the brass single body of Comparative Example 3 (copper 60% / zinc 40%).
  • the outer diameter of the electrode wire for electric discharge machining is shown as 0.25 mm.
  • any outer diameter, for example, an electrode wire having an outer diameter of 0.1 to 0.3 mm is shown. The same quality can be ensured in
  • SYMBOLS 1 Electrode wire for wire electric discharge machining 2 Core wire made of copper or copper alloy 3 Granular diffusion alloy layer crushed by drawing 4 Zinc layer 5 Plating bus 6 Core wire made of copper or copper alloy 7 Diffusion alloy layer 8 Zinc hot-dip plating layer 9 Busbar before plating (core wire) 10 Preheater DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Flux tank 12 Hot dipping apparatus 13 Wire drawing apparatus 14 Annealer 15 Winding apparatus

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)

Abstract

　電極線外周面に形成した銅－亜鉛拡散合金層の粒状物を芯線から剥離し難くすることによって、電極線と加工対象物間での短絡を防止して、加工速度の向上だけでなく、加工精度の低下、加工面の微細スジ・金属粉の発生を抑えた高速加工用電極線を提供する。　熱拡散により生成した銅－亜鉛合金層と亜鉛層を外周面に有する線材を伸線加工して、製品径まで縮小する工程で、銅－亜鉛合金層を確実に破砕して粒状物とし、その粒状物を芯線外周面に埋め込むことによって拡散合金層と亜鉛層を芯線と一体化させ、芯線からの拡散合金層と亜鉛層の剥離を防止する。また、伸線加工で生じる銅－亜鉛合金層のクラックを亜鉛薄膜でも覆うために、亜鉛の展延性の良好な温度で伸線加工を行う。

Description

ワイヤ放電加工用電極線、その製造方法及びその放電加工方法
　本発明は、放電によって被加工物（加工対象物）を加工するワイヤ放電加工に用いられるワイヤ放電加工用電極線およびその製造方法並びにその電極線を用いた放電加工方法に関するものである。
　ワイヤ放電加工とは放電加工用電極線と被加工物との間で放電を起こさせ、放電によって引き起こされる熱エネルギーによって被加工物を切断していくもので、特に金型等の複雑な形状を有する金属加工に適している。
　このような放電加工において、ａ）加工速度が速いこと、ｂ）被加工物の表面の仕上がり状態や寸法精度が良好であること、ｃ）電極線と被加工物との相対位置を計測する位置決め性が良好であること、ｄ）電極線を連続的に走行させた時の金属粉の発生量が少ないこと等が要求される。
　この電極線として、従来から広く使われているものに、電極線が亜鉛濃度３５～４０重量％の黄銅単一体より製作されたものがある。　この黄銅単一体の電極線は、亜鉛含有量を４０重量％以上に増やすと、体心立方格子の金属間化合物を作り展延性や靭性が低下し、冷間伸線加工ができないという理由により製作できない。
　そこで、亜鉛濃度３５～４０重量％の黄銅単一体の電極線よりも放電加工速度を速くしようとする研究が種々行われてきているが、電極線の組成中の亜鉛濃度が高いほど、放電加工速度を向上できることは良く知られている。
　この方法として、電極線の表層のみ亜鉛濃度が４０重量％以上の銅－亜鉛合金層、あるいはその上に更に亜鉛層を設ける方法が知られている。
　日本特許第３７１８６１７号には、表層に亜鉛濃度が４０重量％以上の銅－亜鉛合金層、あるいはその上に亜鉛層を設けた多孔性電極線が開示されている。
　この電極線表面にクラックを有する多孔性電極線は、溶融めっきにより銅含有芯線の表層に銅－亜鉛合金層、あるいはその上に亜鉛層を設け、伸線加工することによって表層に積極的にクラックを形成させ、電極線の表面積を大きくし、放電加工時に加工液との接触面積を増加させ、冷却速度を一層早くして加工速度を改善することが記載されている。
　さらに、国際公開番号ＷＯ２００９／０２８１１７には上記発明の問題点を解決する方法として、次の構造の電極線が開示されている。
―　銅または銅合金の芯線に対して、その表面から溶融した亜鉛が熱拡散して形成された銅－亜鉛合金内層（亜鉛濃度５０～８０重量％）と芯線自体の銅が溶融した亜鉛に拡散して形成された銅－亜鉛合金外層（亜鉛濃度８１～１００重量％）からなる。（外層が拡散によって生成された２層の銅－亜鉛合金層の上に亜鉛層が設けられた３層構造）
―　拡散合金層よりも亜鉛層が厚い
―　亜鉛層の厚さは外径の１．２％以上であり、電極線の最表層にはクラックが存在しない。
日本特許第３７１８６１７号 ＷＯ２００９／０２８１１７号
　従来の銅または銅合金芯線の外周面に亜鉛層と拡散合金層を設け、伸線することによって得られる高速加工用電極線は、加工速度を向上することができるものの、加工速度以外の放電加工に必要な他の特性が悪くなるという問題点が生じる。
　また、電極線表層にクラックを形成するという技術も知られているが、電極線表層にクラックが形成されることによって、次のような問題点が生じる。
ａ）ワイヤ放電加工は、電極線と被加工物との間で放電を行わせながら、被加工物を溶断して糸鋸式の加工を行うものであるが、電極線の表層にクラックがあることによって、放電が不安定になり、被加工物の表面の仕上がり状態が悪くなる。
ｂ）ワイヤ放電加工機に被加工物と電極線の相対位置を認識させるため、被加工物と電極線との間で電気的な導通を利用しているが、電極線の表層にクラックがあることによって接触面積が少なくなり、位置決め精度が悪くなる。
ｃ）冷間伸線加工によって表層にクラックが生じるほど表層が脆いため、放電加工時に電極線を連続的に走行させた場合に加工機のガイド、プーリー等との摩擦・擦れ等により金属粉の発生量が多くなり、メンテナンス性を悪化させる。
ｄ）表層にクラックがあることによって、取り扱い時または加工時に断線が発生し易くなり信頼性が悪くなる。
　それに対して拡散合金層を有していながら電極線の最表層にクラックを生じさせない対策も知られているが、この構造は亜鉛層の厚さを外径の１．２％以上にすることにより、拡散合金層のクラックを亜鉛層で被覆することによって、電極線の最表層にクラックを存在させなくする構造のために、最表層の亜鉛層がどうしても厚くなり、図４に示したように放電加工中に亜鉛の蒸発消耗によって線径が細り、入側と出側で加工溝巾の差が生じることにより、放電加工面がテーパー状になり、加工精度の面で問題が生じる。
　また、亜鉛層と拡散合金層が厚いことによりにより０．１－０．３ｍｍφ等の要求される所定の直径の電極線を得るために、伸線加工すると亜鉛層を含めた拡散合金層が芯線から剥離し易くなる。
　亜鉛層を含めた拡散合金層が剥離し易い電極線を用いてワイヤ放電加工を行うと、剥離片が電極線と被加工物の間でブリッジを形成することによって短絡が起こり、放電回数の減少による加工速度の低下や、放電が不安定になることにより、図５の模式図に示すように放電痕の集中による微細スジが、電極線の移動方向に沿って加工面に存在するようになる。
　本発明はこれらの問題点を解決するためになされたもので、亜鉛の消耗による加工精度の低下、または短絡による加工速度の低下や電極線の移動方向に沿って発生する加工面の微細スジを抑えた高速加工用の放電加工用電極線を提供することを目的とする。
　さらに本発明は、電極線を連続的に走行させた時の金属粉の発生量が少なく、かつ電極線と被加工物との相対位置を計測する位置決め性が良好で、取り扱い時または加工時に断線が発生することがない放電加工用電極線を提供することを目的としている。
　加えて本発明は、上記放電加工用電極線を製造するための方法および上記放電加工用電極線を用いた放電加工方法を提供することを目的とするものである。
　本発明のワイヤ放電加工用電極線は、銅または銅合金からなる芯線の外周面に亜鉛溶融めっき層が形成され、前記亜鉛溶融めっき層と前記芯線の間で相互に熱拡散により生成された拡散合金層を有する母線が伸線加工されたワイヤ放電加工用電極線において、前記亜鉛溶融めっき層と前記拡散合金層の伸線加工時における展延性の差異に基づき、前記亜鉛溶融めっき層は、伸線されてクラックが存在しない亜鉛薄膜とされるとともに、前記拡散合金層は、伸線されて破砕された粒状物が前記芯線の外周面に埋め込まれ、前記亜鉛薄膜と拡散合金層が前記芯線と一体化されて剥離することが抑止されていることを特徴とする。
　さらに、本発明のワイヤ放電加工用電極線は、前記クラックが存在しない亜鉛薄膜は、伸線加工時に熱の影響を受けて亜鉛の展延性が良いとされる温度範囲で伸線されて形成されたものであることを特徴とする。
　さらに、本発明のワイヤ放電加工用電極線は、前記拡散合金層の破砕された粒状物は、大きな垂直方向の面圧を受けて前記芯線の外周面に深く埋め込まれていることを特徴とする。
　さらに、本発明のワイヤ放電加工用電極線は、前記拡散合金層の破砕された粒状物は、伸線前断面積から伸線後断面積を差し引いた縮減断面積を伸線前断面積で除したものに１００を乗じた伸線加工率の高い伸線加工を受けて、前記芯線の外周面に深く埋め込まれてい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は、銅または銅合金からなる芯線を、亜鉛を所定温度に保持しているめっき槽内を最外層が所定厚を超える亜鉛層とする浸漬時間通過せしめた後冷却することにより、前記芯線と前記亜鉛が接触する境界面で相互に熱拡散させて拡散合金層を生成させて電極線のめっき母線を製造し、該めっき母線を伸線加工するワイヤ放電加工用電極線の製造方法において、前記めっき母線を前記亜鉛の展延性が良いとされる温度範囲で伸線加工することにより、クラックが存在しない亜鉛薄膜を形成することを特徴とする。
　さらに、本発明のワイヤ放電加工用電極線の製造方法は、前記めっき母線を前記亜鉛の展延性が良いとされる温度範囲で伸線加工するにあたり、ダイスと線材の境界に循環供給する伸線潤滑液の循環貯留槽内温度を７５℃乃至１００℃に温度管理することを特徴とする。
　本発明のワイヤ放電加工用電極線の製造方法は、銅または銅合金からなる芯線を、亜鉛を所定温度に保持しているめっき槽内を最外層が所定厚を超える亜鉛層とする浸漬時間通過せしめた後冷却することにより、前記芯線と亜鉛が接触する境界面で相互に熱拡散させて拡散合金層を生成させて電極線のめっき母線を製造し、該めっき母線を伸線加工するワイヤ放電加工用電極線の製造方法において、前記拡散合金層を破砕して形成した粒状物を芯線外周面に埋め込むことにより、前記亜鉛薄膜と拡散合金層が前記芯線と一体化して該薄膜が剥離することを抑止することを特徴とする。
　さらに、本発明のワイヤ放電加工用電極線の製造方法は、前記伸線潤滑液として水を用いることにより、前記ダイスと前記線材の摩擦抵抗を増大してダイスと線材の境界に大きな垂直方向の面圧を発生させて、前記拡散合金層を確実に破砕して粒状物とし、該粒状物を芯線外周面に強く埋め込むことを特徴とする。
　さらに、本発明のワイヤ放電加工用電極線の製造方法は、伸線前断面積から伸線後断面積を差し引いた縮減断面積を伸線前断面積で除したものに１００を乗じた伸線加工率が所定値を下回らないように伸線加工制御することにより、前記拡散合金層を確実に破砕して粒状物とし、該粒状物を芯線外周面に深く埋め込むことを特徴とする。
　さらに、本発明のワイヤ放電加工用電極線の製造方法は、前記所定値を９４．０％以上としたことを特徴とする。
　本発明のワイヤ放電加工用電極線は、銅または銅合金からなる芯線の外周面に亜鉛溶融めっき層が形成されており、前記芯線と前記亜鉛溶融めっき層との間に熱拡散合金層を成形したワイヤ放電加工用電極線であって、前記熱拡散合金層は、破砕された粒状物が稠密状態で集合された層として形成されていることにより、前記芯線と前記亜鉛溶融めっき層とが前記熱拡散合金層により一体化されて剥離が抑止されることを特徴とする。
　さらに、本発明のワイヤ放電加工用電極線は、前記破砕された熱拡散合金層の粒状物と前記芯線との境界線長が、その境界線長を有する同一の電極線の長さより１．２０倍以上長いことを特徴とする。
本発明のワイヤ放電加工用電極線の製造方法は、銅または銅合金を溶融亜鉛めっきすることにより、前記芯線と前記亜鉛溶融めっき層との間で相互に熱拡散させて拡散合金層を成形させて電極線のめっき母線を製造し、該めっき母線を伸線加工するワイヤ放電加工用電極線の製造方法において、伸線加工後の前記拡散合金層を破砕して形成した粒状物と前記芯線との境界線長が、その境界線長を有する同一の電極線の長さより１．２０倍以上長いことを特徴とする。
　本発明の放電加工方法は、銅または銅合金からなる芯線の外周に亜鉛溶融めっき層が形成されており、前記芯線と前記亜鉛溶融めっき層との間に熱拡散合金層を成形したワイヤ放電加工用電極線によって放電加工する放電加工方法であって、前記熱拡散合金層は、破砕された粒状物が稠密状態で集合された層として形成されていることにより、前記芯線と前記亜鉛溶融めっき層とが前記熱拡散合金層により一体化されて剥離が抑止されているワイヤ放電加工用電極線を用いて放電加工することを特徴とする。
　本発明によれば、簡単な設備および製造工程により、外周面の銅―亜鉛の熱拡散層の破砕された粒状物が稠密状態で集合された層として形成されて芯線に埋め込まれることにより、芯線と亜鉛溶融めっき層とが熱拡散合金層により一体化されて剥離を抑止できる。
　このことにより、放電加工中に被加工物と電極線との短絡を防止することができるため、放電回数の減少による加工速度の低下や、放電が不安定になることにより放電痕の集中による微細スジが電極線の移動方向に沿って加工面に発現することを抑止できる高速加工用電極線の提供が可能になる。
　また、従来の加工方法は、荒加工では外周面に亜鉛層と銅－亜鉛拡散合金層を有する構造の高速加工用電極線を、仕上げ加工には黄銅単一体の電極線を使用するなど、加工プロセス間で電極線を交換していたが、本発明の電極線は高速加工だけでなく、精密加工にも使用できるため、加工プロセス間の電極線の交換は必要なくなり、停止時間／交換時間が節約できる。
本発明の電極線の断面図 本発明のめっき母線の断面図 めっき母線の径方向の亜鉛濃度および層厚を示す図 放電加工中の電極線の状態を示した図 加工面のスジの模式図 伸線加工中にめっき母線が受ける応力方向を示す図 溶融めっきおよび伸線装置を示す図 亜鉛層厚の異なる電極線の潤滑液温度と電極線外周面のクラック発生との関係図 電極線の亜鉛層厚と加工溝巾との関係図 拡散合金層の粒状物が芯線に埋め込まれた状態の写真（デジタルマイクロスコープ１０００倍）であり、（Ａ）は破砕前のめっき母線、（Ｂ）は伸線潤滑液に水を用いた電極線、（Ｃ）は伸線潤滑液に油を用いた電極線を示す 潤滑液種類と短絡発生回数との関係図 電極線の移動方向に発生するスジの写真（デジタルマイクロスコープ４０倍）であり、（Ａ）は短絡無しの電極線、（Ｂ）は短絡有りの電極線を示す 短絡回数と加工速度の関係図 拡散合金層の粒状物が芯線に埋め込まれた状態の写真（デジタルマイクロスコープ１０００倍）であり、（Ａ）は伸線加工率が９５．７％の電極線、（Ｂ）は伸線加工率が９３．８％の電極線、（Ｃ）は伸線加工率が９２．３％の電極線を示す 加工率と短絡発生回数との関係図 伸線ダイス内部でのめっき母線の流れ図 潤滑液の違いによる拡散合金層の粒状物と芯線との境界線長との関係図
　本発明のワイヤ放電加工用電極線は、外周面に拡散合金層とその上に亜鉛層を有する従来の電極線の前述の問題点を解決するためになされたものである。
　拡散合金層を有する従来技術のワイヤ放電加工用電極線の製造方法は、銅または銅合金からなる芯線の外周面に電気めっきまたは溶融めっきにより、亜鉛の外側金属層を形成し、この線材を熱処理することによって、亜鉛めっき層と芯線の間で相互に熱拡散により生成された拡散合金層を有する線材を伸線加工により断面積を縮小して得られる。
　ここで、問題は、拡散合金層が体心立方格子の金属間化合物である亜鉛濃度４０％以上の銅－亜鉛拡散合金層になっており、硬く、脆い性質のため、芯線と拡散合金層の変形特性が異なることによって伸線加工中に拡散合金層が砕けて電極線表面にクラックを発現させてしまい、破砕した拡散合金層が芯線から剥離して、被加工物と電極線との短絡を起し、加工速度の低下や加工面の品質低下を起こしてしまうことである。
　本出願人は、改善された拡散合金層を有する電極線を実現するために研究を重ねるうちに、次の３つの方法を用いることにより、芯線と亜鉛溶融めっき層とが熱拡散合金層により一体化されて剥離が抑止され、かつ電極線表面にクラックが存在しない電極線が経済的に得られることを発見した。
（１）めっき母線の亜鉛層を薄くしても、亜鉛層が拡散合金層のクラックを覆うことにより、電極線最表面にクラックが発現しないことを可能にするため、伸線加工中の亜鉛の温度を亜鉛の展延性が良い１００～１５０℃の温度で伸線加工を行う。
（２）伸線ダイスとめっき母線の摩擦抵抗を増大してダイス壁面と母線の境界に大きな垂直方向の面圧を発生させて、拡散合金層を確実に破砕して粒状物とし、その粒状物を芯線外周面に楔のように深く埋め込ませることを目的として、通常伸線に使用されている油性の伸線潤滑液よりも摩擦抵抗が大きくなる水を伸線潤滑液に用いる。
（３）拡散合金層が芯線に埋め込まれる時間を長く、また、ダイスを通過するパスの回数を多くして、拡散合金層を確実に破砕して粒状物とし、その粒状物を芯線外周面に深く埋め込ませることを目的として、伸線加工率を大きくして伸線加工を行う。
上記（１）の方法は、ＷＯ２００９／０２８１１７号によれば、伸線加工において電極線表面にクラックを生じさせないためには、亜鉛層の厚さは、電極線の外径の１．２％以上を必要とすると記載されている。しかし、亜鉛層が厚いと亜鉛の蒸発消耗によって加工精度が悪くなるのと、伸線加工で剥離片が発生し易くなるという問題が生じる。
本発明は、亜鉛層が薄膜でも電極線表面にクラックを生じさせないため、亜鉛の展延性が良好な温度で伸線加工を行うことによって解決したものである。
　亜鉛は常温では脆いが、１００～１５０℃では展性や延性が増大する。この性質を利用して、めっき母線の亜鉛層が１００～１５０℃の温度で伸線されるように、めっき母線と伸線ダイスの壁面での摩擦熱の発生による温度上昇を見込んで、伸線潤滑液の温度を７５℃以上１００℃以下にすることにより、亜鉛層が拡散合金層のクラックを完全に覆うことにより電極線最表面にクラックが発現しないようにしたものである。
　上記（２）の方法は、油性の伸線潤滑液よりも摩擦抵抗が大きくなる水を伸線潤滑液に用いることにより、伸線加工で破砕した拡散合金層の粒状物が芯線の銅または銅合金に深く埋め込まれることによって、亜鉛薄膜と熱拡散合金層が芯線と一体化して剥離しないようにしたものである。
　金属間化合物である体心立方格子の拡散合金層は、展延性がないために伸線加工中に破砕して粒状物になり、芯線から亜鉛層と拡散合金層が剥離し易くなる。放電加工中に亜鉛層と拡散合金層が剥離すると、電極線と被加工物が短絡し、放電回数の減少による加工速度の低下や、放電が不安定になることにより微細スジが電極線の移動方向に沿って加工面に発生するようになる。
　本発明は、拡散合金層の破砕した粒状物と芯線との境界線長が、その境界線長を有する同一の電極線の長さより１．２０倍以上に長くなるように、拡散合金層の粒状物を芯線に深く埋め込むことによって、亜鉛薄膜と拡散合金層を芯線と一体化させ、芯線からの亜鉛薄膜と拡散合金層の剥離を抑止する構造のワイヤ放電加工用電極線とその製造方法、およびその電極線を用いた放電加工方法である。
　一体化させる原理は次による。
　伸線加工中にめっき母線が受ける応力は、図６に示すように母線内部と母線表層部では異なる。
　伸線加工中は、めっき母線表層部では、伸線ダイス拘束により伸線ダイスとめっき母線の境界に大きな垂直方向の面圧が発生する。これに対して、めっき母線内部では引き抜き力の影響による引張応力が作用する。
　図１６に伸線中に、ダイス内部でどのようにめっき母線が変形していくかのメタルフローを模式的に示す。
　図１６の伸線前の格子線の縦軸は伸線加工後に湾曲を起している（先進現象）。これは、めっき母線と伸線ダイス壁間の摩擦が原因であり、摩擦抵抗が大きいほど、表層部は垂直方向の面圧を受けて、長さ方向の変形量は中心部の変形量に比べて小さくなる。従って、めっき母線の表層部に発生する垂直方向の面圧を大きくするためには摩擦力（変形抵抗）が大きい方が良い。
　この原理を活用して、接触面の摩擦力を大きくして、破砕された粒状物を芯線に埋め込む面圧を大きくし、深く埋め込むために、伸線潤滑液として通常用いられている油性タイプ潤滑液（振り子式測定法による動摩擦係数　約０．１）を用いずに、油性タイプ潤滑液よりも潤滑機能の低い水（振り子式測定法による動摩擦係数　約０．３６）を使用するものである。
　上記（３）の方法は、伸線加工における加工率を９４．０％以上にすることによって、伸線加工で破砕した拡散合金層の粒状物が、芯線に深く埋め込まれることによって、亜鉛層と拡散合金層が芯線と一体化して剥離を抑止したものである。
　加工率は下記の式によって求まる。
加工率（％）＝〔（伸線前断面積―伸線後断面積）／伸線前断面積〕×１００
　拡散合金層は芯線と変形特性が異なるために（拡散合金層の方が伸度は低い）、伸線加工により拡散合金層が破砕して粒状物になり、亜鉛薄膜と拡散合金層が芯線から剥離し易くなる。
　この方法は伸線前の初期のめっき母線外径と伸線後の最終製品径の差を大きくして（加工率を高めることによって）、破砕した拡散合金層が芯線に埋め込まれる時間を長くすること、またダイスを通過するパスの回数を多くすることによって、伸線加工後の拡散合金層を破砕して形成した粒状物と芯線との境界線長が、その境界線長を有する同一の電極線の長さより１．２０倍以上長くすることにより拡散合金層の粒状物を芯線に深く埋め込ませることによって、亜鉛層と拡散合金層が芯線と一体化して剥離を抑止したものである。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。
　図７は本発明のワイヤ放電加工用電極線１の製造方法を実施するための設備を模式的に示したもので、図２のめっき母線５の伸線装置１３とアニーラー１４は、図示のように巻取り装置１５の前に設置しても良いし、又は本設備とは別に設置して、巻き取った後に伸線加工しても良い。
　また、溶融めっきの温度と浸漬時間を調整することによって、拡散合金層である銅－亜鉛合金層７と亜鉛層８の層厚を変化させることが可能であり、その傾向は次の通りである。
（１）　拡散合金層（銅－亜鉛合金層）
・同一温度であれば、浸漬時間が短いほど拡散合金層が薄くなる。
・同一浸漬時間であれば、温度が低いほど拡散合金層が薄くなる。
（２）　亜鉛層
・同一温度であれば、浸漬時間が短いほど亜鉛層が厚くなる。
・同一浸漬時間であれば、温度が低いほど亜鉛層が厚くなる。
　図１の本発明の電極線１を得るためのめっき母線５は、上記知見に基づいて創作されたもので、溶融めっきの温度や浸漬時間を適切に選んで、拡散合金層７の厚さ、亜鉛層８の厚さを調整することにより、図３に示すような亜鉛濃度勾配を有する銅または銅合金からなる芯線６、拡散合金層７、亜鉛溶融めっき層８の３層構成のめっき母線５を得ることができる。
　次いでめっき母線５を伸線加工して、その断面を縮小することにより、図１に示したような銅または銅合金からなる芯線２と伸線により破砕された粒状の拡散合金層３が芯線に埋め込まれた層および亜鉛層４から構成される所定の直径のワイヤ放電加工用電極線１が得られる。
　本発明の電極線１は、伸線工程における次の３つの方法を組み合わせることによって本発明の構造の高速加工用電極線１が得られるが、まず、最初に個々の方法による効果について記載する。
　なお、放電加工特性は、三菱電機製ワイヤ放電加工機　ＳＸ１０を使用して、荒加工条件を用いて実施した。（被加工物：材質ＳＫＤ－１１　厚さ５０ｍｍ）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
方法１の効果
　この方法による効果を確認するため、溶解、鋳造、伸線工程を経た線径０．９ｍｍの黄銅線（銅６０％／亜鉛４０％）のめっき前母線９を図７の製造設備を使用して、溶融めっき浴の温度や浸漬時間を調整し、拡散合金層７が同一厚で亜鉛層８の異なる下表の３種類のめっき母線５を製造した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　次に、これらの３種類のめっき母線５を３種類の温度の異なる油性タイプ伸線潤滑液を用いて伸線加工をして、亜鉛層４厚の割合が異なる３種類（亜鉛層厚の割合が外径の０．６％、１．２％、２．４％）の直径０．２５ｍｍφの電極線１を製作した。
このようにして製造した９種類の電極線について、次の評価を行った。
ａ）亜鉛層厚の異なる電極線の潤滑液温度と伸線加工後の電極線外周面のクラック発生との関係　
ｂ）電極線の亜鉛層厚と加工溝幅との関係
　評価結果について図８、図９に示す。
　図８から明らかなように、潤滑液温度が７５℃乃至１００℃の場合は、いずれの亜鉛層厚でも伸線加工後に電極線表面にクラックが発現しないが、潤滑液温度が２０℃の場合は、亜鉛層厚が薄い（外径の０．６％）めっき母線５は伸線加工後に電極線表面にクラックが発現してしまう。
　また、図９から明らかなように、亜鉛層厚が厚い程、亜鉛の蒸発温度が低いために放電開始と同時に蒸発・飛散してしまうことによって、図４に示すように線径が細り、入り側と出側の被加工物の加工溝巾に差が生じてしまうため、放電加工面がテーパー状になってしまい加工精度が悪くなる。この結果から、亜鉛層厚の薄いめっき母線を伸線潤滑液の温度を７５℃以上１００℃以下で伸線加工することによって、加工精度が良く、電極線の外周面にクラックが生じない電極線１が得られる。
方法２の効果：
　この方法による効果を確認するため、方法１と同じ拡散合金層７が同一厚で亜鉛層厚８が異なる３種類のめっき母線５を製造した。次に、これらのめっき母線５を伸線潤滑液として温度２０℃の油性タイプ潤滑液および水を用いて伸線加工を行い、めっき層厚（亜鉛層４＋拡散合金層３）が異なる３種類（めっき層厚の割合が外径の１．５％、２．１％、３．３％）の直径０．２５ｍｍφの電極線１を製作した。
　このようにして製造した６種類の電極線について、次の評価を行った。
　ａ）潤滑液種類と拡散合金層の粒状物が芯線に埋め込まれた状態
　ｂ）めっき層厚の異なる電極線の潤滑液種類と短絡回数との関係
　ｃ）短絡の有無と加工面のスジ発生との関係
　ｄ）短絡回数と加工速度との関係
　ｅ）潤滑液種類の違いによる拡散合金層の粒状物と芯線との境界線長との関係
　評価結果について図１０、図１１、図１２、図１３、図１７に示す。
　図１０（Ｂ）の写真に示すように伸線潤滑液に水を用いた電極線１（外径に対するめっき厚さ割合２．１％）は拡散合金層３の粒状物が芯線２に深く埋め込まれた状態であるが、図１０（Ｃ）の写真に示す油性タイプ伸線潤滑液を用いた電極線（外径に対するめっき厚さ割合２．１％、３．３％）は拡散合金層３の粒状物が芯線２から浮いた状態である。
　図１７に図１０の拡散合金層３の粒状物が芯線２に深く埋め込まれた状態の電極線、および拡散合金層３の粒状物が芯線２から浮いた状態の電極線について、拡散合金層粒状物と芯線との境界線長を示す。
　境界線長の測定はＫＥＹＥＮＣＥ社製デジタルマイクロスコープＶＨＸ－９００の周囲長計測機能を用いて実施した。
　測定結果は、図１７に示すように、温度２０℃の水を用いて伸線加工を行い、破砕された拡散合金層３の粒状物が芯線２に深く埋め込まれた状態の境界線長は、その境界線長を有する同一の電極線より１．２０～１．２２倍長くなっているのに対して、温度２０℃の油性タイプ潤滑液を用いて伸線加工を行い、破砕された拡散合金層３の粒状物が芯線２から浮いた状態の境界線長は、その境界線長を有する同一の電極線の長さに対して１．１０～１．１１倍であり、拡散合金層３の粒状物が深く埋め込まれている電極線の方が境界線長は長くなる。
　また、図１１に示すように、水を用いて伸線加工した境界線長の長い電極線はめっき厚が厚くても、放電加工中に亜鉛層と拡散合金層が芯線と一体化して剥離しないため、電極線と被加工物間で短絡が発生しない。
　図１２（Ｂ）に示すように短絡が発生する電極線（めっき厚は外径の２．１％、油性タイプ潤滑液使用）は、加工面に放電痕の集中による微細スジが発生するが、同じく図１２（Ａ）に示すように短絡が発生しない電極線（めっき厚は外径の２．１％、水潤滑液使用）は加工面に微細スジが発生しない。
　図１３に示すように短絡回数が多いほど、放電回数が減少することにより加工速度が低下する。
　この結果から、伸線潤滑液に水を用いることによって短絡の発生を抑止できることにより、加工面にスジの発生が無く、加工速度低下が生じない電極線が得られる。
方法３の効果：
　この方法による効果を確認するため、最終製品径が０．２５ｍｍφの電極線１を製作するにあたって、加工率が９２．３％、９３．８％、９５．７％、９７、８％になるように選定した直径のめっき前母線９を用いて、方法１と同じ方法でめっき母線５を製造した。次に、これらのめっき母線５を温度２０℃の油性タイプ潤滑液を用いて伸線加工して、めっき厚（亜鉛層４＋拡散合金層３）が異なる３種類（外径の１．５％、２．１％、３．３％）の直径０．２５ｍｍφの電極線を製作した。
　このようにして製造した１２種類の電極線について、次の評価を行った。
　ａ）加工率と拡散合金層の粒状物が芯線に埋め込まれた状態
　ｂ）伸線加工率と短絡回数との関係
　ｂ）短絡の有無と加工面のスジ発生との関係
　ｃ）短絡回数と加工速度との関係
　ｅ）伸線加工率による拡散合金層の粒状物と芯線との境界線長との関係
　評価結果について図１４、図１５に示す。
　図１４の写真はいずれも外径に対するめっき厚さが２．１％の母線を伸線加工して製作した電極線である。伸線加工率が９３．８％、９５．７および９７．８％の電極線１は温度２０℃の油性タイプ潤滑液を用いても、拡散合金層の粒状物が芯線２に深く埋め込まれた状態であるが、加工率が９２．３％の電極線は（外径に対するめっき厚さ割合２．１％および３．３％の電極線）拡散合金層３の粒状物が芯線２から浮いた状態である。
　図１４の上記拡散合金層３の粒状物が芯線２に深く埋め込まれている状態の電極線、および上記拡散合金層３の粒状物が芯線２から浮いた状態の電極線について、拡散合金層粒状物と芯線との境界線長を方法２と同方法で測定した。測定結果は、破砕された拡散合金層３の粒状物が芯線に深く埋め込まれた状態の境界線長は、その境界線長を有する同一の電極線の長さに対して１．２１～１．２３倍長くなっているが、破砕された拡散合金層３の粒状物が芯線２から浮いた状態の境界線長は、その境界線長を有する同一の電極線の長さに対して１．１０～１．１２倍であり、加工率の高い電極線の方が境界線長は長くなる。
　また、図１５に示すように、伸線加工率を高くして伸線加工した境界線長の長い電極線はめっき厚が厚くても、放電加工中に亜鉛層と拡散合金層が芯線と一体化して剥離しないため、電極線と被加工物間で短絡が発生しない。
　この結果から、加工率を高くして伸線加工をすることにより、短絡の発生を抑止できることができ、加工面にスジの発生が無く、加工速度の低下を生じない電極線が得られる。
　本発明は、前述の３つの方法を組み合わせた多数の形態によって実施することができる。
　表１にいくつかの本発明の実施例を示す。ここでの実施例は３つの方法の２つ乃至３つを含んだものであり（本発明が適用された条件は太字・斜線で示す）、比較例は３つの方法のいずれも含まないものである。
　表１から明らかなように、本発明の方法を少なくとも２つ取り入れたものは（実施例１～４）、いずれも良好な結果が得られているのに対し、３つの方法のいずれも含まない比較例１および２は電極線と被加工物との間で短絡が発生するため、加工面に微細加工スジが発生し、また被加工物と電極線が短絡することにより放電回数が減少することによって加工速度も低下している。
　また、本発明の実施例の電極線は、比較例３の黄銅単一体（銅６０％／亜鉛４０％）の電極線より加工速度が約２０％向上している。
　以上の実施例および比較例では、放電加工用電極線の外径が０．２５ｍｍのものが示されているが、いかなる外径のもの、例えば０．１～０．３ｍｍの外径の電極線においても同様の品質を確保することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
１　ワイヤ放電加工用電極線
２　銅または銅合金からなる芯線
３　伸線により破砕された粒状の拡散合金層
４　亜鉛層
５　めっき母線
６　銅または銅合金からなる芯線
７　拡散合金層
８　亜鉛溶融めっき層
９　めっき前母線（芯線）
１０　プレヒータ－
１１　フラックス槽
１２　溶融めっき装置
１３　伸線装置
１４　アニーラー
１５　巻取り装置

Claims (14)

  1. 　銅または銅合金からなる芯線の外周面に亜鉛溶融めっき層が形成され、前記亜鉛溶融めっき層と前記芯線の間で相互に熱拡散により生成された拡散合金層を有する母線が伸線加工されたワイヤ放電加工用電極線において、
    　前記亜鉛溶融めっき層と前記拡散合金層の伸線加工時における展延性の差異に基づき、前記亜鉛溶融めっき層は、伸線されてクラックが存在しない亜鉛薄膜とされるとともに、前記拡散合金層は、伸線されて破砕された粒状物が前記芯線の外周面に埋め込まれ、前記亜鉛薄膜と拡散合金層が前記芯線と一体化されて剥離することが抑止されていることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
  2. 　前記クラックが存在しない亜鉛薄膜は、伸線加工時に熱の影響を受けて亜鉛の展延性が良いとされる温度範囲で伸線されて形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載されたワイヤ放電加工用電極線。
  3. 　前記拡散合金層の破砕された粒状物は、大きな垂直方向の面圧を受けて前記芯線の外周面に深く埋め込まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載されたワイヤ放電加工用電極線。
  4. 　前記拡散合金層の破砕された粒状物は、伸線前断面積から伸線後断面積を差し引いた縮減断面積を伸線前断面積で除したものに１００を乗じた伸線加工率の高い伸線加工を受けて、前記芯線の外周面に深く埋め込まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたワイヤ放電加工用電極線。
  5. 　銅または銅合金からなる芯線を、亜鉛を所定温度に保持しているめっき槽内を最外層が所定厚を超える亜鉛層とする浸漬時間通過せしめた後冷却することにより、前記芯線と前記亜鉛が接触する境界面で相互に熱拡散させて拡散合金層を生成させて電極線のめっき母線を製造し、該めっき母線を伸線加工するワイヤ放電加工用電極線の製造方法において、
    　前記めっき母線を前記亜鉛の展延性が良いとされる温度範囲で伸線加工することにより、クラックが存在しない亜鉛薄膜を形成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。
  6. 　前記めっき母線を前記亜鉛の展延性が良いとされる温度範囲で伸線加工するにあたり、ダイスと線材の境界に循環供給する伸線潤滑液の循環貯留槽内温度を７５℃乃至１００℃に温度管理することを特徴とする請求項５に記載されたワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
  7. 　銅または銅合金からなる芯線を、亜鉛を所定温度に保持しているめっき槽内を最外層が所定厚を超える亜鉛層とする浸漬時間通過せしめた後冷却することにより、前記芯線と亜鉛が接触する境界面で相互に熱拡散させて拡散合金層を生成させて電極線のめっき母線を製造し、該めっき母線を伸線加工するワイヤ放電加工用電極線の製造方法において、
    　前記拡散合金層を破砕して形成した粒状物を芯線外周面に埋め込むことにより、前記亜鉛薄膜と拡散合金層が前記芯線と一体化して該薄膜が剥離することを防止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。
  8. 　前記伸線潤滑液として水を用いることにより、前記ダイスと前記線材の摩擦係数を増大してダイスと線材の境界に大きな垂直方向の面圧を発生させて、前記拡散合金層を確実に破砕して粒状物とし、該粒状物を芯線外周面に強く埋め込むことを特徴とする請求項７に記載されたワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
  9. 　伸線前断面積から伸線後断面積を差し引いた縮減断面積を伸線前断面積で除したものに１００を乗じた伸線加工率が所定値を下回らないように伸線加工制御することにより、前記拡散合金層を確実に破砕して粒状物とし、該粒状物を芯線外周面に深く埋め込むことを特徴とする請求項７に記載されたワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
  10. 　前記所定値を９４．０％以上としたことを特徴とする請求項９に記載されたワイヤ放電加工用電極線の製造方法。
  11. 　銅または銅合金からなる芯線の外周面に亜鉛溶融めっき層が形成されており、前記芯線と前記亜鉛溶融めっき層との間に熱拡散合金層を成形したワイヤ放電加工用電極線であって、前記熱拡散合金層は、破砕された粒状物が稠密状態で集合された層として形成されていることにより、前記芯線と前記亜鉛溶融めっき層とが前記熱拡散合金層により一体化されて剥離が抑止されることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
  12. 　前記破砕された熱拡散合金層の粒状物と前記芯線との境界線長が、その境界線長を有する同一の電極線の長さより１．２０倍以上長いことを特徴とする請求項１１に記載されたワイヤ放電加工用電極線。
  13. 　銅または銅合金を溶融亜鉛めっきすることにより、前記芯線と前記亜鉛溶融めっき層との間で相互に熱拡散させて拡散合金層を成形させて電極線のめっき母線を製造し、該めっき母線を伸線加工するワイヤ放電加工用電極線の製造方法において、
    　伸線加工後の前記拡散合金を破砕して形成した粒状物と前記芯線との境界線長が、その境界線長を有する同一の電極線の長さより１．２０倍以上長くな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。
  14. 　銅または銅合金からなる芯線の外周に亜鉛溶融めっき層が形成されており、前記芯線と前記亜鉛溶融めっき層との間に熱拡散合金層を成形したワイヤ放電加工用電極線によって放電加工する放電加工方法であって、前記熱拡散合金層は、破砕された粒状物が稠密状態で集合された層として形成されていることにより、前記芯線と前記亜鉛溶融めっき層とが前記熱拡散合金層により一体化されて剥離が抑止されることを特徴とするワイヤ放電加工用電極線を用いて加工する放電加工方法。
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