DE68903054T2

DE68903054T2 - Elektrodendraht fuer schneiddrahterosionsmaschine.

Info

Publication number: DE68903054T2
Application number: DE8989102310T
Authority: DE
Inventors: Masato Mitsubishi Denki Banzai; Yoshio Mitsubishi Denk Shibata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1989-02-10
Publication date: 1993-04-15
Anticipated expiration: 2009-02-11
Also published as: JPH02256424A; EP0348594A1; EP0348594B1; KR920010862B1; JP2559271B2; US4968867A; KR900000151A; DE68903054D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrodendraht für eine Schneiddraht-Erodiervorrichtung.
JP-A-61-117021 offenbart einen Elektrodendraht mit einer Kerndrahtbeschichtung aus Messing hoher mechanischer Festigkeit und einem Kerndraht aus einem Werkstoff höherer Wärmeleitfähigkeit als diejenige der Kerndrahtbeschichtung.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Elektrodendrahtes für eine Schneiddraht-Erodiervorrichtung ist bekannt, bei denen die Festigkeit des Drahtes durch Ziehvorgänge verbessert ist (EP 0 173 786 A1).
Ferner ist ein Elektrodendraht einer Schneiddraht-Erodiervorrichtung bekannt, bei dem ein Kerndraht aus gedrilltem Stahl-, Wolfram- oder Molybdändrähten hoher Zugfestigkeit hergestellt sind, während eine Kerndrahtbeschichtung aus einem Metall geringen elektrischen Widerstandes, zum Beispiel Kupfer, Messing usw. bestehen (JP-A-58 120 429).
Allgemein ist ein Elektrodendraht für eine Schneiddraht-Erodiervorrichtung aus einem Werkstoff wie Kupfer, Messing, Wolfram oder Molybdän in langgestreckte Form mit einem Durchmesser zwischen 0,05 mm bis 0,35 mm gebracht.
Ein Beispiel eines elektrischen Erodierbearbeitens unter Anwendung eines Elektrodendrahtes dieser Art wird anhand der Figur 1 beschrieben. Eine Drahtelektrode 1 wird gegenüber einem Werkstück 2 in gespanntem Zustand plaziert, wobei der Elektrodendraht 1 mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles A bewegt wird. Dann wird eine pulsierende Spannung an den Elektrodendraht 1 und das Werkstück 2 angelegt. Mit dem Anlegen der pulsierenden Spannung treten elektrische Entladungen in einem winzigen Spalt zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2 über eine Arbeitsflüssigkeit 3 als elektrisches Entladungsmedium über, und ein Teil des Werkstückes 2 wird geschmolzen und durch Wärmeenergie abgesprengt, wenn die elektrische Entladung auftritt. Um den winzigen Spalt aufrechtzuerhalten und dadurch kontinuierlich elektrische Entladungen zu bewirken, wurde ein numerisches Steuerverfahren angewendet, um eine Relativbewegung des Elektrodendrahtes 1 zum Werkstück 2 mittels eines X-Y-Quertisches (nicht gezeigt) zu erzeugen. Somit wird durch kontinuierliches Erzeugen der elektrischen Entladungen und Steuern der Bewegung des X-Y-Quertisches eine Nut 4 gewünschter Form eingearbeitet. Daher wird die Schneiddraht-Erodierentladungstechnik weithin zum Formen von Löchern und zum Schneiden eines Metallwerkstückes eingesetzt.
Bei einer solchen Bearbeitungsvorrichtung erzeugen jedoch Verdampfen des Elektrodendrahtes 1 und des Werkstückes 2 sowie ein explosives Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit 3 beim Auftreten elektrischer Entladungen Schwingungen des Elektrodendrahtes, wodurch dieser zwischen oberen und unteren Positionen schwingt, was zu halbmondförmigen Führungsstücken als Stützglieder gemäß Figur 2 führt. Als Ergebnis wird die Breite 4 der bearbeiteten Nut groß, wenn solche Schwingungen des Elektrodendrahtes auftreten (Figur 3b). Dies führt zu einer Verminderung der Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstückes 2 sowie zu einer Verminderung der Bearbeitungsgeschwindigkeit, weil ein exzessives Bearbeiten erforderlich ist. Da ferner eine große Strommenge zum Elektrodendraht gespeist werden muß, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu steigern, kann der Elektrodendraht aufgrund der Erzeugung innerer Wärme reißen. Im Hinblick auf das Voranstehende wurden Überlegungen angestellt, daß der Elektrodendraht zum Erhöhen der Bearbeitungsgeschwindigkeit und der Bearbeitungsgenauigkeit die beiden Eigenschaften von hoher mechanischer Festigkeit und guter elektrischer Leitfähigkeit haben sollte. Es wurde jedoch gemäß Figur 19 gefunden, daß metallische Werkstoffe mit hoher mechanischer Festigkeit gewöhnlich eine niedrige elektrische Leitfähigkeit haben, während Werkstoffe mit hoher elektrischer Leitfähigkeit gewöhnlich niedrige mechanische Festigkeit haben. Folglich ist es schwierig, metallische Werkstoffe zu finden, die beide oben genannten Eigenschaften haben. Im Hinblick auf die oben beschriebene Schwierigkeit wurden die im folgenden beschriebenen Elektroden vorgeschlagen.
Eine der vorgeschlagenen Elektroden hat keine Einzelstruktur eines einzigen Drahtes sondern ist von zusammengesetztem Aufbau, bei dem die Strukturelemente die ihnen eigenen Funktionen erfüllen. So wurde als Kompromißvorschlag eine Elektrode hergestellt, bei der ein Werkstoff mit guter elektrischer Leitfähigkeit auf einen Kerndraht großer mechanischer Festigkeit aufgebracht wurde, worauf eine Legierung mit einem niedrigen Siedepunkt als oberer Bestandteil zum Erleichtern des elektrischen Entladungsbearbeitens auf den Werkstoff guter elektrischer Leitfähigkeit aufgebracht wurde.
Bei einem anderen Vorschlag für eine Elektrodenstruktur wurde eine Legierung mit einem Werkstoff niedrigen Siedepunktes als oberste Komponente auf einen Kerndraht hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie eine Kupferlegierung, aufgebracht. Die vorgeschlagene Elektrodenstruktur wurde im Hinblick auf die Bedeutung der elektrischen Leitfähigkeit erzeugt, obwohl die mechanische Festigkeit mäßig ist. Ferner zielte diese Konstruktion darauf ab, die Bearbeitungsgeschwindigkeit durch schnelles Schmelzen einer Metallbrücke zu verbessern, welche zwischen dem Elektrodendraht und dem Werkstück zum Zeitpunkt der elektrischen Ladung durch die Hitze eines Kurzschlußstromes gebildet wird.
Somit wurde es bei dem konventionellen Elektrodendraht für ein Schneiddraht-Erodierbearbeiten als notwendig erachtet, daß die Elektrode eine zusammengesetzte Struktur aufweist, wobei die Strukturelemente die ihnen eigenen Funktionen erfüllen, um den verschiedenartigen Anforderungen Rechnung zu tragen.
Jedoch haben die bekannten Elektrodendrähte einige Nachteile. So entsteht bei der Elektrode mit Dreischichtenaufbau leicht Verschleiß der Legierung aus einem niedrig siedenden Werkstoff als Hauptkomponente, welche die äußerste Schicht bildet, und zwar aufgrund der zum Zeitpunkt des elektrischen Erodierbearbeitens erzeugten Wärme. Da ferner der Elektrodendraht einen Werkstoff hoher mechanischer Festigkeit als Kerndrahtmaterial verwendet und solches Material normalerweise niedrige elektrische Leitfähigkeit hat, ist es schwierig, die zwischen den Entladungselektroden erzeugte Wärme wirksam zu dem Gebiet hinter dem Elektrodendraht zu transportieren, welches durch die Arbeitsflüssigkeit gekühlt wird. Wie nämlich in Figur 4 gezeigt, kann die Wärme im Oberflächengebiet des Werkstückes gegenüber dem Elektrodendraht auf dessen entgegengesetzten, durch die Arbeitsflüssigkeit gekühlten Seite aufgrund der Temperaturdifferenz (T-T&sub0;) zwischen einer Temperatur TºC an der Oberfläche des Werkstückes, wo die elektrische Entladung auftritt, und einer Temperatur T&sub0;ºC der Kühlflüssigkeit abtransportiert werden. Da mit anderen Worten der Wärmefluß im Grenzgebiet zwischen dem Oberflächenbereich des Werkstückes und dem Kerndraht stagniert, wird der Verschleiß des Oberflächengebietes aufgrund des Temperaturanstieges vergrößert, wodurch der elektrisch gut leitende Werkstoff, welcher die Zwischenschicht bildet, leicht freigelegt wird. Als Ergebnis wird das elektrische Erodierbearbeiten unstabil, und der Elektrodendraht bricht leicht wegen der verringerten Querschnittsabmessungen des Drahtes aufgrund der Abtragung des Oberflächengebietes. Somit hat diese Elektrode den Nachteil, daß der Verschleiß des Oberflächengebietes zu groß ist, um gute Bedingungen für das elektrische Erodierbearbeiten aufrechtzuerhalten, wenn der Stromfluß vergrößert wird, um ein elektrisches Erodieren mit hoher Geschwindigkeit zu bewirken.
Im Falle der Elektrode mit Zweischichtenaufbau, bei der die elektrische Leitfähigkeit als besonders wichtig angesehen wird, ist es schwierig, eine hohe Zugspannung auf den Elektrodendraht aufzubringen, weil die mechanische Festigkeit niedrig ist. Folglich ist die Schwingungsamplitude zum Zeitpunkt des elektrischen Erodierbearbeitens groß, wodurch das Bearbeiten unstabil wird und oft ein Brechen der Elektrode aufgrund erhöhter Beanspruchung auftritt. Ferner führen die Schwingungen des Elektrodendrahtes zu einer außerordentlich umfangreichen Bearbeitung des Werkstückes, wodurch die Bearbeitungsgeschwindigkeit reduziert wird. Da ferner die Beschichtung aus einem Werkstoff mit niedrigem Siedepunkt als Hauptkomponente besteht, wird sie leicht durch Wärme während des elektrischen Erodierbearbeitens abgetragen, so daß es zu einem Freilegen des Kerndrahtes kommt, wodurch der Bearbeitungsvorgang instabil wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Elektrodendraht für eine Schneiddraht-Erodiervorrichtung anzugeben, der einen exzessiven Verschleiß einer Beschichtung unterdrückt und eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit bewirkt, um so die Bearbeitungsgenauigkeit zu vergrößern und die auftretenden Schwingungen wirksam zu dämpfen.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung sind durch einen Elektrodendraht gemäß Anspruch 1 gelöst. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1a u. 1b Darstellungen zum Illustrieren, wie Schneiddraht-Erodierbearbeiten ausgeführt wird;
Figur 2 ein Schema eines Elektrodendrahtes im Schwingungszustand, welcher durch eine aufgebrachte Schwingungskraft erzeugt ist;
Figur 3a u. 3b Schemata, welche die Abhängigkeit der Breite einer eingearbeiteten Nut von den Schwingungen des Elektrodendrahtes verdeutlichen;
Figur 4a u. 4b Schemata zum Illustrieren, wie durch die elektrischen Entladungen erzeugte Wärme zu einem gegenüberliegenden Abschnitt eines Elektrodendrahtes transportiert wird, der durch eine Arbeitsflüssigkeit gekühlt wird;
Figur 5 eine Darstellung eines Elektrodenaufbaus gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung;
Figur 6a bis 6c Darstellungen, die eine Verformung des Elektrodendrahtes der ersten Ausführung der Erfindung aufgrund von Kräften zeigt, welche in der Elektrode erzeugt werden;
Figur 7 ein Diagramm mit der Zugfestigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Elektrodendrahtes über der Dicke einer Kerndrahtbeschichtung;
Figur 8a u. 8b Darstellungen, welche ein Verfahren zum Messen der Schwingungsdämpfungseigenschaften des Elektrodendrahtes nach Figur 5 zeigen;
Figur 9a bis 9d Diagramme, welche Meßergebnisse zeigen, die durch Messen der Schwingungsdämpfungseigenschaften mittels des in Figur 8 gezeigten Verfahrens erhalten wurden;
Figur 10 ein Diagramm, welches das Ergebnis der Berechnung der Kalorien je Flächeneinheit des Elektrodendrahtes unter der Annahme zeigt, daß die Wärmeübertragung im Elektrodendraht nach einem eindimensionalen, stationären Wärmeübertragungsmodell stattfindet;
Figur 11 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der durch Rechnung erhaltenen Wärmeübertragungsfähigkeit und der tatsächlichen maximalen Bearbeitungsgeschwindigkeit darstellt;
Figur 12 einen Schnitt durch den Aufbau eines Elektrodendrahtes nach einer dritten Ausführung der Erfindung;
Figur 13 einen Schnitt durch eine vierte Ausführung eines Elektrodendrahtes nach der Erfindung;
Figur 14 einen Schnitt durch eine fünfte Ausführung eines Elektrodendrahtes nach der Erfindung;
Figur 15 einen Schnitt durch eine sechste Ausführung eines Elektrodendrahtes nach der Erfindung;
Figur 16 u. 17 Diagramme, welche die durch Beschichten eines Elektrodendrahtes nach der vierten Ausführung der Erfindung mit einem Oxydfilm erzielte Wirkung illustriert;
Figur 18 einen Querschnitt durch eine siebte Ausführung der Erfindung und
Figur 19 eine Tabelle, welche die mechanische Festigkeit und die Wärmeleitfähigkeit einiger metallischer Werkstoffe aufzeigt.
Bevorzugte Ausführungen der Drahtelektrode nach der Erfindung seien nun anhand der Zeichnungen beschrieben.
Figur 5 ist ein Querschnitt durch eine erste Ausführung eines Elektrodendrahtes nach der Erfindung. Ein Kerndraht 6 ist von einer Kerndrahtbeschichtung 7 eingehüllt. Der Kerndraht ist durch Einsetzen eines Drahtmaterials mit einem Durchmesser von 3mm in ein rohrförmiges Material mit einem Durchmesser von 8mm und einer Wandstärke von 0,6mm geformt, wobei mehrere Male ein Längen, Anlassen und Waschen mit einer Säure zum Vermindern des Durchmessers des Elektrodendrahtes auf 0,3mm erfolgt, und darauf der Draht bei niedriger Temperatur angelassen wird, um Spannungen zu entfernen. Bei dieser Ausführung wird Messing mit einem Gehalt an 35 Gew.% Zn (was JISC 2680 entspricht) als Kerndrahtbeschichtung und eine Cu-Sn-Legierung mit 0,15 Gew.% Sn, Rest Cu für den Kerndraht verwendet. Anstelle des Messings kann eine Cu- Legierung enthaltend Cu als Hauptbestandteil und weniger als 50 Gew.% Mg und/oder Cd für die Kerndrahtbeschichtung verwendet werden. Bei dem Elektrodendraht nach Figur 5 beträgt die Stärke der Kerndrahtbeschichtung etwa 0,066mm.
Die Elastizitätskonstante des Kerndrahtes ist unterschiedlich von derjenigen der Kerndrahtbeschichtung. Wenn mit anderen Worten Schwingungskräfte auf den Elektrodendraht einwirken, erzeugen sie innere Spannungen im Kerndraht und in der Kerndrahtbeschichtung in entgegengesetzten Richtungen, wie die Figur 6c zeigt, um dadurch die Verformung des Elektrodendrahtes aufzunehmen, und die Schwingungsenergie wird in der Grenzschicht zwischen der Kerndrahtbeschichtung und dem Kerndraht aufgenommen, so daß eine extrem hohe Schwingungsdämpfung erreicht werden kann. Demgemäß kann der Elektrodendraht Drahtschwingungen bei dem elektrischen Erodierbearbeiten unterdrücken. Da die Zugspannung im Elektrodendraht nicht erhöht wird, können die Beanspruchungen des Elektrodendrahtes äußert reduziert werden, um somit die Wahrscheinlichkeit eines Bruches des Elektrodendrahtes zu reduzieren.
Figur 7 zeigt die Eigenschaften der mechanischen Festigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit des Elektrodendrahtes nach der ersten Ausführung der Erfindung (in Figur 7 sind auch die Eigenschaften anderer Elektrodendrähte dargestellt, in denen Kupfer oder eine Kupferlegierung einschließlich Ag für den Kerndraht verwendet ist). Da die Festigkeit des Werkstoffes der Kerndrahtbeschichtung hoch ist, ist die Zugfestigkeit groß, weil die Stärke der Kerndrahtbeschichtung groß ist. Insbesondere beträgt die Zugfestigkeit des Elektrodendrahtes etwa 90 kg/mm², während die elektrische Leitfähigkeit bei 40% liegt, was mit konventionellen Elektrodendrähten nicht erreichbar war.
Die Schwingungsamplitude von vier unterschiedlichen Elektrodendrähten, nämlich einer konventionellen Elektrode mit einem Kerndraht aus Messing, einer Elektrode nach der Erfindung gemäß Figur 5, einer zusammengesetzten Elektrode mit einem Kerndraht aus Eisen hoher Festigkeit, der mit einer Messingbeschichtung versehen ist, und eine zusammengesetzte Elektrode mit einem Kerndraht aus 70 Cu-30 Zn mit einer Beschichtung einer 50 Cu-50 Zn- Legierung wurden unter den Bedingungen gemessen, daß die Elektrodendrähte jeweils von vertikal in einem Abstand von etwa 70mm angeordneten Führungsstücken unterstützt waren, während die Elektrodendrähte bei einer konstanten Geschwindigkeit zugeführt wurden, wobei ein bestimmter Verlagerungsbetrag dem Elektrodendraht in seinem mittleren Abschnitt zwischen den Führungsstücken gemäß Figur 8 mitgeteilt wurde. Das Ergebnis der Messungen ist in den Figuren 9a bis 9d gezeigt. In der Figur 9 repräsentiert die Ordinate die Verlagerung (mm) des Elektrodendrahtes, während die Abszisse die Zeit in ms repräsentiert. Gemäß den Figuren 9a bis 9d wird die Schwingungsamplitude des Elektrodendrahtes nach der Erfindung in einem Zeitraum von 40ms ab der Aufbringung einer Verlagerungskraft auf den Elektrodendraht vollständig gedämpft, während bei den drei anderen Elektrodendrähten keine vollständige Dämpfung in dem Zeitraum von 40ms eintritt. Demgemäß ist festzustellen, daß der Elektrodendraht nach der Erfindung den anderen Elektrodendrähten bezüglich der Schwingungsdämpfungswirkung überlegen ist.
Das Diagramm nach Figur 10 zeigt, daß der Elektrodendraht des Typs nach den Figuren 9a bis 9d als eindimensionales stationäres Wärmeübertragungs-Modell betrachtet werden kann, und es sind berechnete Werte für den Wärmefluß für jeden Elektrodendraht aufgezeichnet, wobei der Wärmefluß dem Transport der zwischen den Erodierelektroden erzeugten Wärme zum gekühlten Abschnitt auf der Rückseite des Elektrodendrahtes entspricht, die Temperatur des wärmeerzeugenden Abschnittes bei 400ºC und die Temperatur des durch die Arbeitsflüssigkeit gekühlten Abschnitts bei 20ºC liegt. In Figur 10 repräsentiert die Ordinate den Wärmefluß je Flächeneinheit (kW/m²) und die Abszisse repräsentiert die Dicke der Kerndrahtbeschichtung (mm). Figur 10 zeigt deutlich, daß der Wärmefluß (von etwa 2,8 x 10&sup5; kW/m²) der ersten Ausführung der Erfindung im Vergleich zu den übrigen Elektrodendrähten am größten ist, obgleich die Werte mehr oder weniger abhängig von der Dicke der Kerndrahtbeschichtung variieren. Somit ist die Wärmeübertragungswirkung des Elektrodendrahtes der ersten Ausführung der Erfindung ausgezeichnet.
Figur 11 zeigt die maximalen erhaltenen Arbeitsgeschwindigkeiten, wenn ein Werkstück längs einer Geraden unter Verwendung der Elektrodendrähte geschnitten wird, welche im Zusammenhang mit den Figuren 9a bis 9d erwähnt sind. In Figur 11 repräsentiert die Ordinate die Bearbeitungsgeschwindigkeit (die Skala zeigt bezogene Werte mit einer Bezugsgröße von 100 des Elektrodendrahtes nach der Erfindung), und die Abszisse repräsentiert den durch Berechnung erhaltenen Wärmefluß. Der Werkstoff des Werkstückes ist SKD-11 (1,40-1,60 Gew.% C, weniger als 0,60 Gew.% Mn, weniger als 0,030 Gew.% S, 0,80-1,20 Gew.% Mo, weniger als 0,40 Gew.% Si, weniger als 0,030 Gew.% P, 11,00-13,00 Gew.% Cr, 0,20-0,50 Gew.% V, Rest Fe), und die Stärke beträgt 60mm. Der Durchmesser sämtlicher Elektrodendrähte beträgt 0,3mm. Figur 11 zeigt deutlich, daß die Bearbeitungsgeschwindigkeit bei Verwendung des Elektrodendrahtes gemäß der ersten Ausführung der Erfindung am größten ist und daß eine deutliche Abhängigkeit zwischen dem Wärmefluß und der Bearbeitungsgeschwindigkeit besteht. Mit anderen Worten wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit umso größer, je größer der Wärmefluß ist.
Die gleiche Wirkung wie anhand der Figuren 7 bis 11 beschrieben, kann durch Verwenden eines Elektrodendrahtes mit einem Kerndraht aus Cu-Ag-Legierung erzielt werden. Ein Elektrodendraht mit einem Kerndraht aus reinem Kupfer verbessert die elektrische Leitfähigkeit, die Wärmeleitfähigkeit und die Schwingungsdämpfungs- Eigenschaften, wodurch ein gutes Ergebnis bezüglich der Bearbeitungsgeschwindigkeit erzielt werden kann, obwohl die mechanische Festigkeit mehr oder weniger verringert ist. Neben der Verwendung eines Kerndrahtes aus reinem Kupfer kann auch ein Kerndraht aus Silber oder Aluminium oder aus einer Legierung mit Silber oder Aluminium als Hauptbestandteile verwendet werden, wobei die gleichen Wirkungen wie im Falle des Kerndrahtes der Cu-Sn-Legierung erzielt werden können.
Die Kerndrahtbeschichtung aus Messing mit 30-40 Gew.% Zn erleichtert ein Kaltziehverfahren und entsprechende Bearbeitungsvorgänge, um dadurch die mechanische Festigkeit zu verbessern. Ferner besteht nicht das Risiko exzessiven Verschleißes, weil der Zn-Gehalt als niedrig-siedender Werkstoff klein ist.
Bei dem Elektrodendraht nach der Erfindung kann eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit durch Verwenden eines Entladestroms einer Wellenform erzielt werden, der hohe Spitzenwerte und kleine Pulsweiten hat. Dies liegt daran, daß bei einer Wellenform mit kleinen Pulsweiten ein Isolierzustand zwischen den Elektroden, welche unmittelbar nach einer elektrischen Entladung erzeugt wird, nach kurzer Zeit wiederhergestellt werden kann, wodurch die Intervalle der elektrischen Entladungen abgekürzt werden können. Da die Energie bei einem elektrischen Entladezyklus vermindert ist, kann der Spitzenwert groß gemacht werden, so daß die Gesamtenergie erhöht und eine erhöhte Bearbeitungsgeschwindigkeit erwartet werden kann. Bei einem hohen Spitzenwert besteht jedoch die Tendenz, daß eine hohe Reaktionskraft durch die elektrische Entladung erzeugt und ein großer Wärmeschock hervorgerufen werden, um dadurch ein Brechen des Elektrodendrahtes zu verursachen. Wenn daher ein Elektrodendraht der herkömmlichen Art verwendet wurde, war es unmöglich, eine Verbesserung der Strom-Wellenform zu erreichen. Der Elektrodendraht nach der ersten Ausführung der Erfindung ermöglicht es, eine solche Wirkung zu erhalten und die Bearbeitungsgeschwindigkeit deutlich zu verbessern, weil der Elektrodendraht eine große Widerstandsfähigkeit gegen Bruch aufweist.
Somit sind bei einem Elektrodendraht nach der Erfindung, der durch Einbetten eines Kerndrahtes hoher mechanischer Festigkeit in ein röhrenförmiges Beschichtungsmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit gefolgt von einem Ziehvorgang geformt ist, die folgenden Wirkungen erzielbar.

(1) Schwingungsdämpfungs-Effekt

Da die Elastizitätskonstante des Kerndrahtes unterschiedlich von derjenigen des Beschichtungswerkstoffes ist, kann Energie im Grenzbereich zwischen diesen Bestandteilen absorbiert werden, um dadurch eine ausgezeichnete Schwingungsdämpfung zu erzielen. Als Ergebnis können stabile, genaue Bearbeitungsvorgänge bei hoher Geschwindigkeit erhalten werden.

(2) Wärmeübertragungswirkung

Da die Wärmeleitfähigkeit des Kerndrahtes groß ist, kann durch elektrische Entladung erzeugte Wärme effektiv übertragen werden, wodurch die Verschleißgeschwindigkeit der Beschichtung niedrig ist.

(3) Beständigkeit gegen Bruch des Elektrodendrahtes

Aufgrund der oben angegebenen Wirkungen (1) und (2) kann die Beanspruchung des Elektrodendrahtes vermindert werden, und der Zeitpunkt verringerter Festigkeit aufgrund der entwickelten Wärme kann hinausgeschoben werden. Der synergistische Effekt der oben unter (1) und (2) geschilderten Wirkungen vermindert die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs des Elektrodendrahtes. Im Ergebnis kann der durchschnittlich dem Elektrodendraht zugeführte Strom erhöht werden, um dadurch die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

(4) Stromwellenform-Verbesserung

Da der Elektrodendraht nach der Erfindung verminderten elektrischen Widerstand hat, kann auch ein verminderter Widerstand in einem elektrischen Entladekreis realisiert werden, wodurch eine Wellenform mit großen Spitzenwerten erhaltbar ist.
Gemäß der Erfindung ist ein Elektrodendraht zusammengesetzten Aufbaus durch Bestimmen der Dicke der Beschichtung derart erhältlich, daß die Querschnittsfläche der Beschichtung bezogen auf der Gesamtquerschnitt des Elektrodendrahtes der ersten Ausführung der Erfindung in einem Bereich zwischen 50 bis 90% liegt. Somit ist ein zusammengesetzter Elektrodendraht mit einer Beschichtung erhältlich, deren Festigkeit größer als diejenige des Kerndrahtes ist.
Wenn die Stärke der Kerndrahtbeschichtung zu gering ist, können die Eigenschaften des Ausgangswerkstoffes für die Beschichtung, deren Festigkeit durch Bearbeitungsvorgänge erhöhbar ist, nicht erhalten werden, und die Festigkeit des Kerndrahtes, bei der nur schwierig eine Verbesserung der Festigkeit durch Bearbeitungsvorgänge zu erzielen ist, wird stark beeinflußt, wodurch die Festigkeit des Elektrodendrahtes insgesamt vermindert wird. Demgemäß ist ein zusammengesetzter Elektrodendraht mit der Kerndrahtbeschichtung, deren Festigkeit größer als diejenige des Kerndrahtes ist, dadurch erhältlich, daß die Querschnittsfläche der Beschichtung größer als diejenige des Kerndrahtes ist.
Die mechanische Festigkeit und die elektrische Leitfähigkeit der Drahtelektrode nach der Erfindung sind in Figur 7 dargestellt (die physikalischen Eigenschaften der Elektrodendrähte mit einem Kerndraht aus Cu oder einer Cu-Ag-Legierung sind ebenfalls gezeigt). Bei dem Elektrodendraht mit einem Durchmesser von 0,3mm, bei dem die Stärke der Beschichtung 0,044mm oder größer ist, übersteigt das Verhältnis aus der Querschnittsfläche der Beschichtung 50%. Wenn der Durchmesser des Elektrodendrahtes 0,3mm und die Stärke der Kerndrahtbeschichtung etwa 0,066mm ist, beträgt das Verhältnis der Querschnittsfläche der Beschichtung zum Gesamtquerschnitt des Elektrodendrahtes etwa 69%.
Figur 12 zeigt einen Querschnitt durch eine zweite Ausführung eines Elektrodendrahtes nach der Erfindung, bei der gleiche Bezugszahlen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen. Bei der zweiten Ausführung ist der Kerndraht 6 von einer Kerndrahtbeschichtung 7 bedeckt, die ihrerseits von einer äußersten Schicht 8 bedeckt ist.
Der Elektrodendraht nach der zweiten Ausführung wird wie folgt hergestellt. Ein gradliniges Ausgangsmaterial mit einem Durchmesser von 3mm wird in ein rohrförmiges Material mit einem Durchmesser von 8mm und einer Wandstärke von 0,6mm eingebracht; eine Anzahl Schritte des Längens, Anlassens und Waschens mit einer Säure wird mehrere Male wiederholt, wobei der Außendurchmesser auf 0,28mm vermindert wird; die Außenfläche des gelängten Produktes wird plattiert, so daß der Außendurchmesser 0,3mm wird; darauf wird ein Anlassen bei niedriger Temperatur zum Entspannen durchgeführt. Für den Elektrodendraht wird ein 65/35- Messing als Werkstoff für die Kerndrahtbeschichtung, eine Cu- Legierung mit 0,15 Gew.% Sn, Rest Kupfer, für den Kerndraht und Zn für die äußerste Schicht verwendet. Die Stärke der äußersten Schicht beträgt 0,010mm und diejenige der Zwischenschicht, welche als Kerndrahtbeschichtung dient, 0,055mm.
Die zweite Ausführung der Erfindung schafft die gleichen Wirkungen und Effekte wie die erste Ausführung nach den Figuren 6 bis 11. Zusätzlich besteht die äußerste Schicht der zweiten Ausführung aus einem metallischen Werkstoff umfassend Zn, Cd oder Mg als Hauptbestandteile, welche niedrig-siedende Werkstoffe darstellen. Demgemäß kann die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden, weil eine große Erodierkraft erhalten wird, wenn die elektrischen Entladungen auftreten, und die Wahrscheinlichkeit des Bruchs des Elektrodendrahtes kann vermindert werden, weil Wärme daran gehindert wird, aufgrund der latenten Verdampfungswärme in die Elektrode einzudringen.
Figur 13 ist ein Querschnitt einer dritten Ausführung des Elektrodendrahtes nach der Erfindung. Der Elektrodendraht ist von einem Kerndraht 6 aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit, einer Kerndrahtbeschichtung 7 aus einem Werkstoff hoher mechanischer Festigkeit, welcher auf den Kerndraht 6 aufgebracht ist, und einer äußersten Schicht 9 gebildet, die einen auf die Kerndrahtbeschichtung 7 aufgebrachten Oxidfilm darstellt.
Das Verfahren der Herstellung des Elektrodendrahtes ist gleich wie bei der zweiten Ausführung, ausgenommen, daß die äußere Oberfläche positiv in einer oxidierenden Atmosphäre zum Zeitpunkt des Anlassens in der letzten Herstellstufe oxidiert wird. Die Stärke der äußersten Schicht 9 nach Vollendung der Herstellschritte beträgt 0,05um, und die Stärke der Kerndrahtbeschichtung 7 beträgt etwa 0,066mm.
Bei der dritten Ausführung nach der Erfindung können die gleichen Wirkungen und Effekte wie bei der ersten Ausführung erhalten werden. Ferner können unnötige elektrische Entladungen an der Seite der Drahtelektrode vermindert werden, weil die Oxidschicht auf der Oberfläche des Elektrodendrahtes ausgebildet ist. Dies schaffte eine geringe Breite der bearbeiteten Nut gemäß Figur 16. Als Ergebnis kann die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht und somit die Wirksamkeit des elektrischen Erodierbearbeitens gemäß Figur 17 erhöht werden.
Figur 14 ist ein Querschnitt durch eine vierte Ausführung eines Elektrodendrahtes nach der Erfindung. Der Elektrodendraht ist von einem Kerndraht aus einer Cu-Legierung hoher Wärmeleitfähigkeit (der gleich wie der in Figur 13 gezeigte sein kann), einer Kerndrahtbeschichtung 10 auf dem Kerndraht 6, welche durch Verdrillen dünner Messingdrähte hoher mechanischer Festigkeit gebildet ist, und einer äußersten Schicht 11 aus Zn als niedrigsiedender Werkstoff oder einer Zn-Legierung mit Zn als Hauptbestandteil auf der Kerndrahtbeschichtung 10 gebildet.
Das Verfahren zum Herstellen des Elektrodendrahtes nach der vierten Ausführung sei nun beschrieben.
Mehrere dünne Messingdrähte je mit einem Durchmesser von 0,8mm werden um den Umfang eines gradlinigen Ausgangsmaterials aus einer Cu-Legierung eines Durchmessers von 3mm gewickelt; eine Zn-Schicht einer Dicke von 0,1mm wird auf dem gewickelten Produkt durch ein Plattierverfahren aufgebracht; das so erhaltene Produkt wird einer Anzahl von Schritten des Längens, Anlassens und Waschens mit einer Säure mehrmals unterzogen, um dadurch den Durchmesser auf 0,3mm zu reduzieren; und schließlich wird ein Anlaßvorgang bei niedriger Temperatur zum Entspannen durchgeführt. Für den Kerndraht 6 wird in gleicher Weise wie anhand der Figur 13 beschrieben eine Cu-Legierung mit 0,15 Gew.% Sn, Rest Kupfer verwendet. Die Stärke der äußersten Schicht (Zink-Film) beträgt etwa 0,01mm, und die Stärke der Kerndrahtbeschichtung (der Zwischenschicht aus Messing) beträgt etwa 0,07mm.
Die Eigenschaften der Schwingungsdämpfung, des Wärmetransports, der Bruchbeständigkeit des Elektrodendrahtes und der verbesserten Wellenform wurden bei der vierten Ausführung der Erfindung im wesentlichen gleich wie bei der ersten Ausführung als Ergebnisse von Untersuchungen festgestellt.
Es bestätigte sich ferner bei der vierten Ausführung nach der Erfindung, daß die elektrischen Entladeeigenschaften verbessert wurden, um gleichförmige elektrische Entladungen zu realisieren, so daß die Oberflächenrauhigkeit eines Werkstückes verbessert werden kann, weil die Kerndrahtbeschichtung als Zwischenschicht hoher mechanischer Festigkeit von einem niedrig-siedenden Werkstoff bedeckt ist.
Obgleich bei der vierten Ausführung Zink für die äußerste Schicht als ein niedrig-siedender Werkstoff verwendet wurde, kann dieser durch einen anderen niedrig-siedenden Werkstoff wie Mg, eine Mg-Legierung mit Magnesium als Hauptbestandteil, Cd oder eine Cd-Legierung mit Cd als Hauptbestandteil eingesetzt werden. In diesen Fällen können die gleichen Wirkungen und Effekte wie oben beschrieben erhalten werden.
Figur 15 ist ein Querschnitt durch ein fünfte Ausführung eines Elektrodendrahtes nach der Erfindung. Der Elektrodendraht umfaßt einen Kerndraht 6 aus einer Cu-Legierung mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie in Figur 13 gezeigt, eine Kerndrahtbeschichtung 12, welche auf den Umfang des Kerndrahtes durch Plattieren eines Zn- Werkstoffes als niedrig-siedender Werkstoff aufgebracht ist, und eine äußerste Schicht 13 aus Messing hoher mechanischer Festigkeit, welche auf der Kerndrahtbeschichtung 12 aufgebracht ist.
Die Drahtelektrode der fünften Ausführung ist wie folgt hergestellt.
Ein gradliniges Ausgangsmaterial aus einer Cu-Legierung mit 0,15 Gew.% Sn, Rest Cu, wird mit Zink (aus welchem die Kerndrahtbeschichtung gebildet ist) plattiert, um einen Kerndraht 6 eines Durchmessers von 3mm zu erhalten; der Kerndraht 6 wird in ein rohrförmiges Material aus 65/35-Messing (welches die äußerste Schicht 13 bildet) eines Durchmessers von 8mm und einer Wandstärke von 0,6mm eingebracht; das so erhaltene Zweischichten- Produkt wird einer Anzahl von Schritten des Längens, Anlassens und Waschens mit einer Säure mehrmals unterzogen, um dadurch den Außendurchmesser auf 0,3mm zu reduzieren; und ein Anlassen bei niedriger Temperatur wird zur Entspannung durchgeführt. Nach der Vervollständigung der Herstellschritte beträgt die Dicke der äußersten Schicht 13 etwa 0,066mm und die Dicke der Kerndrahtbeschichtung 12 etwa 0,005mm.
Der Elektrodendraht der fünften Ausführung sieht im wesentlichen die gleichen Eigenschaften der Schwingungsdämpfung, der Wärmeleitfähigkeit und der Beständigkeit gegen Bruch des Elektrodendrahtes vor und schafft eine Verbesserung der Wellenform wie bei der ersten Ausführung, was durch Versuche bestätigt wurde.
Da bei der fünften Ausführungsform die Kerndrahtbeschichtung 12 von einer dünnen Zink-Schicht gebildet ist, diffundiert das Zink in die äußerste Schicht 13 und in den Kerndraht 6, welcher eine Messingkomponente enthält, aufgrund des Anlassens bei der Herstellung des Elektrodendrahtes ein, wodurch das Maß der Verbindungsbeständigkeit ("close-fitness") zwischen den benachbarten Schichten erhöht wird, um dadurch die Nachgiebigkeit der hergestellten Produkte zu erhöhen.
Figur 18 ist ein Querschnitt durch eine sechste Ausführung eines Elektrodendrahtes, bei dem ein Kerndraht 6 von einer Kerndrahtbeschichtung 7 umgeben ist. Der Kerndraht 6 wird durch Verdrillen mehrerer gradliniger Drähte eines Durchmessers von 0,05mm gebildet, so daß der Außendurchmesser des verdrillten Körpers etwa 3mm beträgt; der verdrillte Körper wird in ein rohrförmiges Material eines Außendurchmessers von 8mm und einer Wandstärke von 0,6mm eingebettet; der Zweischicht-Körper wird mehreren Schritten des Längens, Anlassens und Waschens mit einer Säure mehrmals unterzogen, um dadurch den Außendurchmesser auf 0,3mm zu reduzieren; und ein Anlassen bei niedriger Temperatur wird zum Entspannen durchgeführt.
Bei der sechsten Ausführung wird Messing mit 35 Gew.% Zn für die Beschichtung und eine Cu-Legierung mit 0,15 Gew.% Sn, Rest Kupfer, für den Kerndraht verwendet. Die Stärke der Beschichtung beträgt 0,066mm.
Bei der sechsten Ausführung kann mindestens ein Klaviersaitendraht in die verdrillten gradlinigen Drähte eingefügt sein, um die mechanische Festigkeit des Kerndrahtes zu verbessern, so daß die Leistungsfähigkeit des Elektrodendrahtes weiter erhöht wird. Bei dieser Ausführung wird eine dünne Legierungsschicht enthaltend Zn, Cd oder Mg als Hauptbestandteil auf die Kerndrahtbeschichtung aufgebracht, um weiter die Wirkung des Elektrodendrahtes zu verbessern.
Bei der sechsten Ausführung werden die gleichen Wirkungen und Effekte erhalten wie bei der ersten Ausführung.

Claims

1. Elektrodendraht für eine Schneiddraht-Erodiervorrichtung zum Bearbeiten durch elektrische Ladung, wobei eine Arbeitsflüssigkeit zu einem schmalen Spalt zwischen der Elektrodendraht und einem Werkstück gefördert wird und der Elektrodendraht einen Kerndraht (6) hoher mechanischer Festigkeit und eine Kerndrahtbeschichtung (7; 10, 13) aus Messing mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufweist, wobei der Werkstoff des Kerndrahtes (6) höhere thermische Leitfähigkeit als diejenige der Beschichtung (7; 10, 13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodendraht durch einen Drahtziehprozeß gedehnt ist, daß die Kerndrahtbeschichtung aus Messing mit hoher mechanischer Festigkeit gebildet ist, und daß der Kerndraht (6) aus einem Werkstoff unterschiedlicher Elastizitätskonstante als diejenige der Kerndrahtbeschichtung (7; 10, 13) besteht, wobei der Elektrodendraht ein aus dem Kerndraht und der Kerndrahtbeschichtung einheitlich gezogenes Produkt ist, bei dem die Querschnittsfläche der Beschichtung im Verhältnis zum Gesamtquerschnitt des Elektrodendrahts im Bereich zwischen 50 und 90 % liegt.

2. Elektrodendraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußerste Schicht (8) aus einem Metall guter elektrischer Entladeeigenschaften auf der Beschichtung (7) aufgebracht ist.

3. Elektrodendraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußerste Schicht (9) aus einem Oxydfilm auf der Kerndrahtbeschichtung (7) aufgebracht ist.

4. Elektrodendraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerndrahtbeschichtung mehrere dünne Drähte hoher mechanischer Festigkeit umfaßt, die um den Kerndraht verdrillt sind, und daß eine äußerste Schicht (11) aus einer Legierung mit niedrigem Siedepunkt oder aus entsprechenden Werkstoffen als Hauptbestandteil auf der Kerndrahtbeschichtung aufgebracht ist.

5. Elektrodendraht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndraht (6) mehrere verdrillte dünne Drähte aufweist.

6. Elektrodendraht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Messing Zink im Bereich zwischen 30 und 40 Gew.-% enthält.

7. Elektrodendraht nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndraht (6) aus einem Werkstoff aus der Gruppe aus Kupfer, Kupferlegierungen, Silber, Silberlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen ausgewählt ist.

8. Elektrodendraht nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Schicht von Zink oder einer Zinklegierung, Kadmium oder einer Kadmiumlegierung, Magnesium oder einer Magnesiumlegierung gebildet ist.

9. Elektrodendraht nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndraht mindestens eine Klaviersaite enthält.

10. Elektrodendraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenschicht (12) aus einem Werkstoff mit niedrigem Siedepunkt zwischen dem Kerndraht (6) und der Kerndrahtbeschichtung (13) vorgesehen ist, wobei die letztere die äußerste Schicht bildet.

11. Elektrodendraht nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine dünne Schicht aus Zink ist.