JP2018103349A - Low-consumable electrode for electrical discharge machining - Google Patents
Low-consumable electrode for electrical discharge machining Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018103349A JP2018103349A JP2016257980A JP2016257980A JP2018103349A JP 2018103349 A JP2018103349 A JP 2018103349A JP 2016257980 A JP2016257980 A JP 2016257980A JP 2016257980 A JP2016257980 A JP 2016257980A JP 2018103349 A JP2018103349 A JP 2018103349A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- discharge machining
- copper
- electric discharge
- melting point
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、放電加工用低消耗電極およびそれを用いた放電加工方法およびその製造方法に関するものである。より詳細には、低融点合金およびカーボン繊維（カーボンナノチューブ：ＣＮＴ等）を複合することにより、電極消耗を抑え、加工速度を向上させた銅と高融点金属粒子（タングステン等）を基材とした放電加工用電極材料に関する。 The present invention relates to a low-consumable electrode for electric discharge machining, an electric discharge machining method using the same, and a manufacturing method thereof. More specifically, a composite of a low melting point alloy and carbon fiber (carbon nanotube: CNT, etc.) is used as a base material with copper and high melting point metal particles (tungsten, etc.) that suppress electrode consumption and improve processing speed. The present invention relates to an electrode material for electric discharge machining.
形彫放電加工の電極材は、加工精度や生産コストの点から、加工速度が得られ、低消耗である特性が求められる。 The electrode material for sculpture electric discharge machining is required to have a machining speed and low consumption characteristics in terms of machining accuracy and production cost.
非特許文献１記載のように、一般に、電極材は、熱伝導率と融点の積が大きいほど低消耗であることが知られている。これを満たす電極材として、銅あるいは銅タングステンが広く用いられている。銅は低価格であるため、電極消耗を無視した荒加工条件に用いられているが、これらと同程度の価格で電極消耗が少ないものが求められている。 As described in Non-Patent Document 1, it is generally known that an electrode material is less consumed as the product of thermal conductivity and melting point is larger. Copper or copper tungsten is widely used as an electrode material that satisfies this requirement. Since copper is inexpensive, it is used in roughing conditions that ignore electrode wear.
一方、銅タングステン系材料、あるいは銀タングステン系材料などは、銅と比較して電極消耗が少ないが、加工速度は遅く、価格が高いので一般に微細加工の無消耗または低消耗領域に限定される。銅タングステン系材料が高価な理由は、希少金属であるタングステンを用いるためであり、このタングステンの減量を行い、かつ電極特性を維持することが課題となっている。 On the other hand, copper tungsten-based materials, silver-tungsten-based materials, and the like consume less electrode compared to copper, but the processing speed is slow and the price is high, so they are generally limited to non-consumable or low-consumption regions for microfabrication. The reason why the copper-tungsten-based material is expensive is that tungsten, which is a rare metal, is used, and it is a problem to reduce the amount of tungsten and maintain the electrode characteristics.
既存の放電加工用電極材料の欠点を補うため、特許文献１および非特許文献２記載の技術では、めっき法により、カーボンナノチューブを複合した銅電極が提案されており、純銅電極の低消耗化が図られているが、めっき法であるためバルク材を作ることができず、小径電極に限定される。また、タングステンなどの高融点金属粒子は比重が大きいため、めっき法により均一に複合することが難しい。 In order to compensate for the shortcomings of the existing electrode materials for electric discharge machining, the techniques described in Patent Document 1 and Non-Patent
特許文献２、特許文献３記載の技術では、それぞれ２族元素と酸化タングステンの化合物、ホウ化物を銅−タングステン材料に複合させることで、高温下での電気伝導性、仕事関数を向上させ、低消耗化および加工速度の改善が図られているが、特殊な材料を用いるため、安価に提供することができないという課題がある。 In the techniques described in
また、上記技術は、タングステンの減量に寄与していない。非特許文献３記載の技術では、銅タングステン系材料において、タングステン粒子の微細化によって、低消耗化が図られているが、タングステン粒子が微細になると材料単価が高くなり、また混合も難しくなる。 Further, the above technique does not contribute to the weight loss of tungsten. In the technology described in Non-Patent
本発明は、放電加工用低消耗電極およびそれを用いた放電加工方法およびその製造方法を提供するものである。より詳細には、低融点合金およびカーボン繊維（カーボンナノチューブ：ＣＮＴ等）を複合することにより、電極消耗を抑え、加工速度を向上させた銅と高融点金属粒子（タングステン等）を基材とした放電加工用電極材料およびそれを用いた放電加工方法およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a low-consumable electrode for electric discharge machining, an electric discharge machining method using the same, and a manufacturing method thereof. More specifically, a composite of a low melting point alloy and carbon fiber (carbon nanotube: CNT, etc.) is used as a base material with copper and high melting point metal particles (tungsten, etc.) that suppress electrode consumption and improve processing speed. An object of the present invention is to provide an electrode material for electric discharge machining, an electric discharge machining method using the same, and a method for manufacturing the electric discharge machining method.
上記の目的を達成するため、請求項１記載の放電加工用電極は、銅を体積分率で３０％以上含む放電加工用電極であって、融点が２０００℃以上の高融点金属粒子が前記銅の母相に分散してなる放電加工用電極であって、少なくとも前記高融点金属粒子と前記銅の界面に、銅よりも融点が２００℃以上低い低融点合金が分散していることを特徴とする。In order to achieve the above object, the electrode for electric discharge machining according to claim 1 is an electrode for electric discharge machining containing copper in a volume fraction of 30% or more, wherein the refractory metal particles having a melting point of 2000 ° C. or more are the copper. An electrode for electric discharge machining dispersed in a matrix of the above, characterized in that a low melting point alloy having a melting point lower than that of copper by 200 ° C. or more is dispersed at least at the interface between the high melting point metal particles and the copper. To do.
請求項２記載の放電加工用電極は、前記放電加工用電極に、カーボン繊維が含有し、前記高融点金属粒子と前記銅の界面、前記高融点金属粒子と前記カーボン繊維の界面、前記カーボン繊維と前記銅の界面のうち少なくとも１つの界面に前記低融点合金が接していることを特徴とする。 The electrode for electric discharge machining according to
請求項３記載の放電加工用電極は、前記低融点合金が銀および銅を含む合金であることを特徴とする。 The electrode for electric discharge machining according to
請求項４記載の放電加工用電極は、前記カーボン繊維が長さ１μｍ以上でアスペクト比（＝長さ／直径）３０以上であるカーボンナノチューブであることを特徴とする。 The electrode for electric discharge machining according to
請求項５記載の放電加工用電極は、前記高融点金属粒子が粒径１〜１０μｍの粒子径分布を持ったタングステンであることを特徴とする。 The electrode for electric discharge machining according to
請求項６記載の放電加工用電極は、前記高融点金属粒子が平均粒径１μｍ以下のタングステンであることを特徴とする。 The electrode for electric discharge machining according to
請求項７記載の放電加工用電極を用いた放電加工方法は、連続パルス放電によって被加工物を除去していく放電加工方法であって、被加工物と電極の間で発生する単発の放電によって電極表面に形成される放電痕の深さが前記カーボン繊維の長さよりも小さい放電加工条件であることを特徴とする。 The electric discharge machining method using the electrode for electric discharge machining according to claim 7 is an electric discharge machining method for removing a workpiece by continuous pulse discharge, and is based on a single discharge generated between the workpiece and the electrode. The depth of the electric discharge mark formed on the electrode surface is an electric discharge machining condition smaller than the length of the carbon fiber.
請求項８記載の放電加工用電極の製造方法は、銅よりも融点が２００℃以上低い低融点合金粒子を、前記銅の粒子および前記高融点金属粒子とともに混合し、通電焼結法を用いて焼結、複合体化することを特徴とする。 The method for producing an electrode for electric discharge machining according to
請求項１記載の発明によれば、銅を体積分率で３０％以上含む放電加工用電極であることによって、高電気伝導性による放電加工の安定、高電気伝導性による低消耗化という効果がある。融点が２０００℃以上の高融点金属粒子が前記銅の母相に分散してなることによって低消耗効果がある。さらに、高融点金属粒子と銅母相の界面、高融点金属粒子同士の界面、銅と銅の界面に低融点合金が接していることにより、界面に合金層を形成し、高融点金属粒子の脱落を防ぐ効果がある。 According to the first aspect of the present invention, the electrical discharge machining electrode containing copper in a volume fraction of 30% or more has the effect of stable electrical discharge machining due to high electrical conductivity and low consumption due to high electrical conductivity. is there. The high melting point metal particles having a melting point of 2000 ° C. or more are dispersed in the copper matrix, thereby providing a low consumption effect. Furthermore, the low melting point alloy is in contact with the interface between the refractory metal particles and the copper matrix, the interface between the refractory metal particles, and the interface between the copper and copper, thereby forming an alloy layer at the interface. There is an effect to prevent dropout.
請求項２記載の発明によれば、前記放電加工用電極に、カーボン繊維が含有することによって、放電加工において放電の分散効果、放電の安定、さらには、カーボンによる保護作用によって電極消耗を低減する効果がある。さらに、カーボン繊維が高融点金属粒子の低消耗効果の一部を担うことができ、高融点金属粒子の体積分率を下げても、電極の低消耗特性を維持できるという効果がある。また、高融点金属粒子と銅母相の界面、高融点金属粒子とカーボン繊維の界面、カーボン繊維と銅母相の界面のうち少なくとも１つの界面に前記低融点合金が接していることによって、前記カーボン繊維、前記高融点金属粒子の保持力が向上するという効果がある。 According to the second aspect of the present invention, the carbon fiber is contained in the electrode for electric discharge machining, so that the electrode consumption is reduced by the electric discharge dispersion effect, the electric discharge stability, and the protective action by carbon in electric discharge machining. effective. Furthermore, the carbon fiber can play a part of the low consumption effect of the refractory metal particles, and even if the volume fraction of the refractory metal particles is lowered, the low consumption property of the electrode can be maintained. Further, the low-melting-point alloy is in contact with at least one interface among the interface between the high-melting-point metal particles and the copper matrix, the interface between the high-melting-point metal particles and the carbon fiber, and the interface between the carbon fiber and the copper matrix. There is an effect that the holding power of the carbon fiber and the refractory metal particles is improved.
請求項３記載の発明によれば、前記低融点合金が銅および銀を含む合金であることにより、銅母相との親和性を持ちつつ、前記カーボン繊維、前記高融点金属粒子の保持力が向上するという効果がある。 According to the invention of
請求項４記載の発明によれば、前記カーボン繊維が長さ１μｍ以上でアスペクト比（＝長さ／直径）３０以上であるカーボンナノチューブであることによって、放電安定に起因する放電加工速度の向上効果、低消耗効果がある。特に、放電加工によって形成される放電痕深さよりも長いカーボンナノチューブを用いた場合に効果がある。 According to the invention of
請求項５記載の発明によれば、前記高融点金属粒子が粒径１〜１０μｍの粒子径分布を持ったタングステンであることにより、銅母相においてタングステンを緻密に配置でき、タングステンの体積分率を上げることができる効果がある。さらには、低消耗特性を向上させる効果がある。 According to the fifth aspect of the present invention, the high melting point metal particles are tungsten having a particle size distribution with a particle size of 1 to 10 μm, so that tungsten can be densely arranged in the copper matrix, and the volume fraction of tungsten There is an effect that can raise. Furthermore, there is an effect of improving the low consumption characteristic.
請求項６記載の発明によれば、平均粒径１μｍ以下のタングステンであることにより、大きな粒子径のタングステンによる異常アークの発生を抑制し、放電を安定させることができるため、加工速度が向上するという効果がある。さらに、切削加工によって電極の形状を創成する際に、切削工具の消耗を低く抑えることができる効果がある。 According to the sixth aspect of the invention, since tungsten having an average particle diameter of 1 μm or less can suppress the occurrence of abnormal arcs due to tungsten having a large particle diameter and stabilize the discharge, the processing speed is improved. There is an effect. Furthermore, when the shape of the electrode is created by cutting, there is an effect that consumption of the cutting tool can be suppressed low.
請求項７記載の発明によれば、放電加工方法において、電極表面に形成される放電痕の深さが前記カーボン繊維の長さよりも小さい放電加工条件であることにより、カーボン繊維による電極の保護作用、つまり前記放電加工用電極の低消耗効果、放電加工速度の高速化を持続させる効果がある。 According to the seventh aspect of the present invention, in the electric discharge machining method, the depth of the electric discharge marks formed on the electrode surface is an electric discharge machining condition smaller than the length of the carbon fiber, whereby the electrode has a protective effect by the carbon fiber. In other words, there is an effect of reducing the consumption of the electrode for electric discharge machining and maintaining an increase in the electric discharge machining speed.
請求項８記載の発明によれば、放電加工用電極の製造方法に通電焼結法を用いることにより、粉体の固相焼結が可能となるという効果がある。さらに、低融点合金を用いることにより、一部液相を生じさせ、固相焼結でありながら、低融点合金の液相を用いて、緻密な焼結が可能となるという効果がある。ここで、「通電焼結法」とは、放電プラズマ焼結法、パルス通電法、パルス通電加圧焼結法、プラズマ活性化焼結法、通電加熱焼結法などとも呼ばれるもので、型の中に混合した粉末を入れ、圧力を加えながら、型と粉末に電流を流し、通電によって加熱し、焼結する手法をいう。 According to the eighth aspect of the invention, there is an effect that solid-phase sintering of the powder becomes possible by using the electric current sintering method for the manufacturing method of the electric discharge machining electrode. Further, by using the low melting point alloy, there is an effect that a part of the liquid phase is generated and dense sintering is possible using the liquid phase of the low melting point alloy while performing solid phase sintering. Here, the "electric current sintering method" is also called a discharge plasma sintering method, a pulse current method, a pulse current pressure sintering method, a plasma activated sintering method, an electric heating sintering method, etc. This is a technique in which powder mixed in is put in, a current is passed through the mold and powder while pressure is applied, and heating is carried out by energization to sinter.
以上、発明の効果をまとめると以下のようになる。
１）カーボンナノチューブによる保護作用と放電安定効果：熱伝導性が高く、高アスペクト材料であるカーボンナノチューブが、基材となる銅の中に存在することで、電極表面で保護作用が発現し、低消耗化が図られるという効果がある。
２）タングステンの削減効果：熱伝導性が高く、高アスペクト材料であるカーボンナノチューブが、基材となる銅タングステンの中に存在することで、電極表面で保護作用が発現し、タングステン組成比を低くしても、同等の低消耗電極を提供できる。さらに、アスペクトの高いカーボンナノチューブが表面に分散配置されることで、放電が安定し、銅タングステンでありながら、加工速度が向上するという効果がある。The effects of the invention are summarized as follows.
1) Protective action and discharge stabilization effect by carbon nanotubes: High thermal conductivity, carbon nanotubes, which are high aspect materials, are present in copper as a base material. There is an effect that exhaustion is achieved.
2) Tungsten reduction effect: Carbon nanotubes, which have a high thermal conductivity and a high aspect material, are present in the copper tungsten substrate, thereby providing a protective effect on the electrode surface and reducing the tungsten composition ratio. Even so, an equivalent low consumption electrode can be provided. Furthermore, since the carbon nanotubes having a high aspect are dispersed and arranged on the surface, the discharge is stabilized, and the processing speed is improved while being copper tungsten.
以下、図を参照して本発明を説明する。この図および説明は単なる一例に過ぎず、本発明の全般的な概念を制限するものではない。
以下、本発明の好ましい実施例を、添付した図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は、カーボン繊維を含まない場合の本発明の放電加工電極の断面概念図、図２は、カーボン繊維を含む本発明の放電加工電極の断面概念図である。 FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view of an electric discharge machining electrode of the present invention when carbon fibers are not included, and FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view of an electric discharge machining electrode of the present invention including carbon fibers.
図１に示すように、本発明の放電加工用電極は、高融点金属粒子１が母相である銅２の中に分散して存在する。低融点合金４は、高融点金属粒子１と母相である銅２の界面に存在する。また、低融点合金４は銅母相中に分散していても良い。界面には、高融点金属粒子１、銅２、低融点合金のいずれかの組み合わせによる合金が形成されていても良い。 As shown in FIG. 1, the electrode for electric discharge machining of the present invention is present in which refractory metal particles 1 are dispersed in
図２に示すように、カーボン繊維３を用いる場合には、高融点金属粒子１と母相である銅２の界面、高融点金属粒子１とカーボン繊維３の界面、カーボン繊維３と母相である銅２の界面のうち少なくとも１つの界面に低融点合金４が接して存在することが望ましい。放電加工において、被加工物と電極の間で発生する単発の放電によって電極表面に形成される放電痕内に少なくとも１つ以上のナノカーボン材料が存在する体積分率で、カーボン繊維３が電極内に分散していることが望ましい。 As shown in FIG. 2, when the
放電加工において、被加工物と電極の間で発生する単発の放電によって電極表面に形成される放電痕の深さよりも長い繊維状の前記ナノカーボン材料であることが望ましい。このことから、前記カーボン繊維３が、直径１００ｎｍ以上、アスペクト比（＝長さ／直径）１０以上である多層カーボンナノチューブあるいはカーボンナノファイバーであることが望ましい。前記カーボン繊維３が、体積分率で１〜３０％含まれることが望ましい。 In the electric discharge machining, it is desirable that the nanocarbon material is in the form of a fiber longer than the depth of a discharge mark formed on the electrode surface by a single discharge generated between the workpiece and the electrode. From this, it is desirable that the
前記低融点合金４が、銀と銅の合金であることが望ましく、亜鉛やすずが加えられていても良い。低融点合金は体積分率で５％から２５％ほど含有した方が良い。低融点合金の組成としては、重量分率で、銀３０〜７２％、銅１５〜３４％、亜鉛１５．５〜３２％から選ばれた組成が良い。ＪＩＳ．Ｚ．３２６１、ＪＩＳ．Ｚ．３２６４に記載の銀を主成分とする低融点合金およびこれに準ずるものでも良い。 The low
放電加工において、被加工物と電極の間で発生する放電によって電極表面の一部が除去され、電極内部より前記ナノカーボン材料の一部が露出し、放電に接する前記ナノカーボン材料および加工液が放電によって分解された炭素を主成分とする保護層を電極表面に形成することが望ましい。 In electric discharge machining, a part of the electrode surface is removed by electric discharge generated between the workpiece and the electrode, a part of the nanocarbon material is exposed from the inside of the electrode, and the nanocarbon material and the machining liquid in contact with the electric discharge It is desirable to form a protective layer mainly composed of carbon decomposed by electric discharge on the electrode surface.
低消耗特性を重視する場合は、高融点金属粒子が、粒径１μｍ程度の微粒粉から比較的粗粒の粒径１０μｍまでの粒子径分布を有することが望ましく、その粒子径分布はモノモーダルな分布でも、バイモーダルな分布でも良い。バイモーダルな分布の場合、粒径が小さい方の分布の平均粒径が２〜４μｍ、大きい方の分布の平均粒径が６〜１０μｍであることが望ましい。
加工速度を重視する場合は、高融点金属粒子が、粒径１μｍ以下の微粒であることが望ましい。When importance is attached to low wear characteristics, it is desirable that the high melting point metal particles have a particle size distribution from a fine powder having a particle size of about 1 μm to a relatively coarse particle size of 10 μm, and the particle size distribution is monomodal. It may be a distribution or a bimodal distribution. In the case of a bimodal distribution, it is desirable that the average particle size of the distribution with the smaller particle size is 2 to 4 μm and the average particle size of the larger distribution is 6 to 10 μm.
When importance is attached to the processing speed, it is desirable that the refractory metal particles are fine particles having a particle size of 1 μm or less.
なお、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。 The scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.
本研究では、高融点金属粒子として、平均粒径約０．６μｍのタングステン、粒径２〜８μｍの粒子径分布を持つタングステン粉末を用いて、体積分率で、タングステン５２ｖｏｌ％の銅タングステン電極を、通電焼結法により、作製し、放電エネルギーの小さい仕上げ加工条件において、タングステンの粒子径が加工速度と電極消耗に及ぼす影響を調べた。さらに、タングステンを減量し、添加物としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ：昭和電工製ＶＧＣＦ−Ｈ、直径１５０ｎｍ、長さ１〜２０μｍ）を複合した銅タングステン電極を作製し、ＣＮＴが銅タングステンの電極消耗に及ぼす影響を以下に示す。ここで、平均粒径約０．６μｍのタングステンを用いた電極は、請求項１、３、６に係る実施例となる。粒径２〜８μｍの粒子径分布を持つタングステンを用いた電極は、請求項１、３、５に係る実施例となる。カーボンナノチューブを添加した電極は、請求項１、２、３、４、５に係る実施例となる。 In this research, tungsten powder having an average particle size of about 0.6 μm and tungsten powder having a particle size distribution of 2 to 8 μm was used as the refractory metal particles, and a copper tungsten electrode having a volume fraction of 52 vol. The effect of the tungsten particle size on the processing speed and electrode consumption was investigated under the finish processing conditions with low discharge energy. Further, the tungsten was reduced in weight, and a copper tungsten electrode composited with carbon nanotubes (CNT: VGCF-H manufactured by Showa Denko, diameter 150 nm, length 1 to 20 μm) as an additive was prepared. The impact is shown below. Here, an electrode using tungsten having an average particle diameter of about 0.6 μm is an embodiment according to
（通電焼結法による銅タングステン電極作製）
以下、請求項８に係る放電加工用電極の製造方法の実施例となる。
表１に、市販電極Ａおよび通電焼結法で作製した銅タングステン焼結体電極Ｂ〜Ｄの組成比を示す。電極Ｂ、Ｄには、粒径２〜８μｍのタングステン粉末を用い、電極Ｃには、粒径０．６μｍのタングステン粉末を用いた。すべての電極で、銅は平均約８μｍの樹枝状電解銅粉末を使用した。銅、タングステンに、銀を含む低融点合金（銀７２ｗｔ％、銅２８ｗｔ％、融点約７８０℃）を加え、自転公転ミキサー（倉敷紡績製ＫＫ‐２５０Ｓ）で混合した後、黒鉛型に充填した。(Preparation of copper tungsten electrode by current sintering method)
Hereinafter, an example of a method for manufacturing an electrode for electrical discharge machining according to
Table 1 shows the composition ratio of the commercially available electrode A and copper tungsten sintered body electrodes B to D produced by the electric current sintering method. For the electrodes B and D, tungsten powder having a particle size of 2 to 8 μm was used, and for the electrode C, tungsten powder having a particle size of 0.6 μm was used. For all electrodes, dendritic electrolytic copper powder with an average of about 8 μm was used as copper. A low melting point alloy containing silver (silver 72 wt%, copper 28 wt%, melting point about 780 ° C.) was added to copper and tungsten, and the mixture was mixed with a rotating and rotating mixer (KK-250S, Kurashiki Boseki Co., Ltd.), and then filled into a graphite mold.
表２に通電焼結条件を示す。プラズマ複合材料焼結装置（エス・エス・アロイ製ＣＳＰ‐Ｖ‐６０１２０１）を用い、チャンバー内を真空にした後、パルス通電により、焼結温度７５０℃まで加熱し、加圧力３０ＭＰａにて３０分保持し、直径５０ｍｍの電極材を焼結した。 Table 2 shows the current sintering conditions. The chamber was evacuated using a plasma composite material sintering machine (CSP-V-60201, manufactured by SS Alloy), heated to a sintering temperature of 750 ° C. by pulse energization, and applied at a pressure of 30 MPa for 30 minutes. The electrode material having a diameter of 50 mm was held and sintered.
（放電特性の評価方法）
以下、請求項７に係る放電加工用電極を用いた放電加工方法の実施例である。
焼結した電極材は、表面を研磨し、φ０．８ｍｍのステンレス丸棒に対して、仕上げ条件に近い、表３の放電条件で放電加工を行った。電極送り量を１．５ｍｍとし、電極消耗特性は、被加工物の消耗量に対する電極の消耗量の比率（電極消耗率）で評価した。加工速度は、単位時間あたりの被加工物の体積除去量（ＭＲＲ、ｍｍ３／ｓ）で評価した。(Evaluation method of discharge characteristics)
Examples of the electrical discharge machining method using the electrical discharge machining electrode according to claim 7 will be described below.
The surface of the sintered electrode material was polished and subjected to electric discharge machining under the electric discharge conditions shown in Table 3, which are close to the finishing conditions, on a φ0.8 mm stainless steel round bar. The electrode feed amount was 1.5 mm, and the electrode wear characteristics were evaluated by the ratio of the electrode wear amount to the work wear amount (electrode wear rate). The processing speed was evaluated by the volume removal amount (MRR, mm 3 / s) of the workpiece per unit time.
（電極消耗率）
図３に、電極Ａ〜Ｄの電極消耗率を示す。粗粒を含み、比較的ブロードな粒度分布を持つタングステンからなる電極Ｂの電極消耗が最も少なく、市販電極Ａに比べて約４４％であった。微粒タングステンの電極Ｃ、ＣＮＴを含む電極Ｄの電極消耗は約７５％であった。低消耗化の要因は、通電焼結法および低融点合金の添加などによる緻密化によるものである。(Electrode wear rate)
In FIG. 3, the electrode consumption rate of electrode AD is shown. Electrode B made of tungsten containing coarse particles and having a relatively broad particle size distribution had the least electrode consumption, which was about 44% compared to the commercially available electrode A. The electrode consumption of the electrode C of fine tungsten and the electrode D containing CNT was about 75%. The cause of low consumption is due to densification by the electric current sintering method and the addition of a low melting point alloy.
通電焼結法は、微粒粉が使えるという利点があるものの、基本的に固相焼結であるため、液相のプロセスである溶侵法に比べて緻密化が難しいという欠点があった。本実験では、焼結温度付近で液相を生じる低融点合金を添加することで、通電焼結法において緻密化が可能になったものである。
以上より、仕上げ加工条件においては、粗粒タングステンを含む電極Ｂが最も低消耗であること、タングステン８ｖｏｌ％減量し、ＣＮＴを加えた電極Ｄにおいても市販電極Ａに比べて低消耗であることが分かった。Although the electric current sintering method has an advantage that fine particles can be used, since it is basically solid-phase sintering, it has a drawback that it is difficult to densify compared to the infiltration method which is a liquid phase process. In this experiment, the addition of a low melting point alloy that generates a liquid phase near the sintering temperature enables densification in the electric current sintering method.
From the above, under the finish processing conditions, the electrode B containing coarse tungsten has the lowest consumption, and the electrode D to which 8 vol% of tungsten is added and CNT is added is less consumed than the commercially available electrode A. I understood.
（加工速度）
図４に、電極Ａ〜Ｄの単位時間あたりの被加工物の体積除去量を示す。微粒タングステンの電極Ｃが最も加工速度が早く、市販電極Ａに比べて、約４倍の加工速度となった。粗粒タングステンを含む電極Ｂ、ＣＮＴを含む電極Ｄもそれぞれ約２倍の加工速度となった。タングステンの微粒化により、放電が分散し、加工が安定した結果である。(Processing speed)
FIG. 4 shows the volume removal amount of the workpiece per unit time of the electrodes A to D. The fine tungsten electrode C has the fastest processing speed, and the processing speed is about four times that of the commercial electrode A. The electrode B containing coarse tungsten and the electrode D containing CNT also each had a processing speed about twice as high. This is because the discharge is dispersed and the processing is stabilized due to the atomization of tungsten.
１）粒径２〜８μｍのタングステン粉を用いて焼結した銅タングステン電極で、市販品に比べて、電極消耗率約１／２となった。
２）粒径０．６μｍの微細タングステン粉を用いて焼結した銅タングステン電極は、市販品に比べて、低消耗特性を維持し、加工速度約４倍となった。
３）ＣＮＴを複合し、タングステン８ｖｏｌ％を削減したＣＮＴ複合銅タングステン電極において、市販品に比べて低消耗特性と加工速度の改善を実現した。タングステンをＣＮＴに置き換えることでの電極コスト削減が可能であることがわかった。1) A copper tungsten electrode sintered with tungsten powder having a particle size of 2 to 8 μm, and the electrode consumption rate was about ½ compared with a commercially available product.
2) The copper tungsten electrode sintered using fine tungsten powder having a particle size of 0.6 μm maintained low consumption characteristics compared with a commercial product, and the processing speed was about four times as high.
3) In the CNT composite copper-tungsten electrode combined with CNT and reduced by 8 vol% of tungsten, low wear characteristics and improved processing speed were realized compared to the commercial products. It was found that the electrode cost can be reduced by replacing tungsten with CNT.
１ 高融点金属粒子
２ 銅を主成分とする母相
３ カーボン繊維
４ 低融点合金DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High melting
本発明は、放電加工用低消耗電極およびそれを用いた放電加工方法およびその製造方法に関するものである。より詳細には、低融点合金およびカーボン繊維（カーボンナノチューブ：ＣＮＴ等）を複合することにより、電極消耗を抑え、加工速度を向上させた銅と高融点金属粒子（タングステン等）を基材とした放電加工用電極材料に関する。 The present invention relates to a low-consumable electrode for electric discharge machining, an electric discharge machining method using the same, and a manufacturing method thereof. More specifically, a composite of a low melting point alloy and carbon fiber (carbon nanotube: CNT, etc.) is used as a base material with copper and high melting point metal particles (tungsten, etc.) that suppress electrode consumption and improve processing speed. The present invention relates to an electrode material for electric discharge machining.
形彫放電加工の電極材は、加工精度や生産コストの点から、加工速度が得られ、低消耗である特性が求められる。 The electrode material for sculpture electric discharge machining is required to have a machining speed and low consumption characteristics in terms of machining accuracy and production cost.
非特許文献１記載のように、一般に、電極材は、熱伝導率と融点の積が大きいほど低消耗であることが知られている。これを満たす電極材として、銅あるいは銅タングステンが広く用いられている。銅は低価格であるため、電極消耗を無視した荒加工条件に用いられているが、これらと同程度の価格で電極消耗が少ないものが求められている。 As described in Non-Patent Document 1, it is generally known that an electrode material is less consumed as the product of thermal conductivity and melting point is larger. Copper or copper tungsten is widely used as an electrode material that satisfies this requirement. Since copper is inexpensive, it is used in rough machining conditions that ignore electrode wear. However, there is a demand for copper that has the same price and low electrode wear.
一方、銅タングステン系材料、あるいは銀タングステン系材料などは、銅と比較して電極消耗が少ないが、加工速度は遅く、価格が高いので一般に微細加工の無消耗または低消耗領域に限定される。銅タングステン系材料が高価な理由は、希少金属であるタングステンを用いるためであり、このタングステンの減量を行い、かつ電極特性を維持することが課題となっている。 On the other hand, copper tungsten-based materials, silver-tungsten-based materials, and the like consume less electrode compared to copper, but the processing speed is slow and the price is high, so they are generally limited to non-consumable or low-consumption regions for microfabrication. The reason why the copper-tungsten-based material is expensive is that tungsten, which is a rare metal, is used, and it is a problem to reduce the amount of tungsten and maintain the electrode characteristics.
既存の放電加工用電極材料の欠点を補うため、特許文献１および非特許文献２記載の技術では、めっき法により、カーボンナノチューブを複合した銅電極が提案されており、純銅電極の低消耗化が図られているが、めっき法であるためバルク材を作ることができず、小径電極に限定される。また、タングステンなどの高融点金属粒子は比重が大きいため、めっき法により均一に複合することが難しい。 In order to compensate for the shortcomings of the existing electrode materials for electric discharge machining, the techniques described in Patent Document 1 and
特許文献２、特許文献３記載の技術では、それぞれ２族元素と酸化タングステンの化合物、ホウ化物を銅−タングステン材料に複合させることで、高温下での電気伝導性、仕事関数を向上させ、低消耗化および加工速度の改善が図られているが、特殊な材料を用いるため、安価に提供することができないという課題がある。 In the techniques described in
また、上記技術は、タングステンの減量に寄与していない。非特許文献３記載の技術では、銅タングステン系材料において、タングステン粒子の微細化によって、低消耗化が図られているが、タングステン粒子が微細になると材料単価が高くなり、また混合も難しくなる。 Further, the above technique does not contribute to the weight loss of tungsten. In the technology described in
本発明は、放電加工用低消耗電極およびそれを用いた放電加工方法およびその製造方法を提供するものである。より詳細には、低融点合金およびカーボン繊維（カーボンナノチューブ：ＣＮＴ等）を複合することにより、電極消耗を抑え、加工速度を向上させた銅と高融点金属粒子（タングステン等）を基材とした放電加工用電極材料およびそれを用いた放電加工方法およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a low-consumable electrode for electric discharge machining, an electric discharge machining method using the same, and a manufacturing method thereof. More specifically, a composite of a low melting point alloy and carbon fiber (carbon nanotube: CNT, etc.) is used as a base material with copper and high melting point metal particles (tungsten, etc.) that suppress electrode consumption and improve processing speed. An object of the present invention is to provide an electrode material for electric discharge machining, an electric discharge machining method using the same, and a method for manufacturing the electric discharge machining method.
上記の目的を達成するため、請求項１記載の放電加工用電極は、銅を体積分率で３０％以上含む放電加工用電極であって、融点が２０００℃以上の高融点金属粒子が前記銅の母相に分散してなる放電加工用電極であって、少なくとも前記高融点金属粒子と前記銅の界面に、銅よりも融点が２００℃以上低い低融点合金が分散していることを特徴とする。In order to achieve the above object, the electrode for electric discharge machining according to claim 1 is an electrode for electric discharge machining containing copper in a volume fraction of 30% or more, wherein the refractory metal particles having a melting point of 2000 ° C. or more are the copper. An electrode for electric discharge machining dispersed in a matrix of the above, characterized in that a low melting point alloy having a melting point lower than that of copper by 200 ° C. or more is dispersed at least at the interface between the high melting point metal particles and the copper. To do.
請求項２記載の放電加工用電極は、前記放電加工用電極に、カーボン繊維が含有し、前記高融点金属粒子と前記銅の界面、前記高融点金属粒子と前記カーボン繊維の界面、前記カーボン繊維と前記銅の界面のうち少なくとも１つの界面に前記低融点合金が接していることを特徴とする。 The electrode for electric discharge machining according to
請求項３記載の放電加工用電極は、前記低融点合金が銀および銅を含む合金であることを特徴とする。 The electrode for electric discharge machining according to
請求項４記載の放電加工用電極は、前記カーボン繊維が長さ１μｍ以上でアスペクト比（＝長さ／直径）３０以上であるカーボンナノチューブであることを特徴とする。 The electrode for electric discharge machining according to
請求項５記載の放電加工用電極は、前記高融点金属粒子が粒径１〜１０μｍの粒子径分布を持ったタングステンであることを特徴とする。 The electrode for electric discharge machining according to
請求項６記載の放電加工用電極は、前記高融点金属粒子が平均粒径１μｍ以下のタングステンであることを特徴とする。 The electrode for electric discharge machining according to
請求項７記載の放電加工用電極を用いた放電加工方法は、連続パルス放電によって被加工物を除去していく放電加工方法であって、被加工物と電極の間で発生する単発の放電によって電極表面に形成される放電痕の深さが前記カーボン繊維の長さよりも小さい放電加工条件であることを特徴とする。 The electric discharge machining method using the electrode for electric discharge machining according to claim 7 is an electric discharge machining method for removing a workpiece by continuous pulse discharge, and is based on a single discharge generated between the workpiece and the electrode. The depth of the electric discharge mark formed on the electrode surface is an electric discharge machining condition smaller than the length of the carbon fiber.
請求項８記載の放電加工用電極の製造方法は、銅よりも融点が２００℃以上低い低融点合金粒子を、前記銅の粒子および前記高融点金属粒子とともに混合し、通電焼結法を用いて焼結、複合体化することを特徴とする。 The method for producing an electrode for electric discharge machining according to
請求項１記載の発明によれば、銅を体積分率で３０％以上含む放電加工用電極であることによって、高電気伝導性による放電加工の安定、高電気伝導性による低消耗化という効果がある。融点が２０００℃以上の高融点金属粒子が前記銅の母相に分散してなることによって低消耗効果がある。さらに、高融点金属粒子と銅母相の界面、高融点金属粒子同士の界面、銅と銅の界面に低融点合金が接していることにより、界面に合金層を形成し、高融点金属粒子の脱落を防ぐ効果がある。 According to the first aspect of the present invention, the electrical discharge machining electrode containing copper in a volume fraction of 30% or more has the effect of stable electrical discharge machining due to high electrical conductivity and low consumption due to high electrical conductivity. is there. The high melting point metal particles having a melting point of 2000 ° C. or more are dispersed in the copper matrix, thereby providing a low consumption effect. Furthermore, the low melting point alloy is in contact with the interface between the refractory metal particles and the copper matrix, the interface between the refractory metal particles, and the interface between the copper and copper, thereby forming an alloy layer at the interface. There is an effect to prevent dropout.
請求項２記載の発明によれば、前記放電加工用電極に、カーボン繊維が含有することによって、放電加工において放電の分散効果、放電の安定、さらには、カーボンによる保護作用によって電極消耗を低減する効果がある。さらに、カーボン繊維が高融点金属粒子の低消耗効果の一部を担うことができ、高融点金属粒子の体積分率を下げても、電極の低消耗特性を維持できるという効果がある。また、高融点金属粒子と銅母相の界面、高融点金属粒子とカーボン繊維の界面、カーボン繊維と銅母相の界面のうち少なくとも１つの界面に前記低融点合金が接していることによって、前記カーボン繊維、前記高融点金属粒子の保持力が向上するという効果がある。 According to the second aspect of the present invention, the carbon fiber is contained in the electrode for electric discharge machining, so that the electrode consumption is reduced by the electric discharge dispersion effect, the electric discharge stability, and the protective action by carbon in electric discharge machining. effective. Furthermore, the carbon fiber can play a part of the low consumption effect of the refractory metal particles, and even if the volume fraction of the refractory metal particles is lowered, the low consumption property of the electrode can be maintained. Further, the low-melting-point alloy is in contact with at least one interface among the interface between the high-melting-point metal particles and the copper matrix, the interface between the high-melting-point metal particles and the carbon fiber, and the interface between the carbon fiber and the copper matrix. There is an effect that the holding power of the carbon fiber and the refractory metal particles is improved.
請求項３記載の発明によれば、前記低融点合金が銅および銀を含む合金であることにより、銅母相との親和性を持ちつつ、前記カーボン繊維、前記高融点金属粒子の保持力が向上するという効果がある。 According to the invention of
請求項４記載の発明によれば、前記カーボン繊維が長さ１μｍ以上でアスペクト比（＝長さ／直径）３０以上であるカーボンナノチューブであることによって、放電安定に起因する放電加工速度の向上効果、低消耗効果がある。特に、放電加工によって形成される放電痕深さよりも長いカーボンナノチューブを用いた場合に効果がある。 According to the invention of
請求項５記載の発明によれば、前記高融点金属粒子が粒径１〜１０μｍの粒子径分布を持ったタングステンであることにより、銅母相においてタングステンを緻密に配置でき、タングステンの体積分率を上げることができる効果がある。さらには、低消耗特性を向上させる効果がある。 According to the fifth aspect of the present invention, the high melting point metal particles are tungsten having a particle size distribution with a particle size of 1 to 10 μm, so that tungsten can be densely arranged in the copper matrix, and the volume fraction of tungsten There is an effect that can raise. Furthermore, there is an effect of improving the low consumption characteristic.
請求項６記載の発明によれば、平均粒径１μｍ以下のタングステンであることにより、大きな粒子径のタングステンによる異常アークの発生を抑制し、放電を安定させることができるため、加工速度が向上するという効果がある。さらに、切削加工によって電極の形状を創成する際に、切削工具の消耗を低く抑えることができる効果がある。 According to the sixth aspect of the invention, since tungsten having an average particle diameter of 1 μm or less can suppress the occurrence of abnormal arcs due to tungsten having a large particle diameter and stabilize the discharge, the processing speed is improved. There is an effect. Furthermore, when the shape of the electrode is created by cutting, there is an effect that consumption of the cutting tool can be suppressed low.
請求項７記載の発明によれば、放電加工方法において、電極表面に形成される放電痕の深さが前記カーボン繊維の長さよりも小さい放電加工条件であることにより、カーボン繊維による電極の保護作用、つまり前記放電加工用電極の低消耗効果、放電加工速度の高速化を持続させる効果がある。 According to the seventh aspect of the present invention, in the electric discharge machining method, the depth of the electric discharge marks formed on the electrode surface is an electric discharge machining condition smaller than the length of the carbon fiber, whereby the electrode has a protective effect by the carbon fiber. In other words, there is an effect of reducing the consumption of the electrode for electric discharge machining and maintaining an increase in the electric discharge machining speed.
請求項８記載の発明によれば、放電加工用電極の製造方法に通電焼結法を用いることにより、粉体の固相焼結が可能となるという効果がある。さらに、低融点合金を用いることにより、一部液相を生じさせ、固相焼結でありながら、低融点合金の液相を用いて、緻密な焼結が可能となるという効果がある。ここで、「通電焼結法」とは、放電プラズマ焼結法、パルス通電法、パルス通電加圧焼結法、プラズマ活性化焼結法、通電加熱焼結法などとも呼ばれるもので、型の中に混合した粉末を入れ、圧力を加えながら、型と粉末に電流を流し、通電によって加熱し、焼結する手法をいう。 According to the eighth aspect of the invention, there is an effect that solid-phase sintering of the powder becomes possible by using the electric current sintering method for the manufacturing method of the electric discharge machining electrode. Further, by using the low melting point alloy, there is an effect that a part of the liquid phase is generated and dense sintering is possible using the liquid phase of the low melting point alloy while performing solid phase sintering. Here, the "electric current sintering method" is also called a discharge plasma sintering method, a pulse current method, a pulse current pressure sintering method, a plasma activated sintering method, an electric heating sintering method, etc. This is a technique in which powder mixed in is put in, a current is passed through the mold and powder while pressure is applied, and heating is carried out by energization to sinter.
以上、発明の効果をまとめると以下のようになる。
１）カーボンナノチューブによる保護作用と放電安定効果：熱伝導性が高く、高アスペクト材料であるカーボンナノチューブが、基材となる銅の中に存在することで、電極表面で保護作用が発現し、低消耗化が図られるという効果がある。
２）タングステンの削減効果：熱伝導性が高く、高アスペクト材料であるカーボンナノチューブが、基材となる銅タングステンの中に存在することで、電極表面で保護作用が発現し、タングステン組成比を低くしても、同等の低消耗電極を提供できる。さらに、アスペクトの高いカーボンナノチューブが表面に分散配置されることで、放電が安定し、銅タングステンでありながら、加工速度が向上するという効果がある。The effects of the invention are summarized as follows.
1) Protective action and discharge stabilization effect by carbon nanotubes: High thermal conductivity, carbon nanotubes, which are high aspect materials, are present in copper as a base material. There is an effect that exhaustion is achieved.
2) Tungsten reduction effect: Carbon nanotubes, which have a high thermal conductivity and a high aspect material, are present in the copper tungsten substrate, thereby providing a protective effect on the electrode surface and reducing the tungsten composition ratio. Even so, an equivalent low consumption electrode can be provided. Furthermore, since the carbon nanotubes having a high aspect are dispersed and arranged on the surface, the discharge is stabilized, and the processing speed is improved while being copper tungsten.
以下、図を参照して本発明を説明する。この図および説明は単なる一例に過ぎず、本発明の全般的な概念を制限するものではない。
以下、本発明の好ましい実施例を、添付した図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は、カーボン繊維を含まない場合の本発明の放電加工電極の断面概念図、図２は、カーボン繊維を含む本発明の放電加工電極の断面概念図である。 FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view of an electric discharge machining electrode of the present invention when carbon fibers are not included, and FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view of an electric discharge machining electrode of the present invention including carbon fibers.
図１に示すように、本発明の放電加工用電極は、高融点金属粒子１が母相である銅２の中に分散して存在する。低融点合金４は、高融点金属粒子１と母相である銅２の界面に存在する。また、低融点合金４は銅母相中に分散していても良い。界面には、高融点金属粒子１、銅２、低融点合金のいずれかの組み合わせによる合金が形成されていても良い。 As shown in FIG. 1, the electrode for electric discharge machining of the present invention is present in which refractory metal particles 1 are dispersed in
図２に示すように、カーボン繊維３を用いる場合には、高融点金属粒子１と母相である銅２の界面、高融点金属粒子１とカーボン繊維３の界面、カーボン繊維３と母相である銅２の界面のうち少なくとも１つの界面に低融点合金４が接して存在することが望ましい。放電加工において、被加工物と電極の間で発生する単発の放電によって電極表面に形成される放電痕内に少なくとも１つ以上のナノカーボン材料が存在する体積分率で、カーボン繊維３が電極内に分散していることが望ましい。 As shown in FIG. 2, when the
放電加工において、被加工物と電極の間で発生する単発の放電によって電極表面に形成される放電痕の深さよりも長い繊維状の前記ナノカーボン材料であることが望ましい。このことから、前記カーボン繊維３が、直径１００ｎｍ以上、アスペクト比（＝長さ／直径）１０以上である多層カーボンナノチューブあるいはカーボンナノファイバーであることが望ましい。前記カーボン繊維３が、体積分率で１〜３０％含まれることが望ましい。 In the electric discharge machining, it is desirable that the nanocarbon material is in the form of a fiber longer than the depth of a discharge mark formed on the electrode surface by a single discharge generated between the workpiece and the electrode. From this, it is desirable that the
前記低融点合金４が、銀と銅の合金であることが望ましく、亜鉛やすずが加えられていても良い。低融点合金は体積分率で５％から２５％ほど含有した方が良い。低融点合金の組成としては、重量分率で、銀３０〜７２％、銅１５〜３４％、亜鉛１５．５〜３２％から選ばれた組成が良い。ＪＩＳ．Ｚ．３２６１、ＪＩＳ．Ｚ．３２６４に記載の銀を主成分とする低融点合金およびこれに準ずるものでも良い。 The low
放電加工において、被加工物と電極の間で発生する放電によって電極表面の一部が除去され、電極内部より前記ナノカーボン材料の一部が露出し、放電に接する前記ナノカーボン材料および加工液が放電によって分解された炭素を主成分とする保護層を電極表面に形成することが望ましい。 In electric discharge machining, a part of the electrode surface is removed by electric discharge generated between the workpiece and the electrode, a part of the nanocarbon material is exposed from the inside of the electrode, and the nanocarbon material and the machining liquid in contact with the electric discharge It is desirable to form a protective layer mainly composed of carbon decomposed by electric discharge on the electrode surface.
低消耗特性を重視する場合は、高融点金属粒子が、粒径１μｍ程度の微粒粉から比較的粗粒の粒径１０μｍまでの粒子径分布を有することが望ましく、その粒子径分布はモノモーダルな分布でも、バイモーダルな分布でも良い。バイモーダルな分布の場合、粒径が小さい方の分布の平均粒径が２〜４μｍ、大きい方の分布の平均粒径が６〜１０μｍであることが望ましい。
加工速度を重視する場合は、高融点金属粒子が、粒径１μｍ以下の微粒であることが望ましい。When importance is attached to low wear characteristics, it is desirable that the high melting point metal particles have a particle size distribution from a fine powder having a particle size of about 1 μm to a relatively coarse particle size of 10 μm, and the particle size distribution is monomodal. It may be a distribution or a bimodal distribution. In the case of a bimodal distribution, it is desirable that the average particle size of the distribution with the smaller particle size is 2 to 4 μm and the average particle size of the larger distribution is 6 to 10 μm.
When importance is attached to the processing speed, it is desirable that the refractory metal particles are fine particles having a particle size of 1 μm or less.
なお、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。 The scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.
本研究では、高融点金属粒子として、平均粒径約０．６μｍのタングステン、粒径２〜８μｍの粒子径分布を持つタングステン粉末を用いて、体積分率で、タングステン５２ｖｏｌ％の銅タングステン電極を、通電焼結法により、作製し、放電エネルギーの小さい仕上げ加工条件において、タングステンの粒子径が加工速度と電極消耗に及ぼす影響を調べた。さらに、タングステンを減量し、添加物としてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ：昭和電工製ＶＧＣＦ−Ｈ、直径１５０ｎｍ、長さ１〜２０μｍ）を複合した銅タングステン電極を作製し、ＣＮＴが銅タングステンの電極消耗に及ぼす影響を以下に示す。ここで、平均粒径約０．６μｍのタングステンを用いた電極（表１の電極Ｃ）は、請求項１、３、６に係る実施例となる。粒径２〜８μｍの粒子径分布を持つタングステンを用いた電極（表１の電極Ｂ））は、請求項１、３、５に係る実施例となる。カーボンナノチューブを添加した電極（表１の電極Ｄ）は、請求項１、２、３、４、５に係る実施例となる。それぞれ市販電極（表１の電極Ａ）の加工速度と電極消耗と比較した。
（通電焼結法による銅タングステン電極作製）
以下、請求項８に係る放電加工用電極の製造方法の実施例となる。
表１に、市販電極Ａおよび通電焼結法で作製した銅タングステン焼結体電極Ｂ〜Ｄの組成比を示す。電極Ｂ、Ｄには、粒径２〜８μｍのタングステン粉末を用い、電極Ｃには、粒径０．６μｍのタングステン粉末を用いた。すべての電極で、銅は平均約８μｍの樹枝状電解銅粉末を使用した。銅、タングステンに、銀を含む低融点合金（銀７２ｗｔ％、銅２８ｗｔ％、融点約７８０℃）を加え、自転公転ミキサー（倉敷紡績製ＫＫ−２５０Ｓ）で混合した後、黒鉛型に充填した。(Preparation of copper tungsten electrode by current sintering method)
Hereinafter, an example of a method for manufacturing an electrode for electrical discharge machining according to
Table 1 shows the composition ratio of the commercially available electrode A and copper tungsten sintered body electrodes B to D produced by the electric current sintering method. For the electrodes B and D, tungsten powder having a particle size of 2 to 8 μm was used, and for the electrode C, tungsten powder having a particle size of 0.6 μm was used. For all electrodes, dendritic electrolytic copper powder with an average of about 8 μm was used as copper. A low melting point alloy containing silver (silver 72 wt%, copper 28 wt%, melting point about 780 ° C.) was added to copper and tungsten, and the mixture was mixed with a rotating / revolving mixer (KK-250S, Kurashiki Boseki Co., Ltd.).
表２に通電焼結条件を示す。プラズマ複合材料焼結装置（エス・エス・アロイ製ＣＳＰ−Ｖ−６０１２０１）を用い、チャンバー内を真空にした後、パルス通電により、焼結温度７５０℃まで加熱し、加圧力３０ＭＰａにて３０分保持し、直径５０ｍｍの電極材を焼結した。
（放電特性の評価方法）
以下、請求項７に係る放電加工用電極を用いた放電加工方法の実施例である。
焼結した電極材は、表面を研磨し、φ０．８ｍｍのステンレス丸棒に対して、仕上げ条件に近い、表３の放電条件で放電加工を行った。電極送り量を１．５ｍｍとし、電極消耗特性は、被加工物の消耗量に対する電極の消耗量の比率（電極消耗率）で評価した。加工速度は、単位時間あたりの被加工物の体積除去量（ＭＲＲ、ｍｍ３／ｓ）で評価した。
Examples of the electrical discharge machining method using the electrical discharge machining electrode according to claim 7 will be described below.
The surface of the sintered electrode material was polished and subjected to electric discharge machining under the electric discharge conditions shown in Table 3, which are close to the finishing conditions, on a φ0.8 mm stainless steel round bar. The electrode feed amount was 1.5 mm, and the electrode wear characteristics were evaluated by the ratio of the electrode wear amount to the work wear amount (electrode wear rate). The processing speed was evaluated by the volume removal amount (MRR, mm 3 / s) of the workpiece per unit time.
（電極消耗率）
図３に、電極Ａ〜Ｄの電極消耗率を示す。粗粒を含み、比較的ブロードな粒度分布を持つタングステンからなる電極Ｂの電極消耗が最も少なく、市販電極Ａに比べて約４４％であった。微粒タングステンの電極Ｃ、ＣＮＴを含む電極Ｄの電極消耗は約７５％であった。低消耗化の要因は、通電焼結法および低融点合金の添加などによる緻密化によるものである。(Electrode wear rate)
In FIG. 3, the electrode consumption rate of electrode AD is shown. Electrode B made of tungsten containing coarse particles and having a relatively broad particle size distribution had the least electrode consumption, which was about 44% compared to the commercially available electrode A. The electrode consumption of the electrode C of fine tungsten and the electrode D containing CNT was about 75%. The cause of low consumption is due to densification by the electric current sintering method and the addition of a low melting point alloy.
通電焼結法は、微粒粉が使えるという利点があるものの、基本的に固相焼結であるため、液相のプロセスである溶侵法に比べて緻密化が難しいという欠点があった。本実験では、焼結温度付近で液相を生じる低融点合金を添加することで、通電焼結法において緻密化が可能になったものである。
以上より、仕上げ加工条件においては、粗粒タングステンを含む電極Ｂが最も低消耗であること、タングステン８ｖｏｌ％減量し、ＣＮＴを加えた電極Ｄにおいても市販電極Ａに比べて低消耗であることが分かった。Although the electric current sintering method has an advantage that fine particles can be used, since it is basically solid-phase sintering, it has a drawback that it is difficult to densify compared to the infiltration method which is a liquid phase process. In this experiment, the addition of a low melting point alloy that generates a liquid phase near the sintering temperature enables densification in the electric current sintering method.
From the above, under the finish processing conditions, the electrode B containing coarse tungsten has the lowest consumption, and the electrode D to which 8 vol% of tungsten is added and CNT is added is less consumed than the commercially available electrode A. I understood.
（加工速度）
図４に、電極Ａ〜Ｄの単位時間あたりの被加工物の体積除去量を示す。微粒タングステンの電極Ｃが最も加工速度が早く、市販電極Ａに比べて、約４倍の加工速度となった。粗粒タングステンを含む電極Ｂ、ＣＮＴを含む電極Ｄもそれぞれ約２倍の加工速度となった。タングステンの微粒化により、放電が分散し、加工が安定した結果である。(Processing speed)
FIG. 4 shows the volume removal amount of the workpiece per unit time of the electrodes A to D. The fine tungsten electrode C has the fastest processing speed, and the processing speed is about four times that of the commercial electrode A. The electrode B containing coarse tungsten and the electrode D containing CNT also each had a processing speed about twice as high. This is because the discharge is dispersed and the processing is stabilized due to the atomization of tungsten.
１）粒径２〜８μｍのタングステン粉を用いて焼結した銅タングステン電極で、市販品に比べて、電極消耗率約１／２となった。
２）粒径０．６μｍの微細タングステン粉を用いて焼結した銅タングステン電極は、市販品に比べて、低消耗特性を維持し、加工速度約４倍となった。
３）ＣＮＴを複合し、タングステン８ｖｏｌ％を削減したＣＮＴ複合銅タングステン電極において、市販品に比べて低消耗特性と加工速度の改善を実現した。タングステンをＣＮＴに置き換えることでの電極コスト削減が可能であることがわかった。1) A copper tungsten electrode sintered with tungsten powder having a particle size of 2 to 8 μm, and the electrode consumption rate was about ½ compared with a commercially available product.
2) The copper tungsten electrode sintered using fine tungsten powder having a particle size of 0.6 μm maintained low consumption characteristics compared with a commercial product, and the processing speed was about four times as high.
3) In the CNT composite copper-tungsten electrode combined with CNT and reduced by 8 vol% of tungsten, low wear characteristics and improved processing speed were realized compared to the commercial products. It was found that the electrode cost can be reduced by replacing tungsten with CNT.
１ 高融点金属粒子
２ 銅を主成分とする母相
３ カーボン繊維
４ 低融点合金DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High melting
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016257980A JP2018103349A (en) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Low-consumable electrode for electrical discharge machining |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016257980A JP2018103349A (en) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Low-consumable electrode for electrical discharge machining |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018103349A true JP2018103349A (en) | 2018-07-05 |
Family
ID=62786246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016257980A Pending JP2018103349A (en) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Low-consumable electrode for electrical discharge machining |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2018103349A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115976434A (en) * | 2022-12-30 | 2023-04-18 | 湖南金博碳素股份有限公司 | Carbon-tungsten-copper composite material, preparation method and application thereof, and electrode |
| JP7418779B2 (en) | 2018-07-10 | 2024-01-22 | 東邦金属株式会社 | Electrode materials for electrical discharge machining or heat sinks for semiconductors, and methods of manufacturing them |
-
2016
- 2016-12-26 JP JP2016257980A patent/JP2018103349A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7418779B2 (en) | 2018-07-10 | 2024-01-22 | 東邦金属株式会社 | Electrode materials for electrical discharge machining or heat sinks for semiconductors, and methods of manufacturing them |
| CN115976434A (en) * | 2022-12-30 | 2023-04-18 | 湖南金博碳素股份有限公司 | Carbon-tungsten-copper composite material, preparation method and application thereof, and electrode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mai et al. | Advantages of carbon nanotubes in electrical discharge machining | |
| CA2799342C (en) | Spherical powder and its preparation | |
| Long et al. | Enhanced arc erosion resistance of TiB2/Cu composites reinforced with the carbon nanotube network structure | |
| KR102393229B1 (en) | Preparation of Tungsten Monocarbide (WC) Spherical Powder | |
| JP5054854B2 (en) | Electrode for electrical discharge machining | |
| Hyun-Seok et al. | Characteristic evaluation of Al2O3/CNTs hybrid materials for micro-electrical discharge machining | |
| CN105088044B (en) | A kind of preparation method of the mutually superhard level hard metal article of nanometer of soap-free emulsion polymeization | |
| Ngai et al. | Influence of Ti3SiC2 content on erosion behavior of Cu–Ti3SiC2 cathode under vacuum arc | |
| JP2018103349A (en) | Low-consumable electrode for electrical discharge machining | |
| Huang et al. | State of the art and prospects in sliver-and copper-matrix composite electrical contact materials | |
| CN105551860A (en) | Preparation method of nickel-plated graphene/silver-nickel electrical contact material | |
| Shi et al. | The effect of tungsten buffer layer on the stability of diamond with tungsten carbide–cobalt nanocomposite powder during spark plasma sintering | |
| Khanra et al. | Application of new tool material for electrical discharge machining (EDM) | |
| KR101431592B1 (en) | Method of manufacturing metal-carbon composite with excellent mechanical property | |
| Kim et al. | Nanocomposites TiB 2-Cu: consolidation and erosion behavior | |
| JPWO2018003877A1 (en) | Super hard sintered body | |
| CN104493164A (en) | Novel electric contact material and preparation process thereof | |
| JP4369398B2 (en) | Cu-W alloy electrode material for electric discharge machining and method for producing the same | |
| JP2004358623A (en) | Electrode material for electric discharge machining | |
| JP2004042190A (en) | Electrode for electric discharge machining | |
| RU2515409C2 (en) | Electrode material charge for spark alloying of machine parts | |
| JPWO2007129749A1 (en) | Porous copper electrode for electric discharge machining and method for producing porous copper electrode for electric discharge machining | |
| Cho et al. | Comparative Study of the Properties of Cu-Cr-Mo System Electrical Contact Material by Sintering and Infiltration Methods. Metals 2021, 11, 700 | |
| JP4078938B2 (en) | Electrode material for EDM | |
| Yang et al. | Effect of TiB2 on properties and microstructures of CuW electrical contact materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170407 |