JP4325844B2 - ワイヤ放電加工用電極線 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤ放電加工の工具電極として用いる電極線であって、特に精密機器を構成する部品（以下、被加工品という）の微小・高精度加工に適した電極線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤ放電加工は、細いワイヤを電極線として、加工液（純度の高い水）を放電部位に供給し、電極線と被加工物（金型やダイス等）に電圧をかけ、電極線に張力をかけた状態で連続走行させながら、被加工物と電極線間で加工液中においてパルス状の放電を繰り返し発生させ、この放電エネルギにより被加工物を加工するものである。上記放電は、溶融・爆発・飛散・冷却・スラッジ除去の工程で構成されており、電極線と被加工物が連続して接近することにより上記の放電加工が繰り返し実行され、被加工物を所定の形状に加工するものである。
【０００３】
近年、精密機器はコンパクト化の傾向にあり、被加工品の寸法・形状の更なる微小化・精密化の必要性が高まっている。これに伴って、放電加工精度（表面粗度及び寸法精度）をより一層向上することが要求されている。
【０００４】
寸法・形状が微小な被加工品を加工するには、電極線の線径をできるだけ小さくする必要がある。また、放電加工精度には、放電加工時の爆発によって発生する振動が大きく影響するから、電極線には高い張力をかける必要がある。よって、加工精度の高い微小な被加工物を放電加工する場合、より細くて高い引張強さを有する電極線が要求される。
【０００５】
従来、微細・精密加工用の電極線として、タングステンやモリブデン等の重金属線が一般に用いられている。これら重金属線は、加工時に付加される張力に耐え得る引張強さを有している。しかし、材料自体が高価で、しかも伸線加工が困難で細小化の加工コストがかかり、また放電加工性能が黄銅線に比較すると劣るという問題があった。
【０００６】
そこで、重金属線に代わる電極線として、芯材を鋼線としたものが各種提案されている（特開２０００−１０７９４３号公報、特開２０００−１９８０２７号公報等）。鋼線は、伸線加工硬化によって引張強さを上げることができる。
【０００７】
上記特開２０００−１０７９４３号公報記載の発明は、線径φ０．０３〜０．１ｍｍの高炭素のピアノ線の表面に順次被覆する銅の厚みの上限と亜鉛の厚みの範囲を特定することにより、重金属線に代えて使用可能な高い引張強さを有し、かつ加工速度等の放電加工性能において同等以上の性能を有する廉価な電極線を提供しようとしたものである。そして、この公報の段落［００１６］には、引張強さについて、「外径がφ０．０５ｍｍの電極線・・・引張強さは２１７０Ｎ／ｍｍ²であった。」と記載されている。
【０００８】
また、特開２０００−１９８０２７号公報記載の発明は、線径０．０３〜０．３ｍｍで、抗張力が１５０〜２５０ｋｇｆ／ｍｍ²である鋼線に、真鍮の被膜を形成した電極線を前提技術として、真鍮の全体に占める割合及び銅組成を特定し、かつ鋼線の炭素成分を特定することにより、加工速度（電導性）及び引張強度を優れたものにし、芯線の強度が高く外側の真鍮の厚みが厚い電極線を提供しようとしたものである。そして、この公報の段落［００１２］には、「電極線の伸線加工による抗張力は、・・・４００〜５００ｋｇｆ／ｍｍ²が上限であり、」と記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載されたような、芯材が鋼線で、線径が小さく高い引張強さを有する電極線を用いて放電加工を行うと、電極線の振動数が大きくなったり、時に断線することがあった。電極線の振動数増大や断線は、被加工品の寸法精度及び切断面の表面粗度に悪影響を及ぼす。
【００１０】
そこで、本発明者は、放電加工時の振動数増大原因および断線原因について鋭意研究を行った結果、放電加工時に付与される張力を考慮して、引張強さの領域を最適な範囲に調整すると、振動数を小さく抑制することができ、かつ靭性の低下に起因する断線を解消することを知見して、本発明を完成するに至った。
【００１１】
よって、本発明は、放電加工安定性の阻害要因である、放電加工時の振動数の増加を抑制し、かつ断線を解消し、放電加工性能を向上した電極線を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のワイヤ放電加工用ワイヤは、線径が０．０２〜０．２０ｍｍである硬鋼線またはピアノ線を芯材とし、表面に真鍮メッキ層を備え、引張強さＴｓが次式を満足することを特徴とする。
［数１］
（−２５００ｄ＋２５００）ＭＰａ≦Ｔｓ≦（−２５００ｄ＋４５００）ＭＰａ
Ｔｓ：引張強さ（ＭＰａ） ｄ ：電極線径（ｍｍ）
【００１３】
本発明の電極線は、芯材が硬鋼線またはピアノ線で、かつ上記の如く引張強さを特定することで、放電加工安定性の阻害要因である、放電加工時の振動数の増大および断線を解消し、放電加工性能を向上することができる。
【００１４】
ところで、上記構成において、鋼線の線径を０．０２〜０．２０ｍｍとしたのは、０．０２ｍｍ未満だと、引張強さが不足し、被加工品の寸法精度および切断面の表面粗度の向上が得られないからで、０．２０ｍｍを越えると、線径が太すぎて寸法・形状が微小な場合の精密加工部品を高精度に加工できなくなるからである。より放電加工性能を向上させるためには、鋼線の線径は、０．０２〜０．１０がより好ましい範囲である。
【００１５】
また、引張強さＴｓを、（−２５００ｄ＋２５００）〜（−２５００ｄ＋４５００）ＭＰａとしたのは、（−２５００ｄ＋２５００）ＭＰａ未満では、引張強さが不足し、被加工品の寸法精度および切断面の表面粗度の向上が得られないからで、（−２５００ｄ＋４５００）ＭＰａを越えると、引張強さが高くなりすぎ、靭性が低下して放電加工時の断線を誘発するとともに、振動数が増加して被加工物の表面粗度及び加工精度が低下するからである。
【００１６】
本発明の電極線に使用する鋼線としては、ＪＩＳ規格でいう硬鋼線やピアノ線等がある。また、その炭素含有量としては、電極線の引張強さを考慮すると、０．５重量％以上は必要であるが、伸線加工性から１．２％までが望ましい。
【００１７】
上記電極線の表面には、真鍮メッキ層を備える。真鍮メッキは銅を含有するから電極線の電気伝導性を向上させる。また、真鍮メッキは伸線加工性を向上させるから、伸線加工速度を大幅に上げることができ、加工コストが低減できる。真鍮メッキの厚みは、放電加工性を考慮すると厚いほどよいが、引張り強さや伸線加工性を考慮すると３〜１５μｍの範囲が好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、本発明の電極線１は、炭素含有量０．７９〜０．８６重量％の硬鋼線材あるいは０．８０〜０．８５重量％のピアノ線材を芯材２とし、芯材２の表面に真鍮メッキ層３を備えてなる。そして、この電極線１の線径は、０．０２〜０．２０ｍｍで、引張強さＴｓは、（−２５００ｄ＋２５００）〜（−２５００ｄ＋４５００）ＭＰａである。
【００１９】
そして、本発明の電極線は、一般的な線径５．５ｍｍの原線をパテンチング、伸線加工を繰り返して所望の線径に仕上げ、この線材に、銅メッキに続いて亜鉛メッキを施した後、熱拡散処理にて真鍮メッキとして得ることができる。
上記製造工程におけるパテンチング、伸線加工で、０．１〜１．０ｍｍ程度の線径に仕上げて、この線材に上記と同様に真鍮メッキを施した後、伸線加工して所望の線径に仕上げようにしてもよい。真鍮メッキは伸線加工性を向上させるから高速伸線加工を可能にする。真鍮メッキを施すときの線径は、最終線径と引張強さから決定される。
【００２０】
最終線径は０．０２〜０．２０ｍｍで各種加工物や加工形状に応じて決定される。また、引張強さは、原線のＣ量や最終パテンチング処理を施すときの線径や温度、あるいは最終伸線工程での減面率等で調整することができる。
【００２１】
【実施例】
線径５．５ｍｍの炭素含有量０．８２重量％のピアノ線材をパテンチング、伸線加工を繰り返して、線径０．１〜１．０ｍｍの中間線材を製造し、この中間線材に銅・亜鉛メッキを施した後、熱拡散して真鍮メッキとし、これを再度伸線加工して各種線径を有する電極線材を得た。そして、これら電極線を用いて、超硬に貫通孔を加工して、その寸法精度及び表面粗度を比較した。上記銅メッキ、亜鉛メッキは電気メッキで、上記仕上がった電極線の真鍮メッキ層の厚みは、８．５μｍとした。その結果を図２のグラフに示す。
【００２２】
図中の▲は被加工物である超硬の寸法精度および表面粗度が従来程度あるいはそれ以下のもの、■は放電加工時に断線が発生したもので、○は全ての点で問題がなかったものである。
図２に示すグラフから、引張強さが（−２５００ｄ＋２５００）〜（−２５００ｄ＋４５００）ＭＰａの範囲であれば、断線が発生せず、被加工物の寸法精度並びに表面粗度が向上することがわかる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の電極線は、高い導電性および放電安定性を有することは勿論のこと、引張強さが高いから、放電加工装置で高い張力を付与することができ、特に精密機器を構成する部品の微小・高精度加工を可能にする。また、放電加工時の断線を解消し、しかも電極線の振動をより小さく抑えることができるから、部品の寸法精度、および切断面の表面粗度を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電極線の実施例を示す断面図である。
【図２】各種線径における引張強度とその評価を表すグラフである。
【符号の説明】
１ 電極線
２ 芯材
３ 真鍮メッキ層

Claims (1)

1. 線径が０．０２〜０．２０ｍｍである硬鋼線またはピアノ線を芯材として、表面に電気メッキによる真鍮メッキ層を備え、引張強さＴｓが次式を満足することを特徴とするワイヤ放電加工用電極線。
   ［数１］
   （−２５００ｄ＋２５００）ＭＰａ≦Ｔｓ≦（−２５００ｄ＋４５００）ＭＰａ
   Ｔｓ：引張強さ（ＭＰａ） ｄ ：電極線径（ｍｍ）

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