JP5318401B2 - Free-cutting copper-tungsten alloy - Google Patents

Description

本発明は、放電加工用電極材料である銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）系合金に関する。  The present invention relates to a copper (Cu) -tungsten (W) alloy that is an electrode material for electric discharge machining.

放電加工用電極材料としては、Ｃｕ−Ｗ合金、またはそのＣｕ−Ｗ合金電極の放電特性（放電加工速度、電極消耗量など）の改善のため、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属またはそれらの酸化物などの化合物を約５質量％以下添加した合金が多く用いられている。ここでＣｕは、電極に所望の電気伝導率を付与するために添加されているが、軟質なため、電極の切削加工時にバリ、カエリ、ムシレが発生しやすく、特に微細精密放電加工用電極のように高形状精度を必要とする電極を作製する場合に問題となっていた。しかし、この問題に対する電極材料側からの改善策は、未だなされていない。  As an electrode material for electric discharge machining, in order to improve the discharge characteristics (discharge machining speed, electrode consumption, etc.) of the Cu-W alloy or the Cu-W alloy electrode, alkali metal, alkaline earth metal, rare earth metal, or those Alloys to which a compound of about 5% by mass or less is added are often used. Here, Cu is added to give a desired electrical conductivity to the electrode, but since it is soft, burrs, burrs, and burrs are likely to occur during the cutting of the electrode. Thus, there has been a problem in producing an electrode that requires high shape accuracy. However, no improvement measures from the electrode material side for this problem have been made yet.

本発明は、Ｃｕ−Ｗ系合金からなる放電加工用電極材料の被削性を向上させ、特に微細精密放電加工用電極のように高形状精度を必要とする電極に適した、快削性Ｃｕ−Ｗ系合金を提供しようとするものである。  The present invention improves the machinability of an electrode material for electric discharge machining made of a Cu-W alloy, and is particularly suitable for an electrode that requires high shape accuracy, such as an electrode for fine precision electric discharge machining. -To provide a W-based alloy.

５〜５０質量％のＣｕ、５質量％以下のアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属またはそれらの酸化物などの化合物、残部がＷおよび不可避不純物よりなるＣｕ−Ｗ系合金に、ビスマス（Ｂｉ）またはその酸化物を０．０１〜５．０質量％添加することにより、怏削性の合金とする。Ｂｉの酸化物以外の化合物は室温大気中不安定で添加物として適さず（水との反応、潮解性等）、またＢｉの金属間化合物は電極の電気伝導率を下げ放電特性に影響するため適さない。なおＢｉの酸化物は、高温水素雰囲気中でたやすく還元されＢｉに変わる事から、焼結雰囲気に水素を使用することにより、Ｂｉの酸化物は結果としてＢｉと全く同じ効果が得られる。また放電特性を向上させるために、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属またはそれらの酸化物などの化合物が添加されたＣｕ−Ｗ合金であっても、Ｂｉまたはその酸化物添加による快削性の向上効果は全く変わらない。  5-50 mass% Cu, 5 mass% or less of alkali metal, alkaline earth metal, rare earth metal or their oxides, etc., Cu—W alloy comprising the balance of W and inevitable impurities is added to bismuth (Bi ) Or its oxide is added in an amount of 0.01 to 5.0% by mass to obtain a machinable alloy. Compounds other than Bi oxides are unstable in the atmosphere at room temperature and are not suitable as additives (reaction with water, deliquescence, etc.), and Bi intermetallic compounds lower the electrical conductivity of the electrode and affect the discharge characteristics. Not suitable. Since Bi oxide is easily reduced and converted to Bi in a high-temperature hydrogen atmosphere, the use of hydrogen in the sintering atmosphere results in the same effect as Bi oxide. Moreover, even if it is a Cu-W alloy to which compounds such as alkali metals, alkaline earth metals, rare earth metals or oxides thereof are added in order to improve discharge characteristics, free machinability due to the addition of Bi or oxides thereof. The improvement effect is not changed at all.

ここで、Ｂｉまたはその酸化物の添加量を０．０１〜５．０質量％としたのは、０．０１質量％以下では快削性が改善されず、５．０質量％以上では合金強度が低下し実用的でなくなるからである。Ｂｉは、常温においてＣｕに固溶せずＣｕ粒界に析出し、Ｃｕの展延性を低下させるため、切削時の切り屑が細かく分断され、被削性が向上するのである。  Here, the addition amount of Bi or its oxide is set to 0.01 to 5.0 mass% because the free-cutting property is not improved at 0.01 mass% or less, and the alloy strength at 5.0 mass% or more. This is because it is not practical. Bi does not dissolve in Cu at room temperature, but precipitates at the Cu grain boundaries and lowers the spreadability of Cu. Therefore, chips at the time of cutting are finely divided and machinability is improved.

本発明合金は、被削性に優れるため、特に微細放電加工用電極に用いる場合、切削加工時にバリ、カエリ、ムシレが発生しにくく、高形状精度の電極が得やすくなり、放電加工用電極としてきわめて有用である。  Since the alloy of the present invention is excellent in machinability, particularly when used for an electrode for fine electrical discharge machining, it is difficult to generate burrs, burrs, and mussels during cutting, and it is easy to obtain an electrode with high shape accuracy. Very useful.

発明を実施するための最良の形態・実施例BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、本発明の好適な実施例を説明する。以下の実施例は粉末冶金法により合金を製造する場合のものであるが、本発明には溶浸法も適用可能である。  Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. The following examples are for the case of producing an alloy by powder metallurgy, but the infiltration method can also be applied to the present invention.

原料Ｗ粉末としては、平均粒径０．５〜５μｍのものが適しているが、ここでは平均粒径約２μｍのＷ粉末を用いた。このＷ粉末と−３２５ｍｅｓｈのＣｕ粉末、およびボールミルにて予備粉砕したＢｉ粉末とをボールミルにて４８時間乾式混合した。得られた混合粉末をプレス成形し圧粉体を得た。この圧粉体を水素気流中１３００℃にて３０分焼結し、表１に示す組成の切削試験用試料を作製した。ここでＢｉの酸化物粉末による添加は結果として焼結中還元され表１の合金組成になることを付記する。  As the raw material W powder, one having an average particle size of 0.5 to 5 μm is suitable, but here, W powder having an average particle size of about 2 μm was used. This W powder, -325 mesh Cu powder, and Bi powder pre-ground in a ball mill were dry mixed in a ball mill for 48 hours. The obtained mixed powder was press-molded to obtain a green compact. This green compact was sintered in a hydrogen stream at 1300 ° C. for 30 minutes to prepare a cutting test sample having the composition shown in Table 1. Here, it should be noted that the addition of Bi by oxide powder results in reduction during sintering and the alloy composition shown in Table 1.

試料形状は、φ３０ｍｍ×１００ｍｍの円柱状とし、これら試料を切削速度１００ｍ／ｍｉｎ、切り込み量０．５ｍｍ、送り０．１５ｍｍ／ｒｅｖの条件で乾式旋削加工した（工具材料：Ｋ１０超硬合金）。快削性の判断基準としては、被加工物のバリ、カエリ、ムシレ等の発生しにくさが考えられるが、切削加工時のバリ、カエリ、ムシレの発生と切り屑の形態には相関関係がある。すなわち、切り屑がより細かく分断されるほど、被加工物のバリ、カエリ、ムシレは減少し、快削性は良好と言える。表２に上記加工条件にて切削加工した時の、各試料の切り屑の形態を示す。  The sample shape was a cylindrical shape of φ30 mm × 100 mm, and these samples were dry-turned under the conditions of a cutting speed of 100 m / min, a cutting depth of 0.5 mm, and a feed of 0.15 mm / rev (tool material: K10 cemented carbide). The criteria for determining free-cutting properties include the difficulty of generating burrs, burrs, burrs, etc. in the workpiece, but there is a correlation between the occurrence of burrs, burrs, burrs and the shape of chips during cutting. is there. That is, as the chips are more finely divided, the burrs, burrs, and mussels of the workpiece decrease, and it can be said that the free cutting property is good. Table 2 shows the shape of the chips of each sample when cutting is performed under the above processing conditions.

表２によると、快削効果は０．０１質量％のＢｉまたはその酸化物添加で現われ、それらの添加量が増えるにつれて大きくなる。しかし、Ｂｉまたはその酸化物の添加量の増加とともに合金強度は低下するため、実際の使用にあたっては、強度と快削性を考慮しつつ最適な添加量を選定することになる。また、表１に付記したように５．０質量％までのＢｉまたはその酸化物添加によっては、合金の電気伝導率などの放電加工特性はほとんど低下せず、同一Ｃｕ量でＢｉまたはその酸化物添加の有無による放電加工速度、電極消耗量の相違はほとんど認められなかった。  According to Table 2, the free-cutting effect appears with the addition of 0.01% by mass of Bi or its oxide, and increases as the amount of addition increases. However, since the alloy strength decreases with an increase in the amount of Bi or its oxide added, the optimum addition amount is selected in consideration of strength and free-cutting properties in actual use. Further, as noted in Table 1, by adding Bi or its oxide up to 5.0 mass%, the electrical discharge machining characteristics such as the electrical conductivity of the alloy are hardly deteriorated, and Bi or its oxide with the same amount of Cu. There was almost no difference between the electric discharge machining speed and the electrode consumption due to the presence or absence of addition.

Claims (2)

質量％でＢｉ：３．１〜５．０％、Ｃｕ：１４〜５０％、かつＣｕの量をＲとしＢｉの量をＳ（それぞれ質量％）とすると０．８×Ｒ＋２．５×Ｓ＞２３．５であり、残部がＷおよび不可避不純物からなる、被切削性の優れた銅−タングステン合金。 Bi: 3.1 to 5.0% in mass%, Cu: 14 to 50%, and when the amount of Cu is R and the amount of Bi is S (each mass%), 0.8 × R + 2.5 × S> A copper-tungsten alloy excellent in machinability , the balance being 23.5, the balance being W and inevitable impurities. 質量％でＢｉ：１．０〜５．０％、Ｃｕ：１４〜５０％、ＢａＷＯ_４またはＹ：０．１〜１．０％、かつＣｕの量をＲとしＢｉの量をＳ（それぞれ質量％）とすると０．８×Ｒ＋２．５×Ｓ＞２３．５であり、残部がＷおよび不可避不純物からなる、被切削性の優れた銅−タングステン合金。 Bi: 1.0 to 5.0% by mass, Cu: 14 to 50%, BaWO ₄ or Y: 0.1 to 1.0%, and the amount of Cu is R and the amount of Bi is S (each mass %), A copper-tungsten alloy having excellent machinability, wherein 0.8 × R + 2.5 × S> 23.5, and the balance is W and inevitable impurities.