JPS6384819A - ワイヤ放電加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、放電現象を利用して被加工物を切断加工す
るワイヤ放電加工装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図は例えば実公昭５８−３７５４４号公報に示され
た従来のワイヤ放電加工装置を示す斜視図であ如１図に
おいて（１）はベッド、（２）はベッド（１）上に載置
されたＸ−Ｙクロステーブル、（３１は被加工物。

（４）は門型コラム、（５）は上部アーム、（６）は下
部アーム、（７）は上部ガイド、Ｃ８）は下部ガイド、
（９）はワイヤｉ［Ｃ２の貯蔵ドラム、α・はブレーキ
ドラムとピンチローラとからなる張力付与装置、Ｃ９は
ワイヤ電極α３を引き出し走行させるキャプスタンとピ
ンチローラを備えた引き出し移走装７．　（１３は門型
コラム（４）のほぼ中央頂部に設けられた電極ヘッド。

Ｃ４はＸ−Ｙクロステーブル（２）に結合して設けられ
た被加工物（３１の支持部である。

次に動作について説明する。門型コラム部（４ａ）は弓
を大きく彎曲させた形状の一体構造物で１両端にベッド
（１）と一体に連結され、かつ土台の基礎に設置される
脚部（４ｂ）を有し、門型コラム部（４ａ）と脚部（４
ｂ）で問屋コラム（４）を形成している。上記コラム部
、即ち門型コラム部（４ａ）のほぼ中央部に電極ヘッド
ａりを固定して設け、上部アーム（５）はこのヘッド０
から、またはコラム部（４ａ）の中央頂部から上下の移
動位置決め設定自在に吊持状に伸艮して設けられる。こ
れに対し、下部アーム（６）は上記コラム部（４）Ｌ）
の門型部の下部両端に差し渡して設けられる。

以上の設定のもとてＸＹクロステーブル（２）上の支持
台α４に載置された被加工物（３）と、引力付与装置α
Ｑにより架張送給されるワイヤ電極αのとの間で加工液
を介して放電除去加工が実施される。

以上の構成によれば、下部アーム（６）および上部アー
ム【５）を保持するコラム部（４ａ）が、ワイヤ電極α
２の加工部軸に対し一軸方向ではあるが、対称であるか
ら少なくとも一方向には熱的平衝が保たれて変形や変位
が少なくなるとされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のワイヤ放電加工装置は以上のように構成されてい
るので、必然的に門型コラム（４）が大聖のものになシ
、一体化構造にする必要から材料入手や機械加工が困難
で製造技術上の隘路となっていた。また作業スペース上
からも門型コラム構造は障害となっている。さらに上述
の従来のワイヤ放電加工装置Ｆｉワイヤ電極ａ３の変位
・移動のみを考慮したものであって、加工精度確保上同
様に重要となる被加工物（３）の熱的変位・移動に対し
て何ら考慮がなされていない。すなわち、被加工物（３
）の支持台Ｕには加工液に対する耐食性が必要なためス
テンレス鋼が用いられるが、ステンレス鋼は耐食性はあ
るものの熱膨張係数が約１７Ｘ１０’、／’ｅと通常の
鋼に比べても大きく、このため支持台Ｉに固定取付され
る仮加工物（３）も熱あるいは温度差による変位を受け
、ワイヤ電極αりとの相対距離が変化中るため、加工精
度の低下を余儀なくされている。

また、被加工物（３）の支持台α４は、被加工物の載置
時の摺動による摩耗、および衝撃による表面損傷が著し
いとｂう問題があった。一般に被加工物（３：は工具鋼
あるいは超硬材料である場合が多く。

これらの高硬度材料では特に摩耗損傷が大きくなる。こ
のため、支持台Ｃ４上の被加工物は水平載置が困難とな
シ加工精度の著しい低下の原因となっていた。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、廉価で、高精度加工ができるワイヤ放電加
工装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るワイヤ放電加工装置は２Ｍ加工物取付定
盤を熱膨張係数が６Ｘ１０’／Ｔ：以下の鋳鉄で構成し
、上記被加工物取付定盤の上記被加工物取付面部には加
工液に対して耐食性を有し。

上記被加工物取付定盤の構成材料よυ高硬度である表面
層を設けたものである。

〔作用〕

この発明におけるワイヤ放電加工装置の被加工物取付定
盤は、＃膨張係数が６　Ｘ　１　Ｇ−’　／’ｃ以下の
低膨張材料で構成されて粘るので熱による変位が抑制さ
れ、かつ鋳物であることから加工工程が大幅に削減され
る。

さらに被加工物取付定盤の被加工物取付面部には加工液
に対して耐食性を有し、被加工物取付定盤の構成材料よ
り高硬度である表面層を設けたので、耐摩耗性が向上す
る。

〔実施例〕

以下この発明の実施例を図について説明する。

（ｌっは被加工物（３１を載置する被加工物取付定盤、
顧は加工槽、ａＤは被加工物取付定盤＜１５表面に設け
られた表面層で、加工液に耐食性を有し、かつ被加工物
取付定盤ａＳよりも高硬度である。αｇはＸ−Ｙテーブ
ル（２１を駆動中るためのモータ、ａｌはＸ−Ｙテーブ
ル（２）にモータ鱈の動力を伝達するためのボールネジ
、勾はモータ０を保持しＸ−Ｙテーブル（２）を載ｉ−
するベッド、（１０）１は加工液タンク、＠は加工液タ
ンク（１０））に取付けられ加工液＠を加工槽αｅに送
り山中供給ポンプ、（２）はワイヤ電極α４と被加工物
取付定盤αりを介して被加工物（３）に加工エネルギを
供給する加工電源、２！９は被加工物（３）を被加工物
取付定盤０に固定するための押え金具である。翰は被加
工物（３：の厚みに押え金具（ハ）と表面層間距離を合
わせる長さ調整用ボルトである。

ここで、被加工物（３）の載置される被加工物取付定盤
ａ！９は１例えばＮ１：　３ｏ　〜４０　％　（％ｕｔ
Ｌ＊％を示す。）、Ｏ：１〜３９６，５ｉＨ１〜４％、
　　ｃ。

＝１０チ以下、ＣｒＨ５％以下、Ｃｕ：Ｑ、５％以下。

Ｍｎ　：　１．５　％以下、及びＭｇ、’　Ｐ、　　Ｓ
　　がそれぞれ１チ以下の組成の鋳鉄で、熱膨張係数は
３〜６×１０’／”Ｃ，硬度はＨｖ１３０前後の特性を
有するものであり、以下、低熱膨張鋳鉄という。なおＨ
ｌ：　３６４前後で熱膨張係数が最も低くなる。

なお、被加工物（３）より、　＊加工物取付定盤α９の
方が熱膨張係数が低いことが加工精度上型まれる。

ここで代表的な被加工物の材料としては、超硬金（熱膨
張係数ニアＸ１（ｒ’／’Ｃ）、　　工具鋼（熱膨張係
数１）ＸＩＯ’／’Ｃ）などが挙げられる。

次に動作について説明する。

加工ＩＩ（Ｉｌｌ中に設置された仮加工物取付定盤１９
上に被加工物（３）をＲｔ置し、押え金具（ハ）にて固
定した後、上部ワイヤガイド（７１と下部ワイヤガイド
（８）間゛にワイヤ電極αりを架張供給し、しかる後に
加工槽ａｅ中に加工液（ハ）を供給ボンプロを介して加
工液タンクｃａｎより供給する。次に加工ｔｔ源（２）
から通電される電気エネルギによりワイヤ電極αりと仮
加工物（３）との間に放電を生じさせ、ワイヤ電極αの
に対向する被加工物（３１表面を溶解させる。形状切断
は。

Ｎｏ装釘でモータ錦の回転角制御によりボールネジａ鴎
を介してペッド■上のＸ−Ｙテーブル（２）を平面移動
させることにより達成される。この時、被加工物取付定
Ｗ（ＵＳは、上述したように低熱膨張鋳鉄であるため、
気温、室温の変化を含めた熱的変化によっても、被加工
物（３）を支持する仮加工物取付定盤ａ９の変位は゛極
めて少なくなシ高精度の加工が保証される。また、仮加
工物取付定盤ａＳの表面部に設けられる表面層αηは、
少なくとも被加工物取付定盤αりより高硬度であるので
、被加工物取付定盤αりの耐摩耗性、耐衝撃性は向上す
る。

なお、ここで被加工物取付定盤を構成する低膨張鋳鉄の
組成と物性の例を表１に示す。

次に被加工物取付定盤の被加工物取付面部に形成される
表面層の種類について説明する。

被加工物取付定盤の構成材料よプ高硬度である表面層と
して挙げられるものとして。

（→　Ｎｉ、　Ｏｒ、　Ｃｏのいずれか単体、あるいは
いずれかを主体とする合金よルなるめっき層ψ）　白銑
化組織よりなる表面層 （Ｃ）被加工物取付定盤表面部の窒化、ボロン化による
表面部改質 に）炭化物系、窒化物系、酸化物系、硼化物系セラミッ
クのコーティング層 などがある。

まず（→に挙げためつき層の場合についてめっきの種類
とそれぞれその硬度を表２に示す。

表２＝めっきの種類と硬度 表２から明らかなように９表２に挙げためつき層は表面
層として充分な硬度を有している。

次にＣｂ）Ｋ挙げた白銑化組織について説明する。

第２図、第４図はそれぞれｃｏ２レーザ照射により低膨
張鋳鉄表面を溶融・急冷凝固させた表面組織。

即ち白銑化組織を写真で示す図で、第２図は００２レー
ザ出力Ｉ　ＫＷ、走査速度１５ｍ／ｍｉｎのとき。

第４図はｃｏ２レーザ出力１ＫＷ、走査速度１．０ｍ／
ｍｉｎのときである。

両■において、それぞれ■−■線、ｌｌ−１線上に現わ
れた菱形形状のドツトは硬度測定時のポイントで、町帥
はそれぞれ写真を継いだ継ぎ線。

槌はレーザ溶融化部である。第３因、第５図はそれぞれ
第２因、第４図に対応した表面組織の距離と硬度の関係
を示す特性図、第３図はｃｏ２レーザ出力１　ｘｗ、走
査速度Ｑ、５ｍ／ｍｉｎ、走査幅２．２Ｕのとき、Ｃ０
２レーザ出力Ｉ　ＫＷ、走査速度１ｍ／ｍｉｎ　、走査
幅２．２ｎのときである。第２図〜第５図で明ちかなよ
うに、非白銑化部が黒鉛が分散して晶出する形態をとる
のに対し、白銑化組織は黒鉛（炭素）と鉄が化合物とな
シ高い硬度を示すため耐摩耗性及び耐衝撃性は充分確保
される。また白銑化組織の厚さは高々１ｎ程度であるの
で、熱変形には影響を及ぼさない。なお、被加工物取付
定盤ａＳは、加工液中に浸漬されるため耐食性が問題と
なるが、有機塗料膜、金属膜、セラミック膜等の防錆膜
により保護すれば長期信頼性は保証される。

続いて（Ｃ）に挙げた被加工物取付定盤表面部の窒化、
ボロン化による表面部改質により形成される表面層につ
いて述べる。表面部の窒化により表面層を形成する場合
、処Ｊｆｆｉ温度約５００℃で窒化鉄（Ｆｅ２Ｎ、　　
ｌＰｅ５Ｎ、　　Ｐｅ４Ｎ１を３０〜２０９μｍの厚さ
に形成する。表面部のボロン化により表面層を形成する
場合、処理温度約８００℃で硼化鉄（ＦｅＢ。

Ｆｅ２Ｂ）を１０〜５０μｍ厚さに形成する。以上の窒
化鉄、硼化鉄共に被加工物取付定盤の表面層としての硬
度は充分である。これらの場合も有機塗料、金属、セラ
ミック等の防錆膜により被加工物取付定盤を保護する必
要がある。

さらに、（ｄ）に挙げた表面コーティングにより表面層
を形成する場合について述べると、被加工物取付定盤に
、炭化物系（Ｔｉｅなど）、窒化物系（８）３Ｎ４　ｆ
ｘど）、酸化物系（Ａｔ２０３など）、硼化物系（ｃｒ
Ｂ２など）セラミックを物理的蒸着。

化学的蒸着、溶射などの方法により厚さ５μｍ以上にコ
ーティングして表面層を形成する。この場合も表面層と
しての硬度は充分で、防錆処理も必要ない。

以下、具体的な実施例を説明する。

実施例１ 被加工物（３１の載置される被加工物取付定盤（Ｉｓは
。

Ｎｉ　：　３５％、Ｏ：　ｚ４％、＋３１：１５％、Ｍ
ｎ：１．０　％、　　Ｏｕ　：　０．５　％、　　Ｏｒ
　：　０．１　％含有ス；ｂ低１ｐ。

膨張鋳鉄で構成され、その熱膨張係数は４０Ｘ１０’／
’Ｃ，硬度はＨＶ１３Ｇの特性を有している。

この被加工物取付定盤αりの表面層ａηとして厚さ５０
μｍ０ＮｉＰめっき層がコーティングされてｂる。Ｎ１
Ｆめっき層収ηは、この実施例において。

５０μｍ　の厚さであるため、熱変形には影響を及ぼさ
ず、また自己遷元性の無電解浴で処理されるため、各部
の膜厚はほぼ均一な値を示す。ＮｉＰめっき膜は耐食性
をもち、Ｐ含有率が８−の場合それ自体でＨｖ５００程
度の硬さを示すため、耐摩耗性耐衝撃性は充分保持する
が、不足の場合には熱処理を施すとその性能はさらに向
上する。例えば４００℃で１＃間処理することにより結
晶構造がＮｉ　３Ｆとなり硬度はＨｖ９００以上に向上
する。

以上のような被加工物取付定盤ａＳとその表面層αηを
備えたワイヤ放電加工装置においては、被加工物取付定
盤（Ｉｓの熱による変位が抑制され、さらに表面層ａη
により耐摩耗性が向上する。

なお上記実施例では無電解Ｎ１めつきを施した例を示し
たが、　Ｎｉの他Ｏｒ、　ＯＯのいずれかあるいはいず
れかを主成分とする合金であってもよく。

また単体あるいは合金マトリックス中に直径１０μｍ以
下の硬質微粒子あるいは自己潤滑性の微粒子が混在量る
。いわゆる分散めっきであっても同様の効果を奏する。

まためっき層の厚さは２０μｍ〜１００μｍが適当であ
る。２０μｍ以下の場合は表面層としての機能を果さず
、１００μｍ以上の場合は内部応力によυ剥離し易くな
るので不適轟である。

実施例２ 実施例１と同様の被加工物取付定盤αりの被加工物取付
面にｃｏ２レーザを、出力ＩＫＷ、走査速度９、５　ｍ
／ｍｉｎで走査して、被加工物取付面を溶融・急冷凝固
して白銑化した。（第２図、第３図参照）なお白銑化し
た表面層の厚さは１闘であった。

次に被加工物取付定盤を有機塗料の防錆膜によ）コーテ
ィングした〇 この実施例においても同様の効果が得られた。

実施例３ 実施例１と同様の被加工物取付定盤■の被加工物取付面
にａｏ２レーザを、出力Ｉ　ＫＷ、　走査速度１、Ｑｍ
／ｍｉｎで走査して、被加工物取付面を溶融・急冷凝固
して白銑化した。（第４図、第５図参照）白銑化した表
面層は厚さ１ｍであった。次に被加工物取付定盤α９を
防錆膜としてセラミック膜でコーティングした。

この実施例においても同様の効果が得ちれた。

実施例４ 被加工物取付定盤ａＳは、　　Ｎｉ　：　３Ｂ、１％、
　Ｃ：２．０７％、　Ｓｉ　：　１４６％、Ｏｒ：ｏ、
（１０）％、Ｃｕ：０．（Ｎ（Ｊ。

Ｍｎ　；　０．（１０）％、Ｍｇ　：　０．０６％、Ｐ
：　Ｑ、（１０）％、８：０．（１０）％の組成の低熱
膨張鋳鉄で構成した。この熱膨張係数は４６Ｘ１０’／
’Ｃ，硬度ＦｉＨｖｌ　ｓｓであった。この被加工物取
付定盤α９の表面部を約５００℃で窒化して厚さ１００
μｍの窒化鉄層（Ｆｅ２Ｎ）を形成した。乙の窒化鉄層
に有機塗料をコーティングして防錆処理を施した。

この実施例においても、同様の効果が得られた。

実施例５ 被加工物取付定盤ａＳＯ組成は実施例４と同じで。

その上に酸化物系セラミックであるＡ４２０３を化学的
蒸着法により５μｍ厚さコーティングした。

この実施例においても同様の効果を奏する。

なお、上記実施例１〜５において表面層Ｑηは硬度の点
からは被加工物取付定盤αりの被加工物取付面部だけに
設けられていれば良いが、耐食性の点からは被加工物取
付定盤ａ９全面にあるのが望ましい。このことから１例
えば窒化、ボロン化による表面改質及び表面組織の白銑
化により表面層を形成する場合、これらは耐食性は有し
ていないので。

特に被加工物取付定盤ａ９の被加工物取付面部のみで、
他の部分は防錆膜のみであっても構わない。

°　なお、被加工物取付定盤αＳの組成としては、上記
のものに限定されるものではなく、熱膨張係数が６Ｘ１
Ｇ’／’Ｃ以下の鋳鉄ならば、同様の効果が得られる。

また、表面層も上記実施例に限定されるものではなく、
加工液に対する耐食性を有し、被加工物取付定盤の構成
材料より高硬度であれば、同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、この発明によれば被加工物取付定
盤を膨張係数が６ＸＨＩ／’Ｃ以下の鋳鉄で構成し、上
記被加工物取付定盤の上記被加工物取付面部には加工液
に対して耐食性を有し、上記被加工物取付定盤の構成材
料より高硬度である表面層を設けたので、被加工物の切
断寸法精度が高く、安価なワイヤ放電加工装置を提供す
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例のワイヤ放電加工装置を
示す断面構成図、第２図、第４図はこの発明のそれぞれ
他の実施例に係シ、白銑化した被加工物取付定盤表面の
金属組織を写真で示す図。 第３図、第５図はそれぞれ第２図、第４図に対応した距
離と硬度の関係を示す特性図である。第６図は従来のワ
イヤ放電加工装置を示す斜視図である。 （３１・・・被加工物、αａ・・・ワイヤ電極、ａ！１
９・・・被加工物取付定盤、αη・・・表面層、ｃ１３
・・・加工液。 なお図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加工物取付定盤に載置した被加工物と、間隙に
   加工液を介在させて対向するワイヤ電極との間で発生す
   る放電現象を利用して、上記被加工物を所望の形状に切
   断加工するものにおいて、上記被加工物取付定盤は熱膨
   張係数が６×１０＾−＾６／℃以下の鋳鉄で構成され、
   上記被加工物取付定盤の被加工物取付面部には加工液に
   対して耐食性を有し、上記被加工物取付定盤の構成材料
   より高硬度である表面層を設けたことを特徴とするワイ
   ヤ放電加工装置。
2. （２）被加工物取付定盤は、Ｎｉ：３０〜４０％、Ｃ：
   １〜３％、Ｓｉ：１〜４％、Ｃｏ：１０％以下、Ｃｒ：
   ５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、
   及びＭｇ、Ｐ、Ｓがそれぞれ１％以下の組成の鋳鉄より
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のワイ
   ヤ放電加工装置。
3. （３）表面層は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏのいずれか単体、あ
   るいはいずれかを主体とする合金よりなるめっき層であ
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載のワイヤ放電
   加工装置。
4. （４）めっき層中に直径１０μｍ以下の硬質微粒子また
   は固体潤滑剤の微粒子が分散される特許請求の範囲第３
   項記載のワイヤ放電加工装置。
5. （５）めっき層の厚さが２０〜１００μｍである特許請
   求の範囲第３項または第４項記載のワイヤ放電加工装置
   。
6. （６）表面層は、白銑化組織を有する特許請求の範囲第
   １項または第２項記載のワイヤ放電加工装置。
7. （７）被加工物取付定盤は、防錆層で被覆された特許請
   求の範囲第６項記載のワイヤ放電加工装置。
8. （８）表面層は、被加工物取付定盤表面の窒化またはボ
   ロン化による硬化層を有する特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載のワイヤ放電加工装置。
9. （９）被加工物取付定盤は、防錆層で被覆された特許請
   求の範囲第８項記載のワイヤ放電加工装置。
10. （１０）表面層は、炭化物系、窒化物系、酸化物系及び
    硼化物系セラミックのいずれかによるコーテイング層で
    ある特許請求の範囲第１項または第２項記載のワイヤ放
    電加工装置。