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技術 ワイヤ放電加工用電極線

出願人 金井宏彰
発明者 山内俊之
出願日 2006年9月6日 (13年2ヶ月経過) 出願番号 2006-241326
公開日 2008年3月21日 (11年7ヶ月経過) 公開番号 2008-062325
状態 拒絶査定
技術分野 放電加工、電解加工、複合加工
主要キーワード 弾性比率 弾性強度 加工速度比 弾性限 放電部位 黄銅線 加工溝幅 メッキ被覆
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この項目の情報は公開日時点(2008年3月21日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

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課題

鋼線からなる芯線とこの芯線の表面に施された放電加工用メッキとからなるワイヤ放電加工用電極線であって、加工中の電極線振動を抑制し、加工速度の向上と加工精度の向上とを図る。

解決手段

電極線の弾性比率弾性強度常温強度)を0.4〜0.8に設定することにより、使用できる設定張力を上げることができ、その結果電極線の振動を極力低減した条件下で放電加工を行うことが可能となり、加工溝幅を小さく、かつ加工速度を速くすることが可能となる。特に微細加工の加工精度を高めるこが可能となる。

概要

背景

ワイヤ放電加工は、細いワイヤ電極線として、加工液純度の高い水あるいは油)を放電部位に供給し、電極線と被加工物金型ダイスなど)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、被加工物と電極線との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、この放電エネルギー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。

そして、現在この放電加工に用いられる電極線としては銅合金線黄銅線)が最も多く使用されている。

近年、精密機器コンパクト化の傾向にあり、それに伴って被加工物の寸法・形状の更なる微小化・精密化の必要性が高まっている。

寸法・形状が微小な被加工物を加工するには、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電極線の振動が大きく影響することから、電極線には高い張力をかける必要がある。よって、細くて高い引張り強さを有する電極線が要望される。

放電加工時には、通常破断強度の1/4程度の張力が電極線に付加される。これに対し、銅合金線(黄銅線)は引張り強度が低く、上記の要求に応えることができない。

従来、微小・精密加工用の電極線として、タングステンモリブデンなどの重金属線も一般に用いられている。これらの重金属線は放電加工時に付加される張力に耐え得る引張り強さを有しているものの、材料自体が高価であり、しかも伸線加工が困難で細径化加工にコストがかかり、また、放電加工性能が極一般的に使用されている黄銅線に比較すると劣るという問題がある。

そこで、銅合金重金属代わる電極線として、特許文献1に示すような、鋼線芯線とし、鋼線を伸線加工硬化によって引張り強さを上げるようにしたものが提案されている。
この特許文献1に記載の発明は、線径0.03〜0.3mmで抗張力が150〜250kgf/mm2 である鋼線に、真鍮皮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および銅組成を特定し、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)および引張り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するものである。そして、この発明によれば、電極線の伸線加工による抗張力の上限が400〜500kgf/mm2 である電極線が得られる(特許文献1の段落〔0012〕参照)。
特開2000ー198027号公報

概要

鋼線からなる芯線とこの芯線の表面に施された放電加工用メッキとからなるワイヤ放電加工用電極線であって、加工中の電極線の振動を抑制し、加工速度の向上と加工精度の向上とをる。電極線の弾性比率弾性強度常温強度)を0.4〜0.8に設定することにより、使用できる設定張力を上げることができ、その結果電極線の振動を極力低減した条件下で放電加工を行うことが可能となり、加工溝幅を小さく、かつ加工速度を速くすることが可能となる。特に微細加工の加工精度を高めるこが可能となる。

目的

効果

実績

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請求項1

鋼線からなる芯線と、同芯線の表面に施された放電加工用メッキとからなるワイヤ放電加工用電極線であって、同電極線弾性比率が0.4〜0.8であることを特徴とする放電加工用電極線

請求項2

上記芯線の線径が0.02〜0.20mmであることを特徴とする請求項1に記載の放電加工用電極線。

請求項3

上記放電加工用メッキが真鍮メッキであることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の放電加工用電極線。

技術分野

0001

本発明は、ワイヤ放電加工工具電極として用いられるワイヤ放電加工用電極線(以下「電極線」という)に関する。

背景技術

0002

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あるいは油)を放電部位に供給し、電極線と被加工物金型ダイスなど)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、被加工物と電極線との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、この放電エネルギーにより被加工物を加工するものである。

0003

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。

0004

そして、現在この放電加工に用いられる電極線としては銅合金線黄銅線)が最も多く使用されている。

0005

近年、精密機器コンパクト化の傾向にあり、それに伴って被加工物の寸法・形状の更なる微小化・精密化の必要性が高まっている。

0006

寸法・形状が微小な被加工物を加工するには、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電極線の振動が大きく影響することから、電極線には高い張力をかける必要がある。よって、細くて高い引張り強さを有する電極線が要望される。

0007

放電加工時には、通常破断強度の1/4程度の張力が電極線に付加される。これに対し、銅合金線(黄銅線)は引張り強度が低く、上記の要求に応えることができない。

0008

従来、微小・精密加工用の電極線として、タングステンモリブデンなどの重金属線も一般に用いられている。これらの重金属線は放電加工時に付加される張力に耐え得る引張り強さを有しているものの、材料自体が高価であり、しかも伸線加工が困難で細径化加工にコストがかかり、また、放電加工性能が極一般的に使用されている黄銅線に比較すると劣るという問題がある。

0009

そこで、銅合金重金属代わる電極線として、特許文献1に示すような、鋼線芯線とし、鋼線を伸線加工硬化によって引張り強さを上げるようにしたものが提案されている。
この特許文献1に記載の発明は、線径0.03〜0.3mmで抗張力が150〜250kgf/mm2 である鋼線に、真鍮皮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および銅組成を特定し、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)および引張り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するものである。そして、この発明によれば、電極線の伸線加工による抗張力の上限が400〜500kgf/mm2 である電極線が得られる(特許文献1の段落〔0012〕参照)。
特開2000ー198027号公報

発明が解決しようとする課題

0010

上記特許文献1に記載の発明によれば、芯材が鋼線で線径が小さく高い引っ張り強度を有する電極線を得ることができるが、この電極線を用いて放電加工試験を行こなったところ、切断速度の大幅な向上は見られず、しかも加工幅が大きくなるという課題があることが判明した。

0011

一般に、放電加工では、電極線に通常破断強度の1/4程度の張力をかけて、電極線が振動しない条件下で行われている。放電加工時には、電極線の走行だけでなく、放電による反力も受けるため、電極線が伸びる範囲で使用した場合は加工が不安定となるという現象も見いだした。

0012

すなわち、本発明者は、上記の課題、すなわちこの電極線による放電加工によれば、切断速度の大幅な向上は見られず、しかも加工幅が大きくなる原因を追求したところ、この電極線によれば、放電加工時に電極線が伸び、それにより電極線10(図4、5参照)に大きな振幅Sの振動(図4点線が電極線10の振動状態を示す)が発生する点にあることを見いだした。すなわち、振動の振幅が大きくなると、ワーク1に形成される加工溝の幅をDとし、電極線10の直径をφとすると、D/φの数値が大きくなってしまう。
これは、放電エネルギーの多くの部分が加工溝形成方向(電極線の進行方向)以外の方向(例えば電極線の進行方向と直交する方向)の切断に浪費されることを意味し、その結果が加工能率の低下と加工精度の低下の原因となることが判明した。

0013

本発明者は、電極線の破断強度が高いだけでは好結果を期待することはできず、弾性比率弾性強度÷常温強度)が高いことが電極線張力を上げることができ、それが放電加工特性を良好にする、つまり、放電加工時の伸びに起因する振動を抑制でき、その結果切断速度の向上が可能となり、かつ加工溝幅を小さくできるようにした電極線が得られることを確認した。本発明は、この知見に基づくものである。「弾性比率」については後に詳述する。

課題を解決するための手段

0014

本発明は、鋼線からなる芯線と、同芯線の表面に施された放電加工用メッキとからなるワイヤ放電加工用電極線であって、同電極線の弾性比率(弾性強度W2/破断強度談W1)が0.4〜0.8であることを特徴とする。

0015

また、上記芯線の線径が0.02〜0.20mmであることを特徴とする。

0016

さらに、上記放電加工用メッキが真鍮メッキであることを特徴とする。

発明の効果

0017

放電加工時、放電加工時の爆発によって発生する振動を抑えるために、電極線には高い張力がかけられる。しかし、破断強度が高い電極線でも弾性限度が低く塑性域での使用になると、爆発力によって電極線が伸びてしまい、振幅が大きくなり、これが原因で加工溝幅が大きくなるが、本発明の電極線によれば、断線することなく高張力負荷することが可能となるから、放電加工時の爆発力による伸びを小さく抑えることができ、これによって振動が小さくなって加工溝幅を小さくすることができる。また、加工溝幅が小さくなる分、加工精度を向上でき、さらに放電エネルギーが切断に向けられるため、切断速度が早くなる。

発明を実施するための最良の形態

0018

以下、図面により本発明の実施形態を説明する。
図1グラフにおける曲線bは、通常の鋼の引張り試験における応力(強度)とひずみ(伸び)との関係を示すものである。曲線bが示す通り、応力が当該弾性体の弾性限度以下の場合は、応力とひずみとは比例関係(曲線bの直線部分:b1)にあり、応力が当該弾性体の弾性限度を超えると応力とひずみとの関係は曲線bの曲線部分(b2)で示す関係となり、やがて塑性変形破断に至たる。

0019

ここで、上記の引張り試験における破断点に対応する強度W1を常温強度と定義し、さらに、曲線bの直線部分b1の最終点(直線部から傾きが生じた点)に対応する強度W3を弾性強度と定義する。

0020

図1のグラフにおける曲線aは、本発明の一実施形態に係る電極線用の鋼材からなる芯線の引張り試験における応力(強度)とひずみ(伸び)との関係を示すものである。
本実施形態の芯線は、曲線aが示すように、曲線aの直線部分a1(直線部分a1と直線部分b1とは重合する)の最終点(直線部から傾きが生じた点)に対応する強度(弾性強度)W2が、弾性強度W3(曲線b)よりも高くなるように、伸線工程において処置されている。
本発明の電極線は、一端的な炭素鋼線材熱処理と伸線加工とを繰り返し施して縮径し、表面にメッキブラスメッキ)を施した後、最終の伸線加工を行って所望の線径を有する電極線10が形成される。ただし、この製造方法に限られるものではなく、最終伸線加工で所望の線径を得た後にメッキを施すようにしてもよい。

0021

このように、この実施形態の電極線は、その芯線の弾性強度W2が通常の鋼線の弾性強度W3よりも高いので、電極線には高い張力をかけることができる。
一般に、放電加工時、放電加工時の爆発によって発生する振動を抑えるために、電極線には高い張力がかけられる。しかし、破断強度が高い電極線でも弾性限度が低く塑性域での使用になると、爆発力によって電極線が伸びてしまい、振幅が大きくなり、これが原因で加工溝幅が大きくなるが、本発明の電極線によれば、断線することなく高張力を負荷することができるから、爆発力による伸びを小さく抑えることができ、これによって振動が小さくなって加工溝幅を小さくすることができる。
その結果、加工精度の向上、加工溝幅の縮小、加工速度の向上が可能となる。

0022

すなわち、この電極線10によれば、加工は、図2に示す通り、加工時の電極線10の振幅S1を従来の電極線による加工時の振動の振幅S2よりもはるかに小さい(S1≪S2)条件下で行うことができ、その結果、加工溝幅dの数値も小さくなり、d/φを低減することができる。φは電極線10の直径を示す。
また、加工溝幅dが小さくなる分、放電エネルギーが切断に向けられる分が大きくなるため、切断速度を早くすることが可能となる。

0023

本発明者は、実験により、弾性比率、つまり弾性強度W2と常温強度W1との比(弾性強度W2/常温強度W1)が0.4〜0.8の場合、上述の効果が得る最適条件であるという結論を得た。実験については後述する。

0024

本発明者は、伸線加工の減面率を調節したり、最終伸線加工後の熱処理を調節したりすることで、図1の曲線aで示す特性の鋼線が得られることを見いだした。

0025

本発明者は、テストピースとして、同じ素材からなり、破断強度および弾性強度の異なる電極線用の鋼材からなる芯線を複数本製作し、放電加工条件の中の電極線張力設定値を変化させ、その時の加工性能について評価する実験(試験)を行った。各芯線の表面に放電加工用メッキが施されていることはいうまでもない。
加工機としてソディック製AP−2OOL機を用い、加工液は油を使用し、ワークは厚さ2mmのSKD11を用いた。
加工性能については、加工速度、加工溝幅を評価の対象とした。
この実験結果を表1に示す。

0026

0027

表1において、「加工速度」は従来例を100とした場合の比較値として示してあり、値が高いほど加工速度が速い。また「加工溝幅」は従来例を100とした場合の比較値として示してあり、値が小さいほど加工溝幅は狭く、加工精度が高いことを示している。

0028

表1において、(a)は径が50μmの4種類のテストピース(実施例1〜4)についての実験結果を、従来例および比較例(2種)とともに示すものである。
(b)は径が30μmの4種類のテストピース(実施例1〜4)についての実験結果を、従来例および比較例(2種)とともに示すものである。
(c)は径が70μmの4種類のテストピース(実施例1〜4)についての実験結果を、従来例および比較例(2種)とともに示すものである。
(d)は径が100μmの4種類のテストピース(実施例1〜4)についての実験結果を、従来例および比較例(2種)とともに示すものである。
(e)は径が20μmの4種類のテストピース(実施例1〜4)についての実験結果を、従来例および比較例(2種)とともに示すものである。
なお、この実験に用いた各従来例、各比較例および各実施例として挙げた電極線の「線径」、「破断強度」、「弾性限度」、「破断強度/弾性限度」、「加工速度」、「加工精度」、「引張り強度」の具体的数値については、表1に記述した通りである。

0029

図3(a)は表1における「弾性比率%」と「加工速度比率%」とをグラフ化したものであり、(b)は同「弾性比率%」と「加工溝幅比率%」とをグラフ化したものである。図3(a)、(b)において、黒四角点は上記の各実施例を、黒三角形は上記の各比較例をそれぞれ示す。

0030

上記の実験結果により、電極線は破断強度が高いだけでは加工効果を判断することができず、弾性比率(弾性強度/常温強度)が高いことが加工に有利であることが判明した。弾性強度はチャート図1参照)より弾性変形部である直線部から傾きが生じた地点読み取り、弾性強度とした。なおこれは通常「弾性限」として知られている0.2%耐力とは異なる。
本発明の電極線の加工効果としては、弾性比率(弾性強度/常温強度)が高いほど効果は高くなるが、特に効果が認められた範囲は、弾性比率が40%〜80%であることも、上記の実験結果により判明した。
なお、上記の実験は、被覆鋼線についてのみであるが、タングステン線モリブデン線、その他メッキ被覆の有無にかかわらず同様の効果が得られると推測できる。

0031

上述の通り、この実施形態にかかる電極線によれば、使用できる設定張力を上げることができ、その結果電極線の振動を極力低減した条件下で放電加工を行うことが可能となり、加工溝幅を小さく、かつ加工速度を速くすることが可能となる。特に微細加工の加工精度を高めるこが可能となる。

図面の簡単な説明

0032

電極線用の芯線の引張り試験における応力(強度)とひずみ(伸び)との関係を示すグラフである。
本発明の一実施形態にかかる電極線による放電加工状態の主要部を示す模試断面図である。
(a)表1における「弾性比率%」と「加工速度比率%」との関係をグラフ化したものである。 (b)同「弾性比率%」と「加工溝幅比率%」との関係をグラフ化したものである。
電極線による放電加工状態を示す模試断面図である。
従来の電極線による放電加工状態の主要部を示す模試断面図である。

符号の説明

0033

1:ワーク
10:電極線
a:本発明の一実施形態に係る電極線用の芯線の引張り試験における応力(強度)とひずみ(伸び)との関係を示す曲線
b:通常の鋼の引張り試験における応力(強度)とひずみ(伸び)との関係を示す曲線

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