线放电加工用电极线、其制造方法以及其母线制造装置.pdf

本发明提供一种在由铜或铜合金构成的芯线的外周面上形成有熔融锌镀覆层的线放电加工用电极线，其由比较薄的热扩散层和位于该热扩散层内外的、芯线的铜或铜合金以及比较厚的纯锌层来构成，所述热扩散层在熔融锌镀覆层和芯线的界面上通过相互热扩散来生成，且具有锌浓度梯度，在制造时不会在电极线上产生开裂。通过适当地选择熔融镀覆槽的温度和浸渍时间，可以调节铜-锌合金层的厚度、锌浓度的梯度、最表层的纯锌层的厚度。另外，通过在镀覆槽的芯线提拉位置上设置的熔融液面纯锌化-吹拭装置的喷出流，使锌熔融液面纯锌化，并且防止壁厚塌边、厚度不均。

1.  一种线放电加工用电极线，其结构为，在由铜或铜合金构成的芯线的外周面形成熔融锌镀覆层，由热扩散层和位于该热扩散层内外的芯线的铜或铜合金以及纯锌层构成，所述热扩散层是在所述熔融锌镀覆层和所述芯线的界面上通过相互热扩散来生成的，其特征在于，形成的所述纯锌层比所述热扩散层厚，同时，在电极线表面不存在开裂。

2.  一种线放电加工用电极线，其结构为，由铜或铜合金构成的芯线的外周面形成熔融锌镀覆层，其由热扩散层和位于该热扩散层内外的芯线的铜或铜合金以及纯锌层构成，所述热扩散层是在所述熔融锌镀覆层和所述芯线的界面上通过相互热扩散来生成的，其特征在于，由所述纯锌层具有在冷拔丝加工时不产生开裂的厚度的母线来制造，在电极线表面不存在开裂。

3.  根据权利要求1至2中任一项所述的线放电加工用电极线，其特征在于，所述纯锌层相对于所述线放电加工用电极线的直径的比例，至少为1.2％。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的线放电加工用电极线，其特征在于，所述铜或铜合金为黄铜。

5.  一种线放电加工用电极线的制造方法，其特征在于，将经过熔化、铸造、拔丝工序的黄铜线作为芯线，对该芯线进行表面洗涤，将该芯线在使纯锌保持于规定温度的镀覆槽内，经过使最外层为超过规定厚度的纯锌层的浸渍时间后进行冷却，从而，在黄铜线和纯锌相接触的界面上相互热扩散，生成铜-锌合金层，来制造电极线的镀覆母线，对该镀覆母线进行冷拔丝加工。

6.  根据权利要求5所述的线放电加工用电极线的制造方法，其特征在于，所述使最外层为超过规定厚度的纯锌层的浸渍时间不超过1.2秒，从而使得所述纯锌层相对于所述线放电加工用电极线的直径的比例至少为1.2％。

7.  根据权利要求6所述的线放电加工用电极线的制造方法，其特征在于，所述规定温度不超过500℃，从而使得所述纯锌层比所述热扩散层厚。

8.  根据权利要求5至7中任一项所述的线放电加工用电极线的制造方法，其特征在于，通过对熔融锌镀覆槽的芯线出口的熔融液面喷射非氧化性气体，来除去氧化膜、与助熔剂形成的反应生成物等杂质层，将熔融液面保持在纯锌状态。

9.  根据权利要求5至8中任一项所述的线放电加工用电极线的制造方法，其特征在于，通过实施使温度被加温至高于熔融锌的非氧化性气体通过所述纯锌层周围的吹拭处理，来控制镀覆膜，使得镀锌的厚度一定，并且不产生厚度不均。

10.  一种母线制造装置，其为在受预热处理的由铜或铜合金构成的芯线的外周面上形成熔融锌镀覆层，来制造线放电加工用电极线的母线制造装置，
其特征在于，使喷吹装置的喷射部前端面临近熔融锌镀覆槽的芯线出口的熔融液面，从该喷射部喷射非氧化性气体，从而除去氧化膜、与助熔剂形成的反应生成物等杂质层，将熔融液面保持在纯锌状态。

11.  一种母线制造装置，其为在受预热处理的由铜或铜合金构成的芯线的外周面上形成熔融锌镀覆层，来制造线放电加工用电极线的母线制造装置，
其特征在于，所述喷吹装置和吹拭管包围所述芯线周围，在与芯线提拉方向相反的方向上使非氧化性气体加压流动，来控制镀锌的厚度为一定，并且不产生厚度不均。

12.  一种母线制造装置，其为在受预热处理的由铜或铜合金构成的芯线的外周面上形成熔融锌镀覆层，来制造线放电加工用电极线的母线制造装置，
其特征在于，沿着镀覆处理的芯线的提拉方向在所述熔融镀覆槽的上方配置熔融液面纯锌化-吹拭装置，该装置由以下部分构成：具备将非氧化性气体加温至锌的熔点以上的温度的加热设备的所述吹拭管；位于其下方，且下端部临近锌熔融液面的所述喷吹装置；从所述吹拭管上方向中空部内供给非氧化性气体的第一气体供给设备；向所述喷吹装置供给加温了的非氧化性气体的第二气体供给设备。

线放电加工用电极线、其制造方法以及其母线制造装置
技术领域
本发明涉及改善了的线放电加工用电极线、其制造方法以及其母线制造装置。
背景技术
所说的线放电加工是指，使在放电加工用电极线和被加工物之间产生放电现象，通过由放电所引起的热能来切断被加工物，因此特别适合于金属模具等具有复杂形状的金属加工。
就这样的放电加工而言有如下要求：a、加工速度快；b、使电极线连续移动时的金属粉的产生量少；c、被加工物的表面的完成状态、尺寸精度良好；d、对电极线和被加工物的相对位置进行计量的定位性良好。
作为该电极线，以往一直广泛使用的电极线中，有的电极线是由锌浓度35～40重量％的不具有层结构的黄铜线单实体来制作的。
该黄铜制电极线，由于不增加锌含量的原因，而在加快放电加工速度方面存在极限。
因此，针对该黄铜电极线，也一直在进行各种加快放电加工速度的研究，但是，广为所知的情况是，电极线的组成中的锌浓度越高，越能够提高放电加工速度。
将它们以方法形式进行大致分类时，已知有：将电极线的黄铜组成中的锌浓度提高至40重量％以上的第一方法和仅在电极线的表层设置锌浓度为40重量％以上的铜-锌合金层或者锌层的第二方法。
在日本特许第3303296号公报中，公开了将电极线的黄铜组成中的锌浓度提高至40质量％以上的上述第一方法。但是，该铜-锌合金如图10的二元相图所示，虽然形成α、β、γ、ε和η相的固溶体，但是实用的只有锌的最大固溶度大约39重量％的α相可以进行冷拔丝加工，而β相以上的锌浓度则变得又硬又脆，在冷拔丝时产生开裂，存在难以加工成细线的问题。
因此，该特许公报中记载了为了解决这种问题，而添加锆等金属来细化β相，以改善低温下的拔丝加工性，但在该方法中，要形成铜-锌-其他金属这样的多元合金，因而产生制造成本增高这种新的问题。
另外，在表层设置锌浓度为40重量％以上的铜-锌合金或者锌层的多孔性电极线，被公开于日本特许第3718617号公报中。
该公报中记载如下：该多孔性电极线利用熔融镀覆在含铜的芯线的表层设置铜-锌合金层和锌层，通过拔丝而在表层积极地形成开裂，从而增大电极线的表面积，增加在加工时与加工液的接触面积，进一步加快冷却速度来改善加工速度。
但是，由于在电极线表层形成开裂，因此产生如下问题。
a、线放电加工，是一边在电极线和被加工物之间进行放电，一边熔割被加工物进行线锯式加工的加工，由于在电极线的表层有开裂，因此放电不稳定，被加工物的表面的完成状态变差。
b、因冷拔丝加工在表层产生的开裂越多，则于表层越脆，因此在加工时连续地使电极线移动的情形中，因为与加工机的导轨、滑轮等的摩擦、磨伤等，使得金属粉的产生量多，使维修性变差。
c、为了让线放电加工机确认被加工物和电极线的相对位置，而在被加工物和电极线之间利用电导通，但是，由于在电极线的表层有开裂，因此接触面积少，定位精度变差。
d、由于在表层有开裂，因此在处理时或者加工时容易发生断线，可靠性差。
此外，在日本特许公报第3602402号中，公开了在表层设置锌浓度为40重量％以上的铜-锌合金层与锌层的线电极。
该线电极是用于放电加工切割的线电极，其具有导电性的且主要承受张力的芯、由两层构成的在侵蚀时磨耗的外壳，其中，外壳的内层由大致均质的合金构成，具有用于高速切割而起作用的、含有40～48质量％的锌比例的组成，并且，外壳的外层具有适合于精密切割的、含有80％～100重量％的锌比例的组成，就层厚度而言，内层至少2.5μm以上，外层0.5～5μm，外层的层厚为内层层厚的五分之一以内。
但是，与锌浓度为40～48重量％的硬且脆的铜-锌合金层的表层的内层的厚度相比，由锌为最多100重量％而构成的表层的外层就变得非常薄，由于是这样的结构，因此，通过冷拔丝会在表层产生开裂，产生与上述日本特许3718617号公报所记载的电极线同样的由开裂所引起的问题。
另外，在日本特许公报第3405069号公报中，公开了在表层形成2层铜-锌合金层，使内部为β相、最表层为α相，进行冷拔丝时不会在电极线的最表层产生开裂的方法。
但是，该方法需要如下烦杂的工序：将以锌粉末为主体的浆料进行涂布、干燥后，再将以锌浓度比上述低的锌粉末为主体的浆料进行涂布、干燥、热处理，然后，冷拔丝。该方法使制造成本增大。
发明内容
如上所述，以往的高速加工线放电加工用电极线，虽然可以提高加工速度，但是，还产生了除了加工速度以外的放电加工所必要的其他特性变差(日本特许公报第3718617号、日本特许公报第3602402号)、或者制造成本增高(日本特许公报第3303296号、日本特许公报第3405069号)这样的问题。
本发明是为了解决这些问题而创造的发明，目的在于提供一种不经过复杂的工序就能制造且不在电极线表面产生开裂的放电加工用电极线。
此外，本发明的目的还在于提供这样一种放电加工用电极线，即，在提高放电加工时的加工速度的同时，使被加工物的表面粗糙度良好，使电极线连续地移动时的金属粉的产生量少，并且，对电极线和被加工物的相对位置进行计量的定位性良好，在操作时或加工时不产生断线的放电加工用电极线。
另外，本发明的目的还在于提供用于制造上述放电加工用电极线的方法和制造装置。
该申请的技术方案1涉及的发明为，一种线放电加工用电极线，其是在由铜或铜合金构成的芯线的外周面形成熔融锌镀覆层，由热扩散层和位于热扩散层内外的芯线的铜或铜合金以及纯锌层构成，所述热扩散层是在熔融锌镀覆层和芯线的界面上通过相互热扩散来生成的，其中，使所述纯锌层形成得比所述热扩散层厚，同时，在电极线表面不存在开裂。
该申请的技术方案2涉及的发明为，一种线放电加工用电极线，它由纯锌层具有在冷拔丝加工时不产生开裂的厚度的母线来制造，在电极线表面不存在开裂。
该申请的技术方案3涉及的发明为，使技术方案1至技术方案2的任一项所涉及的发明的纯锌层相对于所述线放电加工用电极线的直径的比例为至少1.2％。
该申请的技术方案4涉及的发明为，使技术方案1至技术方案3的任一项所涉及的发明的铜或铜合金为黄铜。
该申请的技术方案5涉及的发明为，一种线放电加工用电极线的制造方法，将经过熔化、铸造、拔丝工序的黄铜线制成芯线，对该芯线进行表面洗涤，使其在将纯锌保持于规定温度的镀覆槽内，经过使最外层为超过规定厚度的纯锌层的浸渍时间后进行冷却，从而，在黄铜线和纯锌相接触的界面面上相互热扩散，生成铜-锌合金层，来制造电极线的镀覆母线，对该镀覆母线进行冷拔丝加工。
该申请的技术方案6涉及的发明为，对形成最外层不超过规定厚度的纯锌层的浸渍时间进行控制，使其不超过1.2秒钟，以便让所述纯锌层相对于所述线放电加工用电极线的直径至少为1.2％。
该申请的技术方案7涉及的发明为，对镀覆槽内温度进行控制，使其不超过500℃，以便使所述纯锌层比所述热扩散层厚。
该申请的技术方案8涉及的发明为，对熔融锌镀覆槽的芯线出口的熔融液面，实施喷射非氧化性气体的纯锌化处理。
该申请的技术方案9涉及的发明为，实施在所述纯锌层周围通过非氧化性气体的吹拭(ワイピング)处理，所述非氧化性气体被加温至高于熔融锌的温度。
该申请的技术方案10涉及的发明为，一种母线制造装置，其为在被预热处理的由铜或铜合金构成的芯线的外周面上形成熔融锌镀覆层，来制造线放电加工用电极线的母线的装置，其中，使喷吹装置的喷射部前端面对并贴近熔融锌镀覆槽的芯线出口的熔融液面，从该喷射部喷射非氧化性气体，从而，除去氧化膜或与助熔剂产生的反应生成物等杂质层，将熔融液面保持在纯锌状态。
该申请的技术方案11涉及的发明为，所述锌线周围包围在吹拭管中，在与芯线提拉方向相反方向上使非氧化性气体加压流动，从而控制镀覆膜，以使镀锌的厚度一定，同时不产生厚度不均。
该申请的技术方案12涉及的发明为，一种熔融液面纯锌化-吹拭装置，由以下部分构成：具备将非氧化性气体加温至锌熔点以上的温度的加热设备的所述吹拭管，位于其下方并使下端部贴近锌熔融液面的所述喷吹装置，从所述吹拭管上方向中空部内供给非氧化性气体的第一气体供给设备，向所述喷吹装置供给加温的非氧化性气体的第二气体供给设备。
根据技术方案1至技术方案4涉及的发明，可以不经过复杂的工序就可制造，同时，在电极线的表面不存在开裂。这样，可以提高放电加工时的放电加工速度，同时，可以使被加工物的表面粗糙度变得非常良好。
另外，可以减少连续移动电极线时的金属粉的产生量，可以以良好的精度进行对电极线和被加工物的相对位置计量的定位，操作时或者加工时难以断线，可靠性优良。
另外，如果铜或铜合金为黄铜的话，可以使放电性良好，同时降低制造成本。
根据技术方案5至技术方案9涉及的发明，可以在熔融锌镀覆层上生成较厚的纯芯层，可以制造在电极线表面没有开裂的线放电加工用电极线。
另外，通过将浸渍时间保留在不超过1.2秒钟的范围，或者使镀覆层内的温度不超过500℃这样简单的工序管理，可以制造纯锌层具有在冷拔丝加工时不产生开裂的厚度的母线。
另外，通过对熔融锌镀覆槽的芯线出口的熔融液面喷射非氧化性气体，可以除去氧化膜或与助熔剂形成的反应生成物等杂质层，使熔融液面保持在纯锌状态，可以使形成在芯线上的镀锌层很纯。
进一步，再通过吹拭处理，可以防止镀覆层的塌边、厚度不均，同时，在冷拔丝加工时，可以确实地防止表面开裂的产生。
根据技术方案10至技术方案12涉及的发明，使喷吹装置的喷射部前端面对并贴近熔融镀锌槽的芯线出口的熔融液面，从该喷射部喷射非氧化性气体，从而，可以简单地除去氧化膜或与助熔剂形成的反应生成物等杂质层，将镀覆于芯线的部位中的熔融锌熔融液面保持在纯锌状态，可以在披覆于镀覆母线和线放电加工用电极线的镀覆层上简单地形成纯锌的层。
另外，通过包围芯线周围并在芯线提拉方向和相反方向上以高压通过非氧化性气体，可以控制镀膜以使镀锌的厚度一定，同时，不产生偏芯。
附图说明
图1是表示本发明的电极线的截面图的图。
图2是表示电极线在径向上的锌浓度的图。
图3是表示熔融镀覆装置的图。
图4是熔融液面纯锌化、吹拭装置的放大图。
图5是实施例No2的镀覆后的黄铜芯线的横截面的1000倍放大光学显微镜照片。
图6是实施例No2的电极线的横截面的1000倍放大光学显微镜照片。
图7是实施例No2的电极线的表面的350倍放大电子显微镜照片(SEM)。
图8是比较例No1的电极线的横截面的1000倍放大光学显微镜照片。
图9是比较例No1的电极线的表面的350倍放大电子显微镜照片(SEM)。
图10是表示铜-锌的二元合金相图。
具体实施方式
本发明的电极线，如图1所示，由作为芯材料1的铜或铜合金、热扩散层2和纯锌层3构成。
制造本发明的电极线的方法，是通过适当地选择作为芯线6的铜或铜合金的组成和外径、镀锌的熔液温度和浸渍时间、温度和时间等，来制造具有象图2所示那样的电极线在径向上的锌浓度的电极线。
这里，向镀覆槽熔融液面喷吹非氧化性气体进行非氧化性处理，来防止在芯线上实施纯度高的熔融锌镀覆之后的镀锌层表面的氧化、镀覆层的塌边、厚度不均，因此，对镀覆层实施吹拭处理制造出母线后，进行冷拔丝加工。
在本发明中，最表层用延展性比铜-锌扩散层良好的且比较厚的纯锌层来披覆，因而在冷拔丝加工后可以得到在表层不产生细裂纹、开裂的电极线。
这样的电极线，由于具有纯锌层来作为不存在开裂的最表层，而容易产生放电，因此放电稳定性提高，并且由于其下层的铜-锌合金层的热扩散而使加工速度增加，因此，可以得到不仅是加工速度、连金属粉末的产生也少、且被加工物的表面粗糙度良好、定位性良好的电极线。
以下通过实施例来具体说明本发明
放电加工用电极线
第1实施例(实施例No1～No4)
将经过熔化、铸造、拔丝工序的线径1.2mm的65/35黄铜线(铜65重量％/锌35重量％)作为芯线6，在图3所示的构成熔融镀覆装置的一部分的酸洗、水洗、助熔剂槽4中进行表面洗涤后，使其通过将纯锌保持在460℃的镀覆槽内5，然后，在镀覆槽内5垂直地提拉，进行吹拭处理，从而，在黄铜线与锌接触的界面上，通过相互热扩散而生成铜-锌合金层，并且，为了研究使该铜-锌合金层的上层为纯锌层的浸渍时间的范围，而使浸渍时间变化为0.5秒钟、0.7秒钟、1.0秒钟、1.2秒钟这4个例子，来制造电极线的镀覆母线7。
对于吹拭处理，为了防止表面的氧化、镀覆层的塌边、厚度不均，而如图4的放大图所示，在熔融镀覆槽5上方配置熔融液面纯锌化、吹拭装置8，喷吹氮气、氩气等非氧化性气体，进行镀覆槽熔融液面的非氧化性处理和吹拭处理。详见后述。
接着，对镀覆母线7进行冷拔丝加工，制造直径0.25mmф的电极线。
在包括后述的实施例的全部实施例和后述的比较例中，熔融镀覆槽内的锌，使用通过电解制造的纯粹的电解锌。
第2实施例(实施例No5和No6)
除了使熔融镀覆槽的温度为440℃，浸渍时间为0.5秒钟、1秒钟以外，用与上述第1实施例相同的条件，制造直径0.25mmф的电极线。
第3实施例(实施例No7和No8)
除了使熔融镀覆槽的温度为500℃，浸渍时间为0.5秒钟、1秒钟以外，用与上述第1实施例相同的条件，制造直径0.25mmф的电极线。
第1比较例(比较例No1～No7)
将熔融镀覆槽的温度保持在分别与实施例No1～No7对应的温度相同的条件下，使卷绕速度慢于实施例，从而延长浸渍时间，进行吹拭处理来制造镀覆母线，接着，进行冷拔丝加工来制造直径0.25mmф的电极线。
第2比较例(比较例No8)
将熔融镀覆槽的温度设成520℃，使浸渍时间为1秒钟进行吹拭处理来制造镀覆母线，接着，进行冷拔丝加工，制造直径0.25mm φ的电极线。
对这样制造的实施例No1～No8和比较例No1～No8电极线进行如下评价。
a、放电加工性(加工速度、金属粉末的产生量、被加工物的表面粗糙度、定位精度)
b、芯线和熔融锌因热扩散所产生的铜-锌合金层和纯锌层的厚度
c、表面是否有开裂
放电加工特性，使用三菱电机制造的线放电加工机SX10，采用表1所示的加工条件，以表2所示的评价方法来进行。
评价结果如表3所示。
表1

表2