专利名称：使非活性气体溶于加工液的电火花线切割机及其切割方法
技术领域：
本发明涉及能防止腐蚀被加工物且将不需要运转费用的非活性气体溶解在加工液中的电火花线切割机及使用了该电火花线切割机的电火花线切割方法。
背景技术：
电火花线切割机的加工液具有以水为主要成分的加工液和以油为主要成分的加工液。在以油为主要成分的加工液中，由于几乎没有电解作用，因此不会产生电解腐蚀被加工物的问题，但与以水为主要成分的加工液相比较，由于无法投入较大的加工能量，因此无法加快粗加工的速度。另外，以油为主要成分的加工液如果万一放电点与空气接触，则具有油着火的可能性等，缺点也多。另一方面，在以水为主要成分的加工液中，水与油相比较，比热、气化热大且冷却效果好，因此能够投入较大的能量，在粗加工中具有得到数倍快的加工速度的优点。但是，当将被加工物长时间浸溃在以水为主要成分的加工液中时，具有由于电解作用而腐蚀被加工物的缺点。尤其在使被加工物为以钴为粘合剂等超硬材料的场合，当将被加工物浸溃在以水为主要成分的加工液中时，作为结合材料的钴从加工面流出而变脆，存在作为该超硬材料的被加工物的寿命变短之类的问题。为了解决该问题，在日本特开平5-220618号公报中公开有下述技术:与被加工物相对地设置防蚀用电极，通过以被加工物为阴极的方式在被加工物与防蚀用电极之间使用微小电压电源并施加电压，通过代替被加工物而腐蚀防蚀用电极，防止腐蚀被加工物。但是，在上述专利文献所公开的技术的场合，由于距防蚀用电极越远效果越弱，因此在离开防蚀用电极的被加工物面上缺乏效果，几乎没有防蚀效果。另外，从防蚀用电极溶出的金属离子附着在被加工物表面上，存在被加工物的形状精度恶化、在被加工物上产生腐蚀或着色、防蚀用电极是消耗品而花费运转费用等之类的缺点。另外，在日本特开2002-301624号公报中公开了下述技术:通过使用固定碳酸根离子、碳酸氢根离子、氢氧离子中一种以上的离子与亚硝酸根离子的阴离子交换树脂除去腐蚀性离子，防止腐蚀位于水类加工液中的由铁系金属材料构成的被加工物。但是，在上述专利文献所公开的技术的场合，对铁系材料具有防蚀效果，但对超硬材料等非铁系材料没有防蚀效果。另外，由于阴离子交换树脂是消耗品，因此花费运转费用。在日本特开2011-20185号公报中公开了下述技术:在被加工物是铁系材料或超硬材料那样的磁性体的场合，以在碱性、被加工物为铜钨材料那样的非磁性体的场合为酸性的方式使用PH传感器、H+型离子交换树脂、0H—型离子交换树脂控制加工液的pH，在被加工物表面形成钝态保护膜，防止作为腐蚀因子的水或氧腐蚀被加工物。但是，在上述专利文献所公开的技术中，在电火花线切割机的加工液那样含有大量由电火花线切割产生的重金属离子的液体的场合，一般PH传感器受到重金属离子的影响而难以正确地测定PH值。当无法正确地测定pH值时，加工液的pH有可能偏到强碱性或强酸性，当操作员与这种加工液接触时，有可能对皮肤或视力产生损害。另外，由于H+型离子交换树脂与OH—型离子交换树脂是消耗品，因此具有花费运转费用之类的缺点。另外，在日本特开2010-12592号公报中公开了下述技术:通过以防止腐蚀被加工物的方式使施加在极间的平均电压值偏斜，并且添加使加工液中的金属离子合成化的腺嘌呤，防止腐蚀被加工物，并且防止金属离子附着在被加工物上而腐蚀或着色。但是，在上述专利文献所公开的技术的场合，由于由使平均电压偏斜产生的防蚀效果距导向件越远效果越弱，因此在离开导向件的被加工物面上缺乏效果，几乎没有防蚀效果。另外，以腺嘌呤防止溶出的金属离子附着的方式进行了说明，但在该场合，对由加工液中的溶解氧产生的氧化作用的影响大的超硬材料的钴的防蚀来说无法得到较大的效果。另外，由于腺嘌呤是消耗品，因此存在花费运转费用之类的缺点。另外，在日本特开平5-169318号公报中公开了为了延长离子交换树脂的寿命，使用真空膜脱气装置除去加工液中的溶解氧或碳酸气体的技术。另外，在日本特开平6-319905号公报中公开了在电火花线切割时，使用真空膜脱气装置从加工液分离溶解气体，从而防止加工面生锈的技术。但是，这些技术都为了从加工液分离溶解氧而使用真空膜脱气装置。真空膜脱气装置与在本发明中使用的非活性气体溶解法相比，装置大，设备费用高。另外，一般地，中空纤维膜组件是消耗品，前提是定期更换，但在如电火花线切割所使用的加工液那样使含有大量重金属离子的液体流过中空纤维膜组件的场合，劣化非常快，需要频繁地更换中空纤维膜组件，更换的时间和劳力多，且非常需要运转费用，因此该技术不实用。在以上说明的现有技术中，存在效果限于电极附近，材质限于铁系材料，且花费运转费用等之类的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种电火花线切割机及电火花线切割方法，其通过将非活性气体溶解在电火花线切割机的加工液中而除去溶解氧，能防止腐蚀被加工物，并且将不花费运转费用的非活性气体溶解在加工液中。本发明的电火花线切割机具备贮存以水为主要成分的导电性加工液的加工液贮存箱、以及在内部收放被加工物的加工槽，向上述加工槽供给上述加工液贮存箱的加工液，将上述加工槽内的被加工物浸溃在上述加工液中并进行加工。并且，该电火花线切割机具备对上述加工液加压而使非活性气体溶解后对该加工液进行减压的非活性气体溶解装置。上述非活性气体溶解装置能够包括:对加工液进行加压的加压器:将非活性气体混合在加压后的加工液中的混合器、或一边对加工液进行加压一边将非活性气体混合在加工液中的加压混合器；以及使混合后的加工液返回原来的压力的减压器。另外，能够在上述混合器或加压混合器的非活性气体注入路径上设置防止加工液逆流的止回阀。另外，向上述混合器或加压混合器内的加工液注入非活性气体的非活性气体注入口能够为多孔形状。优选上述电火花线切割机还具备使加工液从贮存加工液的加工液贮存箱流向浸溃被加工物的加工槽中的泵，从而可以在该泵与加工槽之间的流道上具备上述非活性气体溶解装置。优选上述电火花线切割机还具备非活性气体溶解专用泵，利用该非活性气体溶解专用泵使加工液从上述加工液贮存箱或从上述加工槽流向上述非活性气体溶解装置。另夕卜，优选利用上述非活性气体溶解专用泵使加工液从上述加工液贮存箱或从上述加工槽流向上述非活性气体溶解装置，并使处理后的加工液返回原来的加工液贮存箱或加工槽。优选上述电火花线切割机还具备测定加工液的溶解氧的溶解氧测定装置，如果利用该溶解氧测定装置检测出加工液的溶解氧量下降到目标值，则使上述非活性气体溶解装置停止。上述电火花线切割机除了上述非活性气体溶解装置以外，还具备向加工液投入脱氧剂的脱氧剂投入装置。优选上述电火花线切割机还具有离子交换树脂，通过使用该离子交换树脂，将加工液的比电阻值维持为2 X IO5 Q cm以上。优选上述电火花线切割机还具备从上、下喷嘴供给上述加工液贮存箱的加工液的供给路径，在非加工时，使加工液通过该供给路径从上述上、下喷嘴流出。上述电火花线切割机还具备辅助电源装置，该辅助电源装置以在张拉电极丝的上导向部件与下导向部件中的至少一方上安装的牺牲电极绝缘作为一方的极性，将被加工物作为另一方的极性，并在两极间施加电压，从该辅助电源装置以上、下导向部件相对于上述被加工物的电压的平均值、或牺牲电极的电压的平均值为正的方式施加电压。上述电火花线切割机作为非活性气体能够使用氮。本发明的电火花线切割方法将以水为主要成分的导电性加工液贮存在加工槽中并浸溃被加工物而进行加工，其包括下述步骤:对上述加工液进行加压；使非活性气体溶解在加压后的加工液中；使非活性气体溶解后的加工液的压力返回原来的压力；以及在贮存有溶解了非活性气体的加工液的加工槽内进行电火花线切割。根据本发明，能够提供一种电火花线切割机及电火花线切割方法，其通过将非活性气体溶解在电火花线切割机的加工液中而除去溶解氧，能稳定地防止腐蚀被加工物，并且将不花费运转费用的非活性气体溶解在加工液中。本发明的上述及其他目的及特征从参照附图的以下的实施例的说明中变得明确。
图1是说明具有使加工液从贮存加工液的加工液贮存箱流向浸溃被加工物的加工槽中的泵，并在该泵与加工槽之间的流道上具备非活性气体溶解装置的本发明的电火花线切割机的第一实施方式的图。图2是说明使用非活性气体溶解专用泵使加工液流向加工液贮存箱或从加工槽流向非活性气体溶解装置，并使处理后的加工液返回原来的加工液贮存箱或加工槽的本发明的电火花线切割机的第二实施方式的图。图3是说明在图1或图2所示的电火花线切割机中使用的非活性气体溶解装置的一个例子的图。图4是说明将溶解氧测定器安装在图2所示的加工槽上的例子的图。图5是安装了牺牲电极与辅助电源装置的例子的图。
具体实施方式
首先，使用图1说明具有使加工液从贮存加工液的加工液贮存箱流向浸溃被加工物的加工槽中的泵，并在该泵与加工槽之间的流道上具备非活性气体溶解装置的本发明的电火花线切割机(7 "f夂放電加工機、wire electric discharge machine)的第一实施方式。该实施方式的电火花线切割机为了保持通常非加工中的液面，总是利用泵使循环液流向加工槽。因此，通过利用该循环液用泵将加工液送入非活性气体溶解装置，能够不设置专用的泵地构成非活性气体溶解装置。电火花线切割机具备加工槽8，在该加工槽8的内部配置有载置被加工物(未图示)的工作台(未图示)。在加工槽8中贮存以水为主要成分的导电性加工液，设有将被加工物浸溃在加工液中并进行加工的加工区域。在上导向部件I与下导向部件2之间张拉(stretch)电极丝(未图示)，通过在张拉的电极丝上施加电火花线切割用的高频脉冲，在电极丝与被加工物之间(极间)产生放电，对被加工物进行加工。在上导向部件I上安装有上喷嘴3，在下导向部件2上安装有下喷嘴4。向加工槽8中供给加工液并贮存。在该加工槽8内的加工液中混合有由电火花线切割产生的加工屑，该加工液从排水通道6流出到污水槽9。回收并贮存在污水槽9中的、混合了加工屑的加工液通过由过滤器(未图示)等构成的加工屑除去机构去除加工屑，并供给到清水槽10。另外，以下将污水槽9与清水槽10的组合称为加工液贮存箱11。贮存在清水槽10中的加工液由循环泵5吸起，通过循环水配管7供给到加工槽8。在循环水配管7的中途安装有非活性气体溶解装置12。接着，使用图2说明使用非活性气体溶解专用泵使加工液流向加工液贮存箱或从加工槽流向非活性气体溶解装置，并使处理后的加工液返回原来的加工液贮存箱或加工槽的本发明的电火花线切割机的第二实施方式。贮存在清水槽10中的加工液被非活性气体溶解专用泵13吸起，通过非活性气体溶解装置供水配管14送出到非活性气体溶解装置12。并且，在利用非活性气体溶解装置12将非活性气体溶解到加工液中后，该加工液经过非活性气体溶解装置排水配管15返回清水槽10。在图1所示的电火花线切割机(第一实施方式)中，在由于将加工液送到该非活性气体溶解装置12，循环液的流道阻力增加且加工液的流量不足的场合，图2所示的电火花线切割机(第二实施方式)是合适的。另外，只使清水槽10内的加工液在非活性气体溶解装置12中循环的方法在更能够减少溶解氧的场合，图2所示的电火花线切割机(第二实施方式)也比图1所示的电火花线切割机(第一实施方式)更适合。另外，如果即使包含加工泥浆的加工液流入非活性气体溶解装置12也不会堵塞，则也可以不需要清水槽10，而直接将非活性气体溶解装置12安装在加工槽8或污水槽9上。将非活性气体溶解装置12安装在图2所示的电火花线切割机上，使清水槽10内的加工液在该非活性气体溶解装置12中循环并实际上除去水中(加工液中)的溶解氧，其结果，250C的水的饱和溶解氧通常是8毫克/升，能够将加工槽8的溶解氧减少到大约0.9m
晕克/升°在该状态下，利用直径0.2mm的黄铜金属丝的电极丝对超硬材料的被加工物进行电火花线切割，在加工液中浸溃大约60小时后，使用分析扫描电子显微镜对超硬材料的加工面进行元素分析的结果，能够确认几乎不会产生作为结合材料的钴的腐蚀。在此，使用图3说明在图1或图2所示的电火花线切割机中使用的非活性气体溶解装置的一个例子。在图3所示的非活性气体溶解装置12中，作为产生非活性气体即氮气体的装置(氮产生装置)使用中空纤维膜式氮分离装置21，但也可以使用氮气缸。由于当尘埃、油分、水分进入中空纤维膜式氮分离装置21时，该中空纤维膜式氮分离装置21的氮分离能力劣化，因此使用通过了空气过滤器16、空气喷雾过滤器17、空气干燥器18的压缩空气。一般地，如果流过适当的空气，则中空纤维膜式氮分离装置21的性能不会劣化，但在利用空气过滤器16、空气喷雾过滤器17、空气干燥器18无法除尽尘埃、油分、水分的场合，中空纤维膜式氮分离装置21的性能有可能劣化。因此，通过构成为在溶解氧充分下降时，能够利用空气电磁阀20遮断空气流入，能够延长空气过滤器16、空气喷雾过滤器17、空气干燥器18、中空纤维膜式氮分离装置21的产品寿命。另外，通过利用空气压力调整阀19调整流向中空纤维膜式分离装置21的压缩空气压力，能够将压缩空气内的氮分压调整为最佳值。另一方面，加工液处于利用加工液加压器22被暂时加压的状态，在被加压的状态下在氮混合器23内将氮混合在该加工液中并溶解。在氮或氧的场合，由于溶解度按照与成分气体的分压成比例的物理法则，因此通过加压，能够溶解大量的氮。在使氮溶解后，通过使用加工液减压器24对加工液进行减压，能够除去溶解在该加工液中的氧。通过在混合作为非活性气体的氮的氮混合器23或一边对加工液加压一边将氮等非活性气体混合在该加工液中的加压混合器(未图示)上，在作为非活性气体的氮的注入路径上设置止回阀(未图示)，从而能够防止加工液向中空纤维膜氮分离装置21逆流。在上述氮混合器23或加压混合器中，通过使作为非活性气体的氮的注入口即氮注入口为多孔形状，能够使注入加工液中的氮为微细的气泡。其结果，氮气泡的表面面积变大，氣能够各易地溶解在加工液中。使用图4说明将溶解氧测定器安装在图2所示的加工槽8上的例子。将溶解氧测定装置25安装在配置被加工物的加工槽8上。并且，如果该加工槽8的溶解氧量下降到目标值，则停止非活性气体溶解装置12用的非活性气体溶解专用泵13，关闭非活性气体溶解装置12内的空气电磁阀20。由此，能够延长非活性气体溶解装置12的非活性气体溶解专用泵13、空气过滤器16、空气喷雾过滤器17、空气干燥器18、中空纤维膜式氮分离装置21的产品寿命，并且能够节省能量。在此，对在将被加工物浸溃在加工液中三日以上的场合等，只使用非活性气体溶解装置12而使防锈效果不足的场合的追加机构进行说明。通过在图1的加工槽8、污水槽9、清水槽10中的至少一个中添加称为联氨或亚硫酸钠的脱氧剂(防锈剂)，能够提高防锈效果。脱氧剂(防锈剂)使用脱氧剂投入装置(未图示)适量地投入加工槽8、污水槽9、清水槽10中的至少一个中。该脱氧剂投入装置使用能够适量投入药剂的公知的装置即可。另夕卜，通过使用离子交换树脂，以维持为比用于加工的一般的比电阻值(7 X IO4 Q cm 10 X IO4 Q cm)高的方式调整加工液的比电阻值，降低加工液中的离子浓度，通过抑制腐蚀电流，提高防锈效果。
另外，通过将通常只在加工中流动的离子冷却用加工液在被加工物浸溃中也从图1的上、下喷嘴3、4持续流入，并以被加工物表面的加工液不滞留地流动，能够提高防锈效果。使用图5说明安装了牺牲电极与辅助电源装置的例子。具备将以绝缘的状态安装在上导向部件I或下导向部件2上的牺牲电极27作为一方的极性，将收放在加工槽8的内部的被加工物30作为另一方的极性，并在两极间施加电压的辅助电源装置29。并且，通过以从该辅助电源装置29以相对于被加工物30的上、下导向部件1、2的电压的平均值或牺牲电极27的电压的平均值为正的方式施加电压，提高载置在工作台28上的被加工物30的防锈效果。另外，利用辅助电源装置29施加的电压的波形只要相对于被加工物30的上、下导向部件1、2或牺牲电极27的电压的平均值为正，则可以是任一种。在将以水为主要成分的导电性加工液贮存在加工槽中并将被加工物浸溃在该贮存的加工液中而加工的电火花线切割机上设置上述非活性气体溶解装置12，通过在利用该非活性气体溶解装置12对加工液进行加压并溶解了非活性气体后对加工液进行减压，能够实现将非活性气体溶解在加工液中并进行电火花线切割。
权利要求
1.一种电火花线切割机，具备贮存以水为主要成分的导电性加工液的加工液贮存箱、以及在内部收放被加工物的加工槽，向上述加工槽供给上述加工液贮存箱的加工液，将上述加工槽内的被加工物浸溃在上述加工液中并进行加工，该电火花线切割机的特征在于， 具备在对上述加工液加压而使非活性气体溶解后对该加工液进行减压的非活性气体溶解装置。
2.根据权利要求1所述的电火花线切割机，其特征在于， 上述非活性气体溶解装置包括: 对加工液进行加压的加压器； 将非活性气体混合在加压后的加工液中的混合器、或一边对加工液进行加压一边将非活性气体混合在加工液中的加压混合器；以及 使混合后的加工液返回原来的压力的减压器。
3.根据权利要求2所述的电火花线切割机，其特征在于， 在上述混合器或加压混合器的非活性气体注入路径上设置防止加工液逆流的止回阀。
4.根据权利要求2所述的电火花线切割机，其特征在于， 向上述混合器或加压混合器内的加工液注入非活性气体的非活性气体注入口是多孔形状。
5.根据权利要求1所述的电火花线切割机，其特征在于， 还具备使加工液从贮存加工液的加工液贮存箱流向浸溃被加工物的加工槽中的泵， 在该泵与加工槽之间的流道上具备上述非活性气体溶解装置。
6.根据权利要求1所述的电火花线切割机，其特征在于， 还具备非活性气体溶解专用泵， 利用该非活性气体溶解专用泵使加工液从上述加工液贮存箱或从上述加工槽流向上述非活性气体溶解装置。
7.根据权利要求6所述的电火花线切割机，其特征在于， 利用上述非活性气体溶解专用泵使加工液从上述加工液贮存箱或从上述加工槽流向上述非活性气体溶解装置，并使处理后的加工液返回原来的加工液贮存箱或加工槽。
8.根据权利要求1所述的电火花线切割机，其特征在于， 还具备测定加工液的溶解氧的溶解氧测定装置， 如果利用该溶解氧测定装置检测出加工液的溶解氧量下降到目标值，则使上述非活性气体溶解装置停止。
9.根据权利要求1所述的电火花线切割机，其特征在于， 除了上述非活性气体溶解装置以外，还具备向加工液投入脱氧剂的脱氧剂投入装置。
10.根据权利要求1所述的电火花线切割机，其特征在于， 还具有离子交换树脂， 通过使用该离子交换树脂，将加工液的比电阻值维持为2X105Qcm以上。
11.根据权利要求1所述的电火花线切割机，其特征在于， 还具备从上、下喷嘴供给上述加工液贮存箱的加工液的供给路径，在非加工时，使加工液通过该供给路径从上述上、下喷嘴流出。
12.根据权利要求1所述的电火花线切割机，其特征在于，还具备辅助电源装置，该辅助电源装置以在张拉电极丝的上导向部件与下导向部件中的至少一方上安装的牺牲电极绝缘作为一方的极性，将被加工物作为另一方的极性，并在两极间施加电压， 从该辅助电源装置以相对于上述被加工物的上、下导向部件的电压的平均值、或牺牲电极的电压的平均值为正的方式施加电压。
13.根据权利要求1所述的电火花线切割机，其特征在于， 作为非活性气体使用氮。
14.一种电火花线切割方法，其将以水为主要成分的导电性加工液贮存在加工槽中并浸溃被加工物而进行加工，该电火花线切割方法的特征在于， 包括: 对上述加工液进行加压； 使非活性气体溶解在加压后的加工液中； 使非活性气体溶解在加工液中； 使非活性气体溶解后的加工液的压力返回原来的压力；以及 在贮存有溶解了非活性气体的加工液的加工槽内进 行电火花线切割。
全文摘要
本发明提供一种电火花线切割机及电火花线切割方法。电火花线切割机将以水为主要成分的导电性加工液贮存在加工槽中并将被加工物浸渍在该贮存的加工液中而进行加工。在该电火花线切割机上设置非活性气体溶解装置，通过在利用该非活性气体溶解装置对加工液进行加压而使非活性气体溶解后，一边将非活性气体溶解在加工液中一边进行电火花线切割。
文档编号B23H1/10GK103182571SQ20121057693
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者古田友之, 川原章义 申请人:发那科株式会社