专利名称：金属丝放电加工方法
技术领域：
本发明涉及使金属丝电极与工件的极间间隙发生放电来加工工件的、金属丝放电加工方法的改进。
图8为放电加工机理的说明图，在图中，1为电极，2为工件，3为电弧柱，4为加工液，5为放电加工生成的加工碎屑。重复进行如下所述的(a)至(e)的循环(与图8的(a)至(e)对应)，通过放电进行工件2的除去加工。即，(a)由于放电的发生形成电弧柱3；(b)由于放电的热能使局部熔融及加工液4发生气化；(c)加工液4产生气化爆发力；(d)熔融部分(加工碎屑5)飞散；(e)由加工液进行冷却、凝固，恢复极间的绝缘状态。
本发明涉及放电加工之中的挖穿孔加工、切割加工等所使用的金属丝放电加工。金属丝放电加工尤其对高精度的要求强烈，例如在半导体等行业使用的高精度金属模的加工，加工精度已要求达到1-2μm级的高精度。
图9为示出金属丝放电加工的加工工序例子的说明图，在图中，1a为金属丝电极，2为工件，4a为作为加工液的水，6为初始孔，图9(a)所示为粗加工即第一次切割的情况，图9(b)所示为粗加工之后的中间精加工即第二次切割的情况，图9(c)所示为最终精加工即第三次切割的情况。
图9(a)的第一次切割的加工例子示出了将金属丝电极1a通至初始孔6，对工件2进行挖穿孔加工的情况。进行这样的第一次切割时，因为是通过以后的加工来达到表面粗糙度及精度的，故不要求有那么严格的表面粗糙度及精度，重要的是为了提高生产率，尤其要提高加工速度。在金属丝放电加工中，从提高加工速度的目的出发，为了高效排出极间产生的加工碎屑，将水4a强力吹至极间。此外，为了消除对极间水4a的吹入的不均匀，防止金属丝电极1a发生断线，采用了在未图示的加工槽中积存水4a来浸渍工件2的方法。
在如上所述的现有金属丝放电加工方法中，第一次切割(图9(a))之后的第二次切割(图9(b))及第三次切割(图9(c))等的加工也在加工液即水4a中进行。
图10所示为极间电压及电流波形的一个例子，在图中，V为极间电压，I为极间电流，t为时间。图10的时间T1时的状态为金属丝电极1a与工件2的极间加有电压的状态。一旦极间加有电压，正极与负极就有相互吸引的力起作用，因此，由于该静电力，刚性较小的金属丝电极1a就被吸引到工件2侧。这成为金属丝电极1a发生振动的原因，由于这样的振动，故存在高精度加工困难的问题。
另外，图10的时间T2时的状态为由于放电能量，加工液产生气化爆发力的状态(例如图8(c))，由于加工液的气化爆发力，金属丝电极1a受到与工件2相反方向的很大作用力而发生振动。存在由于这样的振动，工件2的形状产生凹凸，导致精度恶化的问题。
在金属丝放电加工的应用领域即半导体行业等，例如在IC引线架的金属模等加工中，对工件要求达到形状精度为1μm、表面粗糙度为1μmRmax以下这样极高的精度且非常平滑的表面粗糙度，同时必须提高生产率这样的用途在增加，尤其在这样的用途中，如上所述因金属丝电极振动等引起的问题很显著。
本发明的金属丝放电加工方法是一种使金属丝电极与工件的极间发生放电来加工所述工件的金属丝放电加工方法，该方法将在加工液中的加工、雾中的加工及气体中的加工这样3个加工之中的至少2个组合起来进行加工。
此外，本发明涉及的金属丝放电加工方法，在所述工件的直线度变为规定的值时，进行所述加工间的切换。
另外，本发明涉及的金属丝放电加工方法是一种使金属丝电极与工件的极间发生放电来加工所述工件的金属丝放电加工方法，该方法包括在加工液中进行放电加工的第一工序、在雾中进行放电加工的第二工序及在气体中进行放电加工的第三工序。
此外，本发明涉及的金属丝放电加工方法，在所述工件的直线度变为规定的值时，进行所述工序间的切换。
图2所示为在加工液中进行金属丝放电加工的说明图。
图3所示为在雾中或气体中进行金属丝放电加工的说明图。
图4所示为金属丝放电加工的金属丝电极靠近量的说明图。
图5所示为在加工液中进行金属丝放电加工例子的说明图。
图6所示为在雾中或气体中进行金属丝放电加工例子的说明图。
图7所示为在加工液中进行放电加工的工件加工形状的说明图。
图8所示为放电加工的机理说明图。
图9所示为金属丝放电加工的加工工序例子的说明图。
图10所示为极间电压及电流波形之一例的图。
下面对加工方法的概况进行说明。图1(a)的第一次切割，是在初始孔6中通过金属丝电极1a，对工件2进行挖穿孔的加工。因为是通过以后的加工来最后加工到表面粗糙度及精度的，所以第一次切割并不要求有那么严格的表面粗糙度及精度，重要的是为了提高生产率，尤其要提高加工速度，与背景技术所示的图9(a)一样，在极间有加工液即水4a的情况下进行加工。
通常的金属丝放电加工在第一次切割之后，仍在加工液中进行加工，但如背景技术所示，由于存在金属丝电极的振动等问题，所以不适合高精度加工。本发明在进行精加工时，在极间无加工液的情况下进行加工，改善工件的精度及表面粗糙度。
在图1(b)的中间精加工即第二次切割中，为了抑制金属丝电极1a的振动、改善加工形状精度，不是在加工液4a中进行加工，而是在雾7中进行加工。在雾7中的加工速度与在加工液4a中的加工相比并不那么逊色，因为能抑制静电力引起的金属丝电极1a的振动，所以加工精度提高。在雾7中的加工可以通过例如利用未图示的雾供给装置，将雾吹到金属丝电极1a与工件2的极之间来进行。
此外，进行图1(c)的最终精加工即第三次切割时，由于使用在气体8中的放电，所以能进一步抑制金属丝电极1a的振动。在气体8中的加工，可以在大气中，或者利用未图示的气体供给装置将规定成分的气体吹到金属丝电极1a与工件2的极间，这样来进行。
通过如上所述的在雾7中及气体8中进行的放电加工可以获得高精度的原因如下所述。当极间加有电压时，作用于金属丝电极1a和工件2的静电作用力与极间的介电常数成正比，所以，如果以相同的极间距离进行计算，与极间所夹物为水4a的情况相比，极间所夹物为雾7或气体8时，所述静电作用力为数十分之一(例如，介电常数在真空中最小，在水中约为真空中的80倍)。此外，因为放电引起的气化爆发力是夹在极间的液体产生的，在极间仅存在雾7或气体8的情况下，金属丝电极1a几乎不会受到气化爆发力的影响。
因此，利用雾7中或气体8中的放电，可以进行高精度的金属丝放电加工。
图2所示为在加工液4a中的金属丝放电加工的说明图，图3所示为在雾7中或气体8中的金属丝放电加工的说明图。在图中，1a为金属丝电极，2为工件，A为加工前进方向，为了加工工件2，金属丝电极1a沿加工前进方向A前进。
在加工液4a中的金属丝放电加工即图2的例子中，受到加工液4a粘性等的很大影响，如图2(b)所示，从Y方向看金属丝电极1a，金属丝电极1a发生挠曲现象，向与加工前进方向A相反的方向(图中箭头B的方向)凸出。该现象相当于控制极间距离时的响应的延迟，意味着产生这样的金属丝电极1a的挠曲现象时，不可能进行迅速的极间距离控制。此外，由于这样的金属丝电极的跟踪延迟，金属丝电极1a与工件2容易发生短路，为了防止短路，一般进行的是使金属丝电极1a的进给速度减慢，实际上是在以低于电源性能的慢速度进行精加工。而在雾7中或气体8中的金属丝放电加工即图3的例子中，因为不存在加工液粘性等的影响，所以，能进行高速响应的极间距离控制，所以能提高精加工时的加工速度。
还有，在雾7中或气体8中的金属丝放电，具有每一加工条件的金属丝电极靠近量的允许范围大的优点。图4所示为金属丝放电加工的金属丝电极的靠近量(按加工次数，使金属丝电极依次偏向工件侧的量)的说明图，图4(a)所示为第一次切割，图4(b)所示为第二次切割，图4(c)所示为第三次切割。在图4中，1a为金属丝电极，2为工件，A为加工前进方向(金属丝电极1a相对工件2的相对移动方向)。靠近量为由某加工条件中的加工量决定的值。但是，某加工条件的加工量由于金属丝电极的进给速度及前面条件的精加工情况等因素，是会发生很大变化的量。所以，金属丝放电加工的加工条件必须使用这样的条件组，即，从粗加工到最后精加工，根据各种加工测试的结果选择金属丝电极的靠近量及金属丝电极的进给速度等条件，由这些条件组成条件组。这表明，无加工的通融性，例如，在加工量稍微少了些时，即使要进行补充加工来最后加工出尺寸，也很难进行适当的加工。
图5所示为在加工液中的金属丝放电加工的例子，在图中，1a为金属丝电极，2为工件，A为加工前进方向。图5(a)所示为最后精加工条件下的加工情况，以加工到目标加工位置为目标。但是，实际的加工结果与目标不相同，图5(a)的例子示出了稍许有剩余的情况。设该目标加工位置与实际加工位置之差例如为2μm时，往往会认为，作为补充加工，使金属丝电极1a向工件2侧靠近2μm后进行加工，就能加工到目标加工位置，但实际上，因为前面加工时的加工面的状态及金属丝电极的进给速度等与补充加工时的这些条件是不相同的，所以，往往不能加工到所希望的尺寸。例如，如图5(b)所示，在补充加工的加工位置与目标加工位置之间会产生偏差。
图6所示为在雾中或气体中的金属丝放电加工例子的说明图，在图中，1a为金属丝电极，2为工件，A为加工前进方向。在进行与图5相同的加工时，如果在雾中或气体中进行图6(b)所示的补充加工，则因为放电间隙g小，所以能加工到更接近所希望的尺寸。即，适合于高精度加工。其原因在于，要高精度获得加工尺寸，必须以与加工前的表面粗糙度、加工条件、金属丝电极的移动速度等一致的条件进行加工，而这些条件有差异时的误差，放电间隙g越小就越小。这意味着，在粗加工至精加工的一系列加工工序之中，不仅能加工到希望的形状，而且，形状尺寸有偏差时，通过补充加工，也能方便地进行形状修正。
如上所述，精加工时的雾中或气体中的金属丝放电加工的有效性是明显的。但是，尤其是气体8中的金属丝放电加工的缺点是，与加工液中的加工相比，加工速度有时较慢，其主要原因在于，不存在因放电发生的加工液的气化爆发力，所以工件的除去量减少。
因此，根据生产率及对工件要求的精度等，将加工液中的加工、雾中的加工及气体中的加工组合起来进行加工，就能适应所要求的规格。
此外，在特别要求高精度加工的用途中，考虑到生产率，须有加工速度的粗加工采用在加工液中的加工，随着精加工的进行，依次进行雾中的加工和气体中的加工，这样的加工方法是有效的。
此情况下存在的问题是，在一系列的加工中，在什么时间进行从加工液中的加工至雾中的加工的切换(例如从图1(a)切换到(b))，另外，在什么时间从雾中的加工切换到气体中的加工(例如从图1(b)切换到图1(c))。
图7所示为进行加工液中的放电加工时、工件加工形状的说明图，在图中，1a为金属丝电极，2为工件，9为金属丝导向件，Va为金属丝电极1a的振动振幅。因为在粗加工阶段要求有加工速度，所以，进行加工快的加工液中的加工，但在加工液中的加工，对金属丝电极1a施加很大的斥力，所以，或者如图7(a)所示，工件2呈凸状，或者如图7(b)所示，工件2呈凹状。例如，当极间伺服的基准电压较低时，极间间隙变小，放电频度也增加，较大的反力起作用。因此，金属丝电极的振动中立线向与工件相反的方向弯曲，获得凸状的切割面(图7(a))。此外，极间伺服的基准电压较高时，极间间隙变大，放电频度降低，所以加工反作用力较小。因此，金属丝电极振动的中立线的弯曲较小，获得凹状切割面(图7(b))。
在加工液中的加工中，越是投入极间的放电能量大的粗加工，金属丝电极1a的振动越大，工件2的凹凸越大，随着投入极间的放电能量的减小，凹凸变小，工件2的直线度提高。如果在工件2的凹凸很大的状态转换成雾7中的加工或气体8中的加工，就只能加工工件2的凸出部分，不仅加工效率恶化，而且会引起面性能的不均匀。因此，最好在加工液中的加工达到某一直线度的基础上，从加工液4a中的加工转换成雾7中的加工或气体8中的加工。
如上所述的、从加工液4a中的加工转换成雾7中的加工或气体8中的加工的转换时间，可以用工件2的直线度进行判断。即，利用加工中的实际时间测定或与预先用实验求得的加工条件对应的数据等，判断工件2的直线度是否达到规定的值，当工件2的直线度达到规定的值时，从加工液4a中的加工转换成雾7中的加工或气体8中的加工即可。
此外，通过工件2的直线度是否达到规定值，同样能决定从雾7中的加工转换成气体8中的加工的时间。
本发明涉及的放电加工方法因为是如上所述构成的，所以，能获得适合高精度加工的、生产率高的金属丝放电加工方法。产业上应用的可能性如上所述，本发明涉及的金属丝放电加工方法尤其适合应用于高精度放电加工作业。
权利要求
1.一种使金属丝电极与工件的极间发生放电来加工所述工件的金属丝放电加工方法，其特征在于，将在加工液中的加工、雾中的加工及气体中的加工这样3个加工之中的至少2个组合起来进行加工。
2.根据权利要求1所述的金属丝放电加工方法，其特征在于，在所述工件的直线度变为规定的值时，进行所述加工间的切换。
3.一种使金属丝电极与工件的极间发生放电来加工所述工件的金属丝放电加工方法，其特征在于，该方法包括在加工液中进行放电加工的第一工序，在雾中进行放电加工的第二工序，在气体中进行放电加工的第三工序。
4.根据权利要求3所述的金属丝放电加工方法，其特征在于，在所述工件的直线度变为规定的值时，进行所述工序间的切换。
全文摘要
一种使金属丝电极(1a)与工件(2)的极间发生放电来加工工件(2)的金属丝放电加工方法,包括在加工液(4a)中进行放电加工的第一工序,在雾(7)中进行放电加工的第二工序,以及在气体(8)中进行放电加工的第三工序,当工件(2)的直线度变为规定的值时,进行所述工序间的切换。能获得适合高精度加工的生产率高的金属丝放电加工方法。
文档编号B23H7/10GK1371315SQ00812068
公开日2002年9月25日 申请日期2000年6月28日 优先权日2000年6月28日
发明者后藤昭弘, 毛吕俊夫, 佐藤清侍 申请人:三菱电机株式会社