电火花加工用电极线以及电火花加工用电极线制造方法与流程

本发明涉及一种电火花加工用电极线以及电火花加工用电极线制造方法，例如，能够应用于在通过放电对被加工物(加工对象物)进行加工的线电极电火花加工中使用的电火花加工用电极线以及其制造方法。
背景技术：
：线电极电火花加工是以下那样的加工技术：在电火花加工用电极线(以下，称为电极线。)与被加工物之间产生放电(电弧放电)，通过由放电引起的热能对被加工物进行切割。线电极电火花加工特别地适用于模具等具有复杂的形状的金属加工。在这样的线电极电火花加工中谋求以下事项：(a)加工速度快；(b)被加工物的表面的精加工状态和尺寸精度良好；(c)对电极线和被加工物的相对位置进行计测的定位性良好；(d)使电极线连续地移动时的金属粉的产生量少；(e)将电极线设置于电火花加工机时的接线性良好；以及(f)便宜。以往，对电极线的构造进行了多种研究，包括例如黄铜单一体的电极线。一般地，已知电极线的组成中的锌浓度越高，加工速度越提高。但是，在例如黄铜单一体的电极线的锌浓度成为40wt％以上时，形成体心立方晶格的金属间加工物，延展性和韧性降低，冷拉丝加工变得困难。因此，作为以往被广泛使用的电极线，例如，具有锌浓度35wt％～40wt％的程度的黄铜单一体的电极线。另外，为了实现加工速度的更进一步的提高，也提出仅将表面形成锌层的电极线。覆盖有锌层的电极线能够实现加工速度的提高，但是在线电极电火花加工中，熔点低的锌会瞬间地蒸发，结果导致加工速度被限制。此外，也具有在将锌覆盖于黄铜芯材之后通过热处理(热扩散处理)形成β黄铜层的复合电极线。形成有β黄铜层的电极线在电火花加工中的耐消耗性提高，但是不能获得充分的加工速度。鉴于上述课题，以往，公开了在专利文献1～专利文献4所记载的技术。在专利文献1中，提出了将γ黄铜层覆盖于电极线芯材的构造。该电极线通过对锌涂层母线进行热处理而生成γ黄铜层，通过拉丝而在电极线表面形成有破碎的γ黄铜。在专利文献2中，公开了电极线的芯材的表面层为多层构造的电极线。在专利文献2所记载的电极线是以下那样的结构：作为芯材的表面层，作为内侧的层主要形成β黄铜层，作为外侧的层主要形成γ黄铜层。这样一来，在专利文献2中，提出了将β黄铜和γ黄铜双方配置于电极线的芯材的外层的电极线。在专利文献3中，公开了在电极线的芯材的外层层叠有β黄铜亚表层和向裂缝露出β黄铜的破碎γ黄铜的电极线。因为γ黄铜的放电性比β黄铜的放电性好，β黄铜相对于锌的蒸发比γ黄铜相对于锌的蒸发好，所以在γ黄铜蒸发之后β黄铜也存在，电极线的加工速度是高速。在专利文献4中公开了以下那样的电极线：电极线的芯材的外层(例如β黄铜)的表面构造化成凹凸而形成，在凹部填充有由能够蒸发的金属构成的填充材料(例如γ黄铜)。现有技术文献专利文献专利文献1:美国专利第5945010号说明书专利文献2:日本特开2003–117732号公报专利文献3:法国专利发明第2881974号说明书专利文献4:日本特开2003–175423号公报发明所要解决的课题然而，如上所述，在芯材的表面层形成有β黄铜层和γ黄铜层的电极线能够提高加工速度，但是因为外层的层厚厚，所以一般都会引起接线性降低的问题。另外，因为制造工艺也多，所以也会产生制造成本变高的问题。在专利文献1中主张了γ黄铜的放电性比β黄铜的放电性好。但是，与仅在表面设有锌层的电极线同样地，产生因外层的γ黄铜瞬间蒸发而导致加工速度被限制，不能获得充分的加工速度的问题。在专利文献2中，未记载电极线的制造方法，并且在不龟裂地成型外层的γ黄铜时，必须维持高温的状态成型。因此，专利文献2的记载技术会产生耗费制造成本的问题。专利文献3的记载技术中，因为β黄铜层和γ黄铜层为层叠构造，所以整体的层厚厚，在卷绕于供给电极线的线架时导致绕组体积变大。另外，在用电火花加工机切割电极线时，因为层厚厚，所以产生顶端形状变歪，引起接线性的降低的问题。虽然也有整体地设薄的方式，但是在层厚设薄时产生速度降低的问题。专利文献4记载的技术预想为加工速度与专利文献3所记载的电极线等同。但是，需要用于将外层结构化的工序，并且也需要填充γ黄铜的工序。因此，专利文献4的记载技术会产生制造成本大幅地增加的问题。技术实现要素：因此，本发明鉴于上述课题提供一种电火花加工用电极线以及电火花加工用电极线制造方法，电火花加工用电极线是在芯材的外周面配置有β黄铜和γ黄铜的结构，能够一边实现加工速度的提高，一边提高接线性，且抑制制造成本。用于解决课题的手段为了解决课题，第一发明的电火花加工用电极线的特征在于，具有：(1)外层，该外层包含β黄铜和γ黄铜；以及(2)芯材，该芯材与外层的分界面是波纹状，在波纹状的分界面疏密地配置有β黄铜和γ黄铜。第二发明的电火花加工用电极线的特征在于，在第一发明中，芯材的截面周长是基于芯材的平均外径而计算出的正圆周长的1.2倍以上。第三发明的电火花加工用电极线制造方法的特征在于，具有：(1)热处理工序，在该热处理工序中，在规定的热处理条件下，对芯材表面覆盖有锌的母材进行热处理；以及(2)拉丝工序，在该拉丝工序中，在规定的拉丝条件下，对通过热处理而在芯材的表面形成有β黄铜和γ黄铜的母线进行拉丝，使γ黄铜到达芯材，将芯材与外层的分界面形成为波纹状。第四发明的电火花加工用电极线制造方法，其特征在于，在第三发明中，热处理条件是，β黄铜的层厚相对于母线外径的比例设为1.6％～6.2％，γ黄铜的层厚相对于母线外径的比例设为0.4％～4.7％。第五发明的电火花加工用电极线制造方法，其特征在于，在第三或第四发明中，拉丝条件是截面积的收缩率在80％以上。发明效果根据本发明，在芯材的外周面配置有β黄铜层和γ黄铜层，能够一边实现加工速度的提高，一边提高接线性，且能够抑制制造成本。附图说明图1是表示实施方式的电极线的构造的剖视图。图2是表示实施方式的热处理后的母线(线材)的构造的剖视图。图3是对使用电极线来切割被加工物的线电极电火花加工方法进行说明的说明图。图4是表示以往的将γ黄铜覆盖于芯材的表面的电极线的构造的剖视图。图5是对以往的电极线的集中放电进行说明的说明图。图6是表示实施方式的电极线的芯材的波纹形状的剖视图。图7是对实施方式的电极线的集中放电进行说明的说明图。图8是对实施方式的拉丝加工进行说明的说明的说明图。图9是对在实施方式的拉丝加工柱作用于母线的力进行说明的说明图。图10是表示实施方式的拉丝加工后的母线的截面的剖视图。具体实施方式(a)实施方式以下，一边参照附图一边对本发明的电火花加工用电极线以及电火花加工用电极线制造方法的实施方式进行详细地说明。在实施方式中，对将本发明应用于在通过放电对被加工物(加工对象物)进行加工的线电极电火花加工中所使用的电火花加工用电极线以及其制造方法的情况进行详细地说明。此外，也对使用本发明的电火花加工用电极线的电火花加工方法进行说明。图1是表示实施方式的电极线的构造的剖视图。如图1所示，实施方式的电极线1是在芯材4的外周面配置有β黄铜3和γ黄铜2的结构。电极线1中，能够采用例如铜、黄铜等作为芯材4。电极线1是在芯材4与外层的分界面具有波纹状的黄铜芯材表面配置有由β黄铜3和γ黄铜2构成的外层的结构。外层的γ黄铜2埋入于β黄铜3，进一步γ黄铜2埋入于芯材4，在电极线1的表面疏密地配置有β黄铜3和γ黄铜2。通过这样的构造，维持或提高采用电极线1的加工速度，能够将外层的厚度形成得较薄，能够使接线性提高。另外，能够以低成本提供电极线1。电极线1的芯材4与外层的分界面具有波纹状。由此，避免集中放电，加工速度提高，能够实现稳定放电。以下，一边与将γ黄铜覆盖于芯材的表面的以往的电极线相比一边对本发明原理进行说明。图3是对使用电极线来切割被加工物的线电极电火花加工方法进行说明的说明图。图4是将γ黄铜覆盖于芯材9的表面的以往的电极线50的剖视图。图5是对以往的电极线50的集中放电进行说明的说明图。图6是表示实施方式的电极线的芯材的波纹形状的剖视图。图7是对实施方式的电极线的集中放电进行说明的说明图。在图3中，在采用电极线11进行线电极电火花加工时，使电极线11向箭头方向移动而进行被加工物12的切割。此时，在前进方向上的电极线11与被加工物12的距离最近的部位放电。在观察实际的放电现象时，图4的以往的电极线50因为锌浓度高，所以容易产生放电，加工速度提高。这样一来，因为电极线50的放电性良好，所以容易局部地产生集中放电13。因为在产生放电时发热所以γ黄铜10熔融，但是，在集中放电产生时，局部地产生热，由于该产生的热的影响芯材9也消耗至中心深处(参照图5)。这样一来，电极线50的断裂张力变低，致使通常施加有一定程度的张力的电极线50断线。另外，需要设成考虑到该现象的加工条件。因此，即使存在芯材9损坏的情况，也仅仅能够投入不使电极线50断线的程度的加工能量，在考虑到加工的稳定性时加工速度的临界值低。对此，在如图6那样地将芯材4与外层的分界面设成波纹形状且形成γ黄铜2和β黄铜3的外层的情况下，如图7所示，因为仅放电性好的部分未连续所以能够抑制集中放电14的产生。另外，芯线4的消耗也减少，抑制电极线1的断裂张力的降低，能够使加工能量的投入量增加。为了获得该效果，具有波纹形状的芯材4的边界线长需要设长且设成根据芯材4的平均外径计算出的正圆的周长的1.2倍以上。为了确认上述的考虑，本申请发明人使用芯材4与外层的分界面的状态不同的电极线1来确认了加工速度，该电极线1是将γ黄铜2覆盖于黄铜芯材4的表面的电极线1。在芯材4与外层的分界面的状态(即，波纹形状)的确认中，在“keyence社制数字显微镜vhx–900”中用芯材4的边界线长(以下，也称为波纹周围长)lw与正圆的周长(以下，也称为平均圆周长)lc的比来表现电极线1的截面，正圆的周长lc是通过测定芯材4的截面积并根据截面积求出平均外径而计算出的。即，该lw/lc的值越大则芯材4与外层的分界面的波纹程度越高。加工速度评价是采用三菱电机株式会社制的线电极电火花加工机sx10而实施的。在此，被加工物是材质skd–11、厚度50mm。表1表示评价结果。[表1]实施例lw/lc加工速度比实施例111.00100％实施例121.14101％实施例131.27104％实施例141.33107％在表1中，表示在实施例1的加工速度变成100％时的加工速度。在表1中，lw/lc越大，即与芯材4的正圆的平均圆周长lc相比芯材4的边界线长lw越大，则加工速度变得越快。由此可知，芯材4与外层的分界面变成波纹状，芯材4的边界线长变得越长，则加工速度越提高。通过表1，能够确认：在芯材4的边界线长变成该芯材4的正圆的平均圆周长lc的1.2倍的程度以上(lw/lc＝1.2的程度以上)时，加工速度比显著地提高。由此，优选lw/lc在1.2倍的程度以上。接着，对实施方式的电极线1的制造方法进行说明。电极线的制造方法具有镀锌工序(第一工序)、热处理工序(第二工序)、以及拉丝工序(第三工序)。在第一工序中，将锌电镀于由黄铜合金构成的芯材的外侧。此外，若能够将锌镀于芯材的表面，则不限定于电镀，也可以是其他镀层技术(例如，热浸镀等)。在第二工序中，在规定的热处理条件(热处理的温度、时间)下，使已镀锌的芯材通过高温电炉而进行热处理。在高温电炉中，在α黄铜的表面形成β黄铜层，接着在β黄铜层的外层形成γ黄铜层(参照图2)。在第三工序中，在规定的冷拉丝条件下，使从高温电炉排出的母线(也称为原材。)依次通过出口侧的孔径比入口侧的孔径小的孔径不同的多个拉模，从而拉伸线材，将线材小径化。此外，电极线的制造方法不限定于上述制造方法，另外只要至少具有上述第一～第三的工序的方法，则也能够应用于多种制造方法。接着，对将芯材4与外层的分界面形成波纹状的原理进行说明。因金属的塑型变形产生的拉丝加工中的各相合金金属的变形阻力不同。例如，α黄铜是面心立方晶格而变形阻力小，β黄铜是体心立方晶格而变形阻力大。在黄铜的情况下，以α相、β相、γ相的顺序变形阻力变大，γ黄铜在拉丝加工中基本不变形。在热处理工序中，如图2所示，在α黄铜的表面形成β黄铜层，接着在β黄铜层的外侧形成γ黄铜层。在拉丝工序中，通过拉伸这样的线材，从而作为线材的最外层的γ黄铜层首先破坏。这样一来，由于γ黄铜层破坏，在线材的表层形成了存在γ黄铜的部分(γ黄铜存在区域)和不存在γ黄铜的部分(γ黄铜非存在区域)。在此，考虑在拉丝工序中作用于线材的力。图8是对拉丝工序进行说明的说明图。图9是对作用于拉丝加工中的线材的力进行说明的说明图。如图8所示，拉丝加工是以下那样的工序：将线材引入至拉模20，将线材从拉模20的出口侧拔出，拉模20是出口的孔径比入口的孔径小的圆锥形状。此时，在拉模20中，线材承受的应力在线材的内部和表层部不同。如图8及图9所示，拉丝工序中的线材的表层部通过圆锥形状的拉模20的限制，在拉模20与线材的边界产生大的垂直方向的表面压力。对此，牵引力(拉力)的影响产生的拉伸应力作用于线材的内部。因此，在α黄铜的表面形成有β黄铜层以及γ黄铜层的情况(参照图2)下，由于来自拉模20的表面压力以及拉伸应力，最外层的γ黄铜层破坏，逐渐形成了存在γ黄铜的部分和不存在γ黄铜的部分。重复拉丝工序，线材由于拉模的限制而承受垂直方向的表面压力，从而被破坏的γ黄铜2埋入于β黄铜层中。这是因为γ黄铜的硬度比β黄铜的硬度高(即，γ黄铜更硬)。此时，γ黄铜被进一步破坏，形成γ黄铜密集埋入的部分。另一方面，在线材的表层部，形成不存在γ黄铜的部分或者虽然曾存在γ黄铜但从β黄铜脱落的部分，γ黄铜2稀疏地形成于线材的表面。在进一步拉伸线材时，γ黄铜2密集的部分突破因拉丝而变薄的β黄铜层(参照图2)，γ黄铜2到达芯材4的α黄铜，γ黄铜2埋入于芯材(α黄铜)4中。伴随于此，γ黄铜2密集地在埋入于芯材(α黄铜)4的附近相对地隆起，芯材4与外层的分界面形成波纹状。最终，芯材4的外层的β黄铜3和γ黄铜2疏密地配置，形成芯材4与外层的分界面具有波纹状的黄铜芯材(参照图1)。如上所述，该实施方式的电极线1的制造方法例如在不需要切削芯材(线材)等的特别的工序这点上有效。因此，能够抑制制造成本。本申请发明人为了证明电极线1的与外层的分界面的波纹形状的生成原理，进行了以下的验证。首先，向线材的母线径是0.9mm的α黄铜线镀厚度14μm的锌，使用在800℃的高温电炉中放置20秒的共同的母线，在截面收缩率不同的冷拉丝条件下进行拉丝，此时观察此时的线材截面。在拉丝工序中，使用的母线的β黄铜层的厚度是35μm、γ黄铜层的厚度是15μm。另外，图10是表示拉丝加工后的电极线的截面的示意图。[表2]在表2中，“拉丝径(mm)”是拉丝加工后的线材径，“截面收缩率”是用截面收缩率＝(拉丝前截面积–拉丝后截面积)/(拉丝前截面积)×100％而求出的。“平均圆周长lc(μm)”是测定芯材4的截面积，并根据截面积求出平均外径而计算出的正圆的周长，“波纹周围长lw”是芯材4的边界线长。根据表2可知，随着线材的截面收缩率变大，lw/lc变大。即，根据表1，为了将加工速度比设成104％的程度以上，是lw/lc在1.2的程度以上时。根据表2，获得lw/lc变成1.2的程度以上的结果是截面收缩率设成80％以上。由此，截面收缩率优选在80％以上。在截面收缩率小于50％的低程度的情况(参照“实施例21”～“实施例23”)下，如图10所示，能够确认为以下情况：最外层的γ黄铜层被破坏，在表面层具有存在γ黄铜的部分和不存在γ黄铜的部分。另外，在截面收缩率为50％以上且小于90％的中程度的情况(参照“实施例24”～“实施例32”)下，如图10所示，能够确认以下那样的状态：被破坏的γ黄铜埋入于β黄铜层。此外，截面收缩率为90％以上的高程度的情况(参照“实施例35”～“实施例37”)下，如图10所示，能够确认以下那样的状态：γ黄铜密集的部分突破因拉丝而变薄的β黄铜，γ黄铜到达芯材4的α黄铜，γ黄铜埋入于α黄铜中。伴随于此，能够确认以下那样的状态：γ黄铜密集在埋入于α黄铜的附近相对地隆起，芯材4与外层的分界面形成为波纹状。接着，对形成实施方式的电极线1的β黄铜层和γ黄铜层的层厚进行说明。在通过上述的结构使芯材4与外层的分界面形成为波纹状时，需要注意β黄铜层和γ黄铜层的层厚。在β黄铜层厚、γ黄铜层薄的情况下，也要考虑到以下那样的情况：即使破坏的γ黄铜埋入于β黄铜层，γ黄铜也不到达芯材4，芯材4与外层的分界面不形成波纹状。为了使芯材4与外层的分界面形成波纹状，希望对拉丝工序前的热处理工序的热处理条件进行调整，生成β黄铜层薄且γ黄铜层厚的母线。由此，在拉丝工序中，γ黄铜破坏，γ黄铜到达芯材4，γ黄铜埋入于芯材4与外层的分界面，从而能够形成波纹形状。这样一来，芯材4与外层的分界面变成波纹状，lw/lc的值变成大的值，能够使加工速度提高。实施例以下，对实施方式的实施例进行说明。在此，表示考虑到上述的、lw/lc与加工速度的关系、线材的截面收缩率与lw/lc的关系、拉丝工序前的β黄铜层以及γ黄铜层的关系的实施例。首先，在第一工序中，将锌浓度37wt％的黄铜作为母线，将锌电镀于该黄铜母线的表面。在第二工序中，对作为热处理条件的温度、时间进行调整，准备通过铜与锌的相互扩散作用而在黄铜母线表面形成有β黄铜层再形成有γ黄铜层的多个母线。通过对热处理的温度和时间进行调整，从而能够对β黄铜层与γ黄铜层的比率进行调整。热处理的温度以及时间的条件不特地进行限定，但是，例如，温度能够是800℃的程度，热处理时间能够是10秒的程度～数十秒的程度。表3表示在第二工序中获得的线材的“母线径”、“β黄铜层厚度”、β黄铜层厚度相对于母线径的“比例”、“γ黄铜层厚度”、以及γ黄铜层厚度相对于母线径的“比例”。[表3]母线序号母线径β黄铜层厚度比例γ黄铜层厚度比例母线10.93mm15μm1.6％44μm4.7％母线20.93mm30μm3.2％30μm3.2％母线30.93mm47μm5.1％14μm1.5％母线40.93mm58μm6.2％4μm0.4％母线50.72mm23μm3.2％15μm2.1％母线60.61mm19μm3.1％12μm2.0％在第三工序中，采用表3所示的“母线1”～“母线6”，将线材径冷拉丝至0.25mm。然后，采用拉丝后的电极线，用电火花加工机对加工速度性能和自动接线性能进行评价。评价机使用三菱电机株式会社制的线电极电火花加工机“sx10”，采用“实施例1”～“实施例6”的各电极线对被加工物进行粗加工。此外，被加工物是材质skd-11、厚度50mm。[表4]表4表示评价结果。表4的“实施例1”～“实施例6”对应于“母线1”～“母线6”，包含于本发明的电极线1。在表4中，作为比较例，也记载了“线材径是0.25mm，β黄铜层厚度8μm，γ黄铜层厚度8μm的层叠构造的电极线(比较例1)”和“线材径是0.25mm，β黄铜层厚度16μm，γ黄铜层厚度8μm的层叠构造的电极线(比较例2)”的评价结果。在表4中，“加工速度比”是将比较例1的加工速度设成100％时的加工速度比。“自动接线率”是在进入自动切割而实施了100次自动插入时所插入的次数的比率。根据“实施例1”～“实施例6”的各电极线1的评价结果可知，截面收缩率越高，加工速度越快。即，在“实施例1”～“实施例6”的各母线中，希望对热处理条件进行调整，以使β黄铜的层厚相对于母线径的比例为1.6％～6.2％的程度。另外，希望对热处理条件进行调整，以使γ黄铜的层厚相对于母线径的比例为0.4％～4.7％的程度。在表4中可知，“实施例1”～“实施例6”中的任一电极线1与比较例1、比较例2相比加工速度成为高速，自动接线性也提高。由此，在芯材4的边界线长lw比芯材4的平均圆周长lc大时加工速度提高。即，在拉丝工序中，优选使截面收缩率在80％以上。特别是，在芯材4的边界线长lw是芯材4的平均圆周长lc的1.2倍以上的情况下，加工速度比显著提高到104％以上。由此，芯材4的边界线长lw优选在芯材4的正圆周长lc的1.2倍以上。此外，在芯材4的边界线长lw是芯材4的平均圆周长lc的1.3倍以上的情况下，加工速度比显著地提高到109％以上。由此，芯材4的边界线长lw优选在芯材4的平均圆周长lc的1.3倍以上。另外，对于β黄铜层的层厚与γ黄铜层的层厚的关系，如表3所示，“实施例1”是γ黄铜层比β黄铜层厚的情况(β黄铜层＜γ黄铜层)，“实施例2”是γ黄铜层与β黄铜层的层厚相同的情况(β黄铜层＝γ黄铜层)，“实施例3”是γ黄铜层比β黄铜层薄的情况(β黄铜层＞γ黄铜层)。根据表4，在γ黄铜层的层厚相对于β黄铜层的层厚的比率在大约0.3的程度以上且小于3.5的程度的情况下，加工速度比提高。此外，“实施例3”以及“实施例4”任一个都是γ黄铜层比β黄铜层薄的情况(β黄铜层＜γ黄铜层)，但是“实施例4”表示与“实施例3”相比γ黄铜层的层厚的比例低的情况。在该情况下，在“实施例3”的情况下，因为γ黄铜层的比例增加，所以γ黄铜更强烈地埋入于芯材4，lw/lc增加。因此，获得了“实施例3”与“实施例4”相比加工速度变成高速的结果。符号说明1电极线(电火花加工用电极线)2γ黄铜(γ黄铜扩散合金)3β黄铜(β黄铜扩散合金)4芯材12被加工物20模当前第1页12