(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電表面処理用電極と被加工物との間に放電を発生させ、その放電エネルギにより前記被加工物表面に表面改質層を形成する放電表面処理方法において、
前記放電表面処理用電極として、凹部を形成した延性材料からなる芯線と、この芯線の凹部に付着させた表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料からなる放電表面処理材料とにより構成されるワイヤ電極を使用することを特徴とする放電表面処理用方法。
【請求項２】
前記芯線に形成する凹部を螺旋状とすることを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理方法。
【請求項３】
前記放電表面処理を行う加工プログラムとして、前記放電表面処理の前加工に使用したワイヤ放電加工の加工プログラムを利用することを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理方法。
【請求項４】
放電表面処理用電極と被加工物との間に放電を発生させ、その放電エネルギにより前記被加工物表面に表面改質層を形成する放電表面処理装置において、
前記放電表面処理用電極として使用するワイヤ電極と、
前記ワイヤ電極を前記被加工物に対して送給するワイヤ電極送給装置とを備え、
前記ワイヤ電極が、凹部を形成した延性材料からなる芯線と、この芯線の凹部に付着させた表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料からなる放電表面処理材料とにより構成されることを特徴とする放電表面処理装置。
【請求項５】
前記芯線に形成する凹部を螺旋状とすることを特徴とする請求項４に記載の放電表面処理装置。
【請求項６】
前記放電表面処理を行う加工プログラムとして、前記放電表面処理の前加工に使用したワイヤ放電加工の加工プログラムを利用することを特徴とする請求項４に記載の放電表面処理装置。
【請求項７】
放電表面処理用電極と被加工物との間に放電を発生させ、その放電エネルギにより前記被加工物表面に表面改質層を形成する放電表面処理装置において、
放電による除去加工用の第１のワイヤ電極と、
凹部を形成した延性材料からなる芯線と、この芯線の凹部に付着させた表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料からなる放電表面処理材料とにより構成される放電表面処理用の第２のワイヤ電極と、
前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極を前記被加工物に対して送給するワイヤ電極送給装置と、
前記第１のワイヤ電極と前記第２のワイヤ電極とを切り替え可能なワイヤ電極切り替え手段とを備えることを特徴とする放電表面処理装置。
【請求項８】
放電エネルギにより被加工物表面に表面改質層を形成する放電表面処理に用いる放電表面処理用電極において、
前記放電表面処理用電極が、凹部を形成した延性材料からなる芯線と、この芯線の凹部に付着させた表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料からなる放電表面処理材料とにより構成されるワイヤ電極であることを特徴とする放電表面処理用電極。
【請求項９】
前記芯線に形成する凹部を螺旋状とすることを特徴とする請求項８に記載の放電表面処理用電極。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、電極と被加工物の間に放電を発生させ、その放電エネルギにより被加工物表面に表面改質層を形成する、放電表面処理方法及び装置並びに放電表面処理用電極の改良に関するものある。
背景技術
液中放電により被加工物に表面改質層を形成し、耐食性、耐磨耗性を付与する技術として、例えば日本国特開平５−１４８６１５号公報により開示された放電表面処理方法がある。この技術は、ＷＣ粉末とＣｏ粉末等を圧縮成形してなる圧粉体電極を使用して１次加工（堆積加工）を行い、次に銅電極等の比較的電極消耗の少ない電極に交換して２次加工（再溶融加工）を行う、２つの工程からなる金属材料の放電表面処理方法である。この従来技術は、鋼材に対して高硬度で密着力の大きい表面改質層を形成することができる。
また、日本国特開平９−１９２９３７号公報には、ＴｉＨ２粉末を圧縮成形してなる圧粉体電極を使用して、鉄鋼及び超硬合金等の表面に再溶融加工工程なしに強固な表面改質層を形成する放電表面処理方法が開示されている。
このような放電表面処理技術を例えば金型に適用した場合には、耐食性及び耐摩耗性の向上により、金型の寿命を大きく向上させることができる。
前記の従来技術のように総型電極を用いて被加工物に放電表面処理を行う場合には、例えば第８図の（ａ）に示すように、第１の被加工物２１を放電表面処理用電極２２にて放電表面処理を行うと、放電表面処理用電極２２には消粍部分２２ａが、第１の被加工物２１には表面改質層２３が形成される。次に、第８図の（ｂ）に示すように、第１の被加工物２１と大きさの異なる第２の被加工物２４を、第１の被加工物２１の放電表面処理を行った放電表面処理用電極２２にて放電表面処理を行うと、放電表面処理用電極２２には消耗部分２２ｂ、２２ｃが、第２の被加工物２４には表面改質層２５が形成される。この表面改質層２５の厚さには、第８図の（ｂ）に示すようにむらが生じ、均一な表面改質層を形成することができないという問題点がある。
さらに、加工形状に合わせた多数の電極を準備する必要があるという問題点がある。
このような問題点を解決するために、表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料をワイヤ電極そのものとして使用し、このワイヤ電極により被加工物に放電表面処理を行うことが考えられるが、例えばＴｉ、Ｗ等をワイヤ電極として使用した場合には、放電表面処理速度が遅いため実用的ではない。また、圧粉体によりワイヤ電極を形成することはワイヤ電極の引張り強さを確保することができないため、全く実用性がないと言える。
発明の開示
この発明は前記の課題を解決するためになされたものであり、特に金型等の部分的な表面改質に適し、被加工物に対し均一な表面改質層を形成することができると共に加工形状に合わせた多数の電極を準備する必要がなく、その上実用的な放電表面処理速度を確保することができる、放電表面処理方法及び装置並びに放電表面処理用電極を得ることを目的とする。
第１の発明に係る放電表面処理方法は、放電表面処理用電極として、延性材料からなる芯線と、この芯線に付着させた表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料からなる、放電表面処理材料とにより構成されるワイヤ電極を使用するものである。
第２の発明に係る放電表面処理方法は、第１の発明に係る放電表面処理方法において、前記芯線に凹部を形成し、この凹部に前記放電表面処理材料を付着させるものである。
第３の発明に係る放電表面処理方法は、第２の発明に係る放電表面処理方法において、前記芯線に形成する凹部を螺旋状とするものである。
第４の発明に係る放電表面処理方法は、第１の発明に係る放電表面処理方法において、放電表面処理を行う加工プログラムとして、前記放電表面処理の前加工に使用したワイヤ放電加工の加工プログラムを利用するものである。
第５の発明に係る放電表面処理方法は、放電による除去加工用の第１のワイヤ電極と、延性材料からなる芯線とこの芯線に付着させた表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料からなる放電表面処理材料とにより構成される、放電表面処理用の第２のワイヤ電極とを切り替え、被加工物の除去加工とこの除去加工により形成された加工面の表面改質を行う放電表面処理とを組み合わせて加工を行うものである。
第６の発明に係る放電表面処理装置は、放電表面処理用電極として使用するワイヤ電極と、このワイヤ電極を被加工物に対して送給するワイヤ電極送給装置とを備え、前記ワイヤ電極が、延性材料からなる芯線と、この芯線に付着させた表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料からなる、放電表面処理材料とにより構成されるものである。
第７の発明に係る放電表面処理装置は、第６の発明に係る放電表面処理装置において、前記芯線に凹部を形成し、この凹部に前記放電表面処理材料を付着させるものである。
第８の発明に係る放電表面処理装置は、第７の発明に係る放電表面処理装置において、前記芯線に形成する凹部を螺旋状とするものである。
第９の発明に係る放電表面処理装置は、第６の発明に係る放電表面処理装置において、放電表面処理を行う加工プログラムとして、前記放電表面処理の前加工に使用したワイヤ放電加工の加工プログラムを利用するものである。
第１０の発明に係る放電表面処理装置は、放電による除去加工用の第１のワイヤ電極と、延性材料からなる芯線とこの芯線に付着させた表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料とからなる、放電表面処理材料により構成される、放電表面処理用の第２のワイヤ電極と、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極を前記被加工物に対して送給するワイヤ電極送給装置と、前記第１のワイヤ電極と前記第２のワイヤ電極とを切り替え可能なワイヤ電極切り替え手段とを備えるものである。
第１１の発明に係る放電表面処理用電極は、放電表面処理用電極が、延性材料からなる芯線と、この芯線に付着させた表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料からなる、放電表面処理材料とにより構成されるワイヤ電極であるものである。
第１２の発明に係る放電表面処理用電極は、第１１の発明に係る放電表面処理用電極において、前記芯線に凹部を形成し、この凹部に前記放電表面処理材料を付着させるものである。
第１３の発明に係る放電表面処理用電極は、第１２の発明に係る放電表面処理用電極において、前記芯線に形成する凹部を螺旋状とするものである。
この発明は、前記のように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明は、加工作業に必要な放電表面処理用ワイヤ電極の引張り強さを芯線の強度により確保することができると共に、芯線に付着させた放電表面処理材料により被加工物に所定の特性の表面改質層を実用的な放電表面処理速度で形成することができるという効果がある。また、加工形状に合わせた多数の電極を準備する必要がないという効果もある。
第２の発明は、第１の発明と同様の効果を奏すると共に、ワイヤ送給時における放電表面処理材料の芯線に対する定着性を向上させることができる効果がある。
第３の発明は、第２の発明と同様の効果を奏すると共に、表面改質層をより均一にかつ安定して被加工物に形成することができる効果がある。
第４の発明は、第１の発明と同様の効果を奏すると共に、放電表面処理用の電極パスプログラムを容易に作成でき、加工における段取り作業にかかる時間を短縮できる効果がある。
第５の発明は、加工作業に必要な放電表面処理用ワイヤ電極の引張り強さを芯線の強度により確保することができると共に、芯線に付着させた放電表面処理材料により被加工物に所定の特性の表面改質層を実用的な処理速度で形成することができるという効果がある。また、加工形状に合わせた多数の電極を準備する必要がないという効果もある。さらに、被加工物の除去加工とこの除去加工により形成された加工面の表面改質を行う放電表面処理とを同一段取りで加工可能となるので、被加工物の形状加工及び放電表面処理における段取り作業に要する時間を大幅に短縮できるという効果がある。
第６の発明は、第１の発明と同様の効果を奏する。
第７の発明は、第２の発明と同様の効果を奏する。
第８の発明は、第３の発明と同様の効果を奏する。
第９の発明は、第４の発明と同様の効果を奏する。
第１０の発明は、第５の発明と同様の効果を奏する。
第１１の発明は、この発明の放電表面処理用電極を使用する放電表面処理において、第１の発明と同様の効果を奏する。
第１２の発明は、この発明の放電表面処理用電極を使用する放電表面処理において、第２の発明と同様の効果を奏する。
第１３の発明は、この発明の放電表面処理用電極を使用する放電表面処理において、第３の発明と同様の効果を奏する。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態１．
第１図はこの発明の実施の形態１の放電表面処理装置を示す構成図であり、図において、１は被加工物、２は放電表面処理用ワイヤ電極、３はワイヤ電極２を供給する供給リール、４はワイヤ電極を回収する巻取りリール、５は被加工物１を固定する定盤、６は被加工物１の水平方向（Ｘ軸方向）の駆動を行うためのＸテーブル、７は被加工物１の水平方向（Ｙ軸方向）の駆動を行うためのＹテーブル、８はＸテーブル６を駆動する図示しないＸ軸駆動モータ用のＸ軸サーボアンプ、９はＹテーブル７を駆動する図示しないＹ軸駆動モータ用のＹ軸サーボアンプ、１０は加工液、１１は加工液１０を噴射する加工液ノズル、１２はＮＣ制御装置、１３はＮＣ制御装置１２の内部に設けられ、放電表面処理用ワイヤ電極２と被加工物１との相対移動を制御する軌跡移動制御手段、１４は放電表面処理用ワイヤ電極２による加工のための電極パスプログラム（ＮＣプログラム）を軌跡移動制御手段１３に供給する電極移動軌跡生成用ＣＡＭ装置である。放電表面処理用ワイヤ電極２は、供給リール３、巻取りリール４等から構成されるワイヤ電極送給装置により被加工物１に送給され、放電表面処理用ワイヤ電極２と被加工物間１との間の放電により被加工物に表面改質層を形成する。
放電表面処理用ワイヤ電極２は、第２図に示す断面図のように芯線２ａと放電表面処理材料２ｂから構成されており、芯線２ａとしては黄銅等の延性材料が用いられる。放電表面処理材料２ｂは、表面改質材料又は表面改質材料の元となる材料からなり、芯線２ａに塗布、浸漬、メッキ、圧着等により付着している。また、放電表面処理材料２ｂを導電性塗料に混ぜ、塗布等により芯線２ａに付着させてもよい。この場合において、第２図の（ｂ）に示すように、芯線２ａに凹部を形成し、この凹部に放電表面処理材料２ｂを付着させることにより、ワイヤ送給時における放電表面処理材料２ｂの芯線２ａに対する定着性を向上させることができる。この芯線２ａに形成する凹部の形状については、第２図の（ｂ）の凹部の形状及び個数に限定するものではなく、放電表面処理材料２ｂの芯線２ａに対する定着性向上が可能な様々な形状及び個数を採用できる。
また、第３図は放電表面処理用ワイヤ電極２の側面を示したものであり、第３図の（ａ）は第２図の（ａ）に示す断面に対応する場合を、第３図の（ｂ）〜（ｅ）は第２図の（ｂ）に示す断面に対応する場合を示している。特に第３図の（ｃ）に示すように芯線２ａに形成する凹部を螺旋状にすることにより、前記のようにワイヤ送給時における放電表面処理材料２ｂの芯線２ａに対する定着性を向上することができると共に表面改質層をより均一にかつ安定して被加工物１に形成することができる。
このような構成の放電表面処理用ワイヤ電極２を用いることにより、加工作業に必要な放電表面処理用ワイヤ電極２の引張り強さを芯線２ａの強度により確保することができると共に、芯線２ａに付着させた放電表面処理材料２ｂにより被加工物１に所定の特性の表面改質層を実用的な処理速度で形成することができる。
次に、被加工物１の放電表面処理時の動作について説明する。なお、ここでは、被加工物１をプレス金型として使用する場合について説明する。被加工物１は放電表面処理を行う前の工程で、研削加工またはワイヤ放電加工にて加工がなされ、プレス金型の切刃としての形状はすでに形成されているものとする。第１図において、被加工物１を定盤５上に載置固定後、放電表面処理用ワイヤ電極２をセットし、放電表面処理を開始する。被加工物１の切刃側面に対して放電表面処理を行い、切刃側面に硬質の表面改質層を形成させる。このためには、放電表面処理用ワイヤ電極２を被加工物１の切刃形状に従って移動するように制御をする必要がある。ＮＣ制御装置１２の内部に設けられた軌跡移動制御手段１３は、予め電極移動軌跡生成用ＣＡＭ装置１４によって作成された電極パス情報に基づき、Ｘテーブル６及びＹテーブル７を駆動制御し、放電表面処理用ワイヤ電極２と被加工物１の水平方向の相対移動を行い、被加工物１の切刃形状をなぞるように放電表面処理用ワイヤ電極２の軌跡移動を行わせる。
第４図は被加工物１の切刃側面部分１ａに放電表面処理を行う方法の説明図である。放電表面処理の進行に伴い、放電表面処理用ワイヤ電極２は消耗するが、放電表面処理用ワイヤ電極２は第１図に示した供給リール３等により送給されるので、常に放電表面処理用ワイヤ電極２の非消耗部分を使用して加工を行うことができる。従って、放電表面処理用ワイヤ電極２の電極移動パス（第４図中のＰ）としては、ワイヤ放電加工の電極移動パスと同様のものでよい。以上のように被加工物１の切刃形状をなぞるように放電表面処理用ワイヤ電極２を移動させて放電表面処理を行うことで、被加工物１の切刃側面部分１ａに硬質の表面改質層１５を形成することができる。
以上のような方法で、打抜き型のダイの切刃側面部分に放電表面処理による硬質の表面改質層を形成し、プレスの打抜き試験を行った結果、放電表面処理を行わない場合と比較して、４０万ショット時のプレス加工品のだれ量が１／２以下となり、金型の長寿命化が実現できた。
このような打抜き型だけでなく、ワイヤ放電加工で加工できる形状（２次元形状、包絡線形状）部、例えば、押出し型のダイ及びパンチやドリルの刃等に対しても同様に、この発明の放電表面処理が適用でき、同様の効果を奏することは言うまでもない。
また、放電表面処理の電極パスプログラムは、被加工物１の前加工に使用したワイヤ放電加工の加工プログラムを利用することにより、放電表面処理用の電極パスプログラムを容易に作成できるため、加工における段取り作業にかかる時間を短縮できる。
実施の形態２．
第５図はこの発明の実施の形態２の放電表面処理装置を示す構成図であり、図において、実施の形態１の第１図と同一もしくは相当部分には同一符号を付している。第５図において、１６は通常の除去加工を行うワイヤ放電加工用ワイヤ電極、１７は供給リール、１８は加工内容に応じ放電表面処理用ワイヤ電極２とワイヤ放電加工用ワイヤ電極１６を切替えるワイヤ電極切替え手段である。第６図はワイヤ電極切り替え手段１８の構成の一例を示す説明図であり、図において、１９はワイヤ固定部、２０はワイヤ切断装置である。第６図の（ａ）に示すように、ワイヤ放電加工用ワイヤ電極１６により加工後、第６図の（ｂ）に示すようにワイヤ切断装置２０でワイヤ放電加工用ワイヤ電極１６を切断する。次に、第６図の（ｃ）に示すようにワイヤ電極切り替え手段１８は図示しない駆動装置により図中のＡ方向に移動し、放電表面処理用ワイヤ電極２を図中のＢ方向に送給し装着する。また、放電表面処理用ワイヤ電極２からワイヤ放電加工用ワイヤ電極１６への切り替えも同様の動作により行うことができる。
次に被加工物１の加工について説明する。なお、ここでは、被加工物１をプレス金型として使用する場合について説明する。第５図において、被加工物１を定盤５上に載置固定後、ワイヤ放電加工用ワイヤ電極１６をセットし、ワイヤ放電加工を行う。ワイヤ放電加工は通常の荒加工、仕上加工、切刃仕上加工等の各ステップの加工を行うことで、被加工物１にプレス金型として使用する切刃形状を加工する。次に、ワイヤ電極切り替え手段１８により放電表面処理用ワイヤ電極２に切り替え、ワイヤ放電加工で加工した被加工物１の切刃側面に対して実施の形態１と同様に放電表面処理を行い、被加工物１の切刃側面に硬質の表面改質層を形成させる。
第７図はこの発明の実施の形態２における電極移動パスの説明図であり、第７図の（ａ）はワイヤ放電加工を、第７図の（ｂ）は放電表面処理を示している。第７図の（ａ）のワイヤ放電加工においては、第５図のＮＣ制御装置１２の内部に設けられた軌跡移動制御手段１３は、予め電極移動軌跡生成用ＣＡＭ装置１４によって作成された電極パス情報に基づき、Ｘテーブル６及びＹテーブル７を駆動制御し、ワイヤ放電加工用ワイヤ電極１６と被加工物１の水平方向の相対移動を行い、被加工物１を切刃形状に加工する。次に、第７図の（ｂ）の放電表面処理においては、放電表面処理用ワイヤ電極２を被加工物１の切刃形状１ｂに従って移動するように制御をする必要がある。この場合、ワイヤ放電加工の通常の仕上加工と同様の方法でＮＣ制御装置１２の内部に設けられた軌跡移動制御手段１３は、予め電極移動軌跡生成用ＣＡＭ装置１４によって作成された電極パス情報に基づき、Ｘテーブル６及びＹテーブル７を駆動制御し、放電表面処理用ワイヤ電極２と被加工物１の水平方向の相対移動を行い、被加工物１の切刃側面をなぞるように放電表面処理用ワイヤ電極２の軌跡移動を行わせる。
以上のように、被加工物１の切刃部分の加工をワイヤ放電加工で行い、切刃側面部分１ｂの加工後、切刃形状をなぞるように放電表面処理を行い、切刃側面部分１ｂに硬質の表面改質層を形成することで実施の形態１と同様に金型寿命を大幅に向上させることが可能になる。さらに、被加工物１の切刃加工と放電表面処理を同一段取りで加工可能となるので、加工における段取り作業に要する時間を大幅に短縮できる。
以上においては、ワイヤ放電加工用ワイヤ電極１６と放電表面処理用ワイヤ電極２をワイヤ電極切替え手段１８により自動的に切り替える例を示したが、手動にて切り替えを行う方式又はワイヤ放電加工用ワイヤ電極１６の走行系と放電表面処理用ワイヤ電極２の走行系を個別に設ける方式等により、ワイヤ放電加工及び放電表面処理を行ってもよい。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係る放電表面処理方法及び装置並びに放電表面処理用電極は、被加工物表面に表面改質層を形成する放電表面処理作業に用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の実施の形態１における放電表面処理装置を示す構成図である。
第２図は、この発明の実施の形態１における放電表面処理用ワイヤ電極の構成を示す断面図である。
第３図は、この発明の実施の形態１における放電表面処理用ワイヤ電極を示す側面図である。
第４図は、この発明の実施の形態１における被加工物の切刃側面部分に放電表面処理を行う方法の説明図である。
第５図は、この発明の実施の形態２における放電表面処理装置を示す構成図である。
第６図は、この発明の実施の形態２におけるワイヤ電極切り替え手段の構成の一例を示す説明図である。
第７図は、この発明の実施の形態２における電極移動パスの説明図である。
第８図は、従来の放電表面処理方法を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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