專利名稱：使非活性氣體溶于加工液的電火花線切割機及其切割方法
技術領域：
本發明涉及能防止腐蝕被加工物且將不需要運轉費用的非活性氣體溶解在加工液中的電火花線切割機及使用了該電火花線切割機的電火花線切割方法。
背景技術：
電火花線切割機的加工液具有以水為主要成分的加工液和以油為主要成分的加工液。在以油為主要成分的加工液中，由于幾乎沒有電解作用，因此不會產生電解腐蝕被加工物的問題，但與以水為主要成分的加工液相比較，由于無法投入較大的加工能量，因此無法加快粗加工的速度。另外，以油為主要成分的加工液如果萬一放電點與空氣接觸，則具有油著火的可能性等，缺點也多。另一方面，在以水為主要成分的加工液中，水與油相比較，比熱、氣化熱大且冷卻效果好，因此能夠投入較大的能量，在粗加工中具有得到數倍快的加工速度的優點。但是，當將被加工物長時間浸潰在以水為主要成分的加工液中時，具有由于電解作用而腐蝕被加工物的缺點。尤其在使被加工物為以鈷為粘合劑等超硬材料的場合，當將被加工物浸潰在以水為主要成分的加工液中時，作為結合材料的鈷從加工面流出而變脆，存在作為該超硬材料的被加工物的壽命變短之類的問題。為了解決該問題，在日本特開平5-220618號公報中公開有下述技術:與被加工物相對地設置防蝕用電極，通過以被加工物為陰極的方式在被加工物與防蝕用電極之間使用微小電壓電源并施加電壓，通過代替被加工物而腐蝕防蝕用電極，防止腐蝕被加工物。但是，在上述專利文獻所公開的技術的場合，由于距防蝕用電極越遠效果越弱，因此在離開防蝕用電極的被加工物面上缺乏效果，幾乎沒有防蝕效果。另外，從防蝕用電極溶出的金屬離子附著在被加工物表面上，存在被加工物的形狀精度惡化、在被加工物上產生腐蝕或著色、防蝕用電極是消耗品而花費運轉費用等之類的缺點。另外，在日本特開2002-301624號公報中公開了下述技術:通過使用固定碳酸根離子、碳酸氫根離子、氫氧離子中一種以上的離子與亞硝酸根離子的陰離子交換樹脂除去腐蝕性離子，防止腐蝕位于水類加工液中的由鐵系金屬材料構成的被加工物。但是，在上述專利文獻所公開的技術的場合，對鐵系材料具有防蝕效果，但對超硬材料等非鐵系材料沒有防蝕效果。另外，由于陰離子交換樹脂是消耗品，因此花費運轉費用。在日本特開2011-20185號公報中公開了下述技術:在被加工物是鐵系材料或超硬材料那樣的磁性體的場合，以在堿性、被加工物為銅鎢材料那樣的非磁性體的場合為酸性的方式使用PH傳感器、H+型離子交換樹脂、0H—型離子交換樹脂控制加工液的pH，在被加工物表面形成鈍態保護膜，防止作為腐蝕因子的水或氧腐蝕被加工物。但是，在上述專利文獻所公開的技術中，在電火花線切割機的加工液那樣含有大量由電火花線切割產生的重金屬離子的液體的場合，一般PH傳感器受到重金屬離子的影響而難以正確地測定PH值。當無法正確地測定pH值時，加工液的pH有可能偏到強堿性或強酸性，當操作員與這種加工液接觸時，有可能對皮膚或視力產生損害。另外，由于H+型離子交換樹脂與OH—型離子交換樹脂是消耗品，因此具有花費運轉費用之類的缺點。另外，在日本特開2010-12592號公報中公開了下述技術:通過以防止腐蝕被加工物的方式使施加在極間的平均電壓值偏斜，并且添加使加工液中的金屬離子合成化的腺嘌呤，防止腐蝕被加工物，并且防止金屬離子附著在被加工物上而腐蝕或著色。但是，在上述專利文獻所公開的技術的場合，由于由使平均電壓偏斜產生的防蝕效果距導向件越遠效果越弱，因此在離開導向件的被加工物面上缺乏效果，幾乎沒有防蝕效果。另外，以腺嘌呤防止溶出的金屬離子附著的方式進行了說明，但在該場合，對由加工液中的溶解氧產生的氧化作用的影響大的超硬材料的鈷的防蝕來說無法得到較大的效果。另外，由于腺嘌呤是消耗品，因此存在花費運轉費用之類的缺點。另外，在日本特開平5-169318號公報中公開了為了延長離子交換樹脂的壽命，使用真空膜脫氣裝置除去加工液中的溶解氧或碳酸氣體的技術。另外，在日本特開平6-319905號公報中公開了在電火花線切割時，使用真空膜脫氣裝置從加工液分離溶解氣體，從而防止加工面生銹的技術。但是，這些技術都為了從加工液分離溶解氧而使用真空膜脫氣裝置。真空膜脫氣裝置與在本發明中使用的非活性氣體溶解法相比，裝置大，設備費用高。另外，一般地，中空纖維膜組件是消耗品，前提是定期更換，但在如電火花線切割所使用的加工液那樣使含有大量重金屬離子的液體流過中空纖維膜組件的場合，劣化非常快，需要頻繁地更換中空纖維膜組件，更換的時間和勞力多，且非常需要運轉費用，因此該技術不實用。在以上說明的現有技術中，存在效果限于電極附近，材質限于鐵系材料，且花費運轉費用等之類的問題。
發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種電火花線切割機及電火花線切割方法，其通過將非活性氣體溶解在電火花線切割機的加工液中而除去溶解氧，能防止腐蝕被加工物，并且將不花費運轉費用的非活性氣體溶解在加工液中。本發明的電火花線切割機具備貯存以水為主要成分的導電性加工液的加工液貯存箱、以及在內部收放被加工物的加工槽，向上述加工槽供給上述加工液貯存箱的加工液，將上述加工槽內的被加工物浸潰在上述加工液中并進行加工。并且，該電火花線切割機具備對上述加工液加壓而使非活性氣體溶解后對該加工液進行減壓的非活性氣體溶解裝置。上述非活性氣體溶解裝置能夠包括:對加工液進行加壓的加壓器:將非活性氣體混合在加壓后的加工液中的混合器、或一邊對加工液進行加壓一邊將非活性氣體混合在加工液中的加壓混合器；以及使混合后的加工液返回原來的壓力的減壓器。另外，能夠在上述混合器或加壓混合器的非活性氣體注入路徑上設置防止加工液逆流的止回閥。另外，向上述混合器或加壓混合器內的加工液注入非活性氣體的非活性氣體注入口能夠為多孔形狀。優選上述電火花線切割機還具備使加工液從貯存加工液的加工液貯存箱流向浸潰被加工物的加工槽中的泵，從而可以在該泵與加工槽之間的流道上具備上述非活性氣體溶解裝置。優選上述電火花線切割機還具備非活性氣體溶解專用泵，利用該非活性氣體溶解專用泵使加工液從上述加工液貯存箱或從上述加工槽流向上述非活性氣體溶解裝置。另夕卜，優選利用上述非活性氣體溶解專用泵使加工液從上述加工液貯存箱或從上述加工槽流向上述非活性氣體溶解裝置，并使處理后的加工液返回原來的加工液貯存箱或加工槽。優選上述電火花線切割機還具備測定加工液的溶解氧的溶解氧測定裝置，如果利用該溶解氧測定裝置檢測出加工液的溶解氧量下降到目標值，則使上述非活性氣體溶解裝置停止。上述電火花線切割機除了上述非活性氣體溶解裝置以外，還具備向加工液投入脫氧劑的脫氧劑投入裝置。優選上述電火花線切割機還具有離子交換樹脂，通過使用該離子交換樹脂，將加工液的比電阻值維持為2 X IO5 Q cm以上。優選上述電火花線切割機還具備從上、下噴嘴供給上述加工液貯存箱的加工液的供給路徑，在非加工時，使加工液通過該供給路徑從上述上、下噴嘴流出。上述電火花線切割機還具備輔助電源裝置，該輔助電源裝置以在張拉電極絲的上導向部件與下導向部件中的至少一方上安裝的犧牲電極絕緣作為一方的極性，將被加工物作為另一方的極性，并在兩極間施加電壓，從該輔助電源裝置以上、下導向部件相對于上述被加工物的電壓的平均值、或犧牲電極的電壓的平均值為正的方式施加電壓。上述電火花線切割機作為非活性氣體能夠使用氮。本發明的電火花線切割方法將以水為主要成分的導電性加工液貯存在加工槽中并浸潰被加工物而進行加工，其包括下述步驟:對上述加工液進行加壓；使非活性氣體溶解在加壓后的加工液中；使非活性氣體溶解后的加工液的壓力返回原來的壓力；以及在貯存有溶解了非活性氣體的加工液的加工槽內進行電火花線切割。根據本發明，能夠提供一種電火花線切割機及電火花線切割方法，其通過將非活性氣體溶解在電火花線切割機的加工液中而除去溶解氧，能穩定地防止腐蝕被加工物，并且將不花費運轉費用的非活性氣體溶解在加工液中。本發明的上述及其他目的及特征從參照附圖的以下的實施例的說明中變得明確。
圖1是說明具有使加工液從貯存加工液的加工液貯存箱流向浸潰被加工物的加工槽中的泵，并在該泵與加工槽之間的流道上具備非活性氣體溶解裝置的本發明的電火花線切割機的第一實施方式的圖。圖2是說明使用非活性氣體溶解專用泵使加工液流向加工液貯存箱或從加工槽流向非活性氣體溶解裝置，并使處理后的加工液返回原來的加工液貯存箱或加工槽的本發明的電火花線切割機的第二實施方式的圖。圖3是說明在圖1或圖2所示的電火花線切割機中使用的非活性氣體溶解裝置的一個例子的圖。圖4是說明將溶解氧測定器安裝在圖2所示的加工槽上的例子的圖。圖5是安裝了犧牲電極與輔助電源裝置的例子的圖。
具體實施方式
首先，使用圖1說明具有使加工液從貯存加工液的加工液貯存箱流向浸潰被加工物的加工槽中的泵，并在該泵與加工槽之間的流道上具備非活性氣體溶解裝置的本發明的電火花線切割機(7 "f夂放電加工機、wire electric discharge machine)的第一實施方式。該實施方式的電火花線切割機為了保持通常非加工中的液面，總是利用泵使循環液流向加工槽。因此，通過利用該循環液用泵將加工液送入非活性氣體溶解裝置，能夠不設置專用的泵地構成非活性氣體溶解裝置。電火花線切割機具備加工槽8，在該加工槽8的內部配置有載置被加工物(未圖示)的工作臺(未圖示)。在加工槽8中貯存以水為主要成分的導電性加工液，設有將被加工物浸潰在加工液中并進行加工的加工區域。在上導向部件I與下導向部件2之間張拉(stretch)電極絲(未圖示)，通過在張拉的電極絲上施加電火花線切割用的高頻脈沖，在電極絲與被加工物之間(極間)產生放電，對被加工物進行加工。在上導向部件I上安裝有上噴嘴3，在下導向部件2上安裝有下噴嘴4。向加工槽8中供給加工液并貯存。在該加工槽8內的加工液中混合有由電火花線切割產生的加工屑，該加工液從排水通道6流出到污水槽9。回收并貯存在污水槽9中的、混合了加工屑的加工液通過由過濾器(未圖示)等構成的加工屑除去機構去除加工屑，并供給到清水槽10。另外，以下將污水槽9與清水槽10的組合稱為加工液貯存箱11。貯存在清水槽10中的加工液由循環泵5吸起，通過循環水配管7供給到加工槽8。在循環水配管7的中途安裝有非活性氣體溶解裝置12。接著，使用圖2說明使用非活性氣體溶解專用泵使加工液流向加工液貯存箱或從加工槽流向非活性氣體溶解裝置，并使處理后的加工液返回原來的加工液貯存箱或加工槽的本發明的電火花線切割機的第二實施方式。貯存在清水槽10中的加工液被非活性氣體溶解專用泵13吸起，通過非活性氣體溶解裝置供水配管14送出到非活性氣體溶解裝置12。并且，在利用非活性氣體溶解裝置12將非活性氣體溶解到加工液中后，該加工液經過非活性氣體溶解裝置排水配管15返回清水槽10。在圖1所示的電火花線切割機(第一實施方式)中，在由于將加工液送到該非活性氣體溶解裝置12，循環液的流道阻力增加且加工液的流量不足的場合，圖2所示的電火花線切割機(第二實施方式)是合適的。另外，只使清水槽10內的加工液在非活性氣體溶解裝置12中循環的方法在更能夠減少溶解氧的場合，圖2所示的電火花線切割機(第二實施方式)也比圖1所示的電火花線切割機(第一實施方式)更適合。另外，如果即使包含加工泥漿的加工液流入非活性氣體溶解裝置12也不會堵塞，則也可以不需要清水槽10，而直接將非活性氣體溶解裝置12安裝在加工槽8或污水槽9上。將非活性氣體溶解裝置12安裝在圖2所示的電火花線切割機上，使清水槽10內的加工液在該非活性氣體溶解裝置12中循環并實際上除去水中(加工液中)的溶解氧，其結果，250C的水的飽和溶解氧通常是8毫克/升，能夠將加工槽8的溶解氧減少到大約0.9m
暈克/升°在該狀態下，利用直徑0.2mm的黃銅金屬絲的電極絲對超硬材料的被加工物進行電火花線切割，在加工液中浸潰大約60小時后，使用分析掃描電子顯微鏡對超硬材料的加工面進行元素分析的結果，能夠確認幾乎不會產生作為結合材料的鈷的腐蝕。在此，使用圖3說明在圖1或圖2所示的電火花線切割機中使用的非活性氣體溶解裝置的一個例子。在圖3所示的非活性氣體溶解裝置12中，作為產生非活性氣體即氮氣體的裝置(氮產生裝置)使用中空纖維膜式氮分離裝置21，但也可以使用氮氣缸。由于當塵埃、油分、水分進入中空纖維膜式氮分離裝置21時，該中空纖維膜式氮分離裝置21的氮分離能力劣化，因此使用通過了空氣過濾器16、空氣噴霧過濾器17、空氣干燥器18的壓縮空氣。一般地，如果流過適當的空氣，則中空纖維膜式氮分離裝置21的性能不會劣化，但在利用空氣過濾器16、空氣噴霧過濾器17、空氣干燥器18無法除盡塵埃、油分、水分的場合，中空纖維膜式氮分離裝置21的性能有可能劣化。因此，通過構成為在溶解氧充分下降時，能夠利用空氣電磁閥20遮斷空氣流入，能夠延長空氣過濾器16、空氣噴霧過濾器17、空氣干燥器18、中空纖維膜式氮分離裝置21的產品壽命。另外，通過利用空氣壓力調整閥19調整流向中空纖維膜式分離裝置21的壓縮空氣壓力，能夠將壓縮空氣內的氮分壓調整為最佳值。另一方面，加工液處于利用加工液加壓器22被暫時加壓的狀態，在被加壓的狀態下在氮混合器23內將氮混合在該加工液中并溶解。在氮或氧的場合，由于溶解度按照與成分氣體的分壓成比例的物理法則，因此通過加壓，能夠溶解大量的氮。在使氮溶解后，通過使用加工液減壓器24對加工液進行減壓，能夠除去溶解在該加工液中的氧。通過在混合作為非活性氣體的氮的氮混合器23或一邊對加工液加壓一邊將氮等非活性氣體混合在該加工液中的加壓混合器(未圖示)上，在作為非活性氣體的氮的注入路徑上設置止回閥(未圖示)，從而能夠防止加工液向中空纖維膜氮分離裝置21逆流。在上述氮混合器23或加壓混合器中，通過使作為非活性氣體的氮的注入口即氮注入口為多孔形狀，能夠使注入加工液中的氮為微細的氣泡。其結果，氮氣泡的表面面積變大，氣能夠各易地溶解在加工液中。使用圖4說明將溶解氧測定器安裝在圖2所示的加工槽8上的例子。將溶解氧測定裝置25安裝在配置被加工物的加工槽8上。并且，如果該加工槽8的溶解氧量下降到目標值，則停止非活性氣體溶解裝置12用的非活性氣體溶解專用泵13，關閉非活性氣體溶解裝置12內的空氣電磁閥20。由此，能夠延長非活性氣體溶解裝置12的非活性氣體溶解專用泵13、空氣過濾器16、空氣噴霧過濾器17、空氣干燥器18、中空纖維膜式氮分離裝置21的產品壽命，并且能夠節省能量。在此，對在將被加工物浸潰在加工液中三日以上的場合等，只使用非活性氣體溶解裝置12而使防銹效果不足的場合的追加機構進行說明。通過在圖1的加工槽8、污水槽9、清水槽10中的至少一個中添加稱為聯氨或亞硫酸鈉的脫氧劑(防銹劑)，能夠提高防銹效果。脫氧劑(防銹劑)使用脫氧劑投入裝置(未圖示)適量地投入加工槽8、污水槽9、清水槽10中的至少一個中。該脫氧劑投入裝置使用能夠適量投入藥劑的公知的裝置即可。另夕卜，通過使用離子交換樹脂，以維持為比用于加工的一般的比電阻值(7 X IO4 Q cm 10 X IO4 Q cm)高的方式調整加工液的比電阻值，降低加工液中的離子濃度，通過抑制腐蝕電流，提高防銹效果。
另外，通過將通常只在加工中流動的離子冷卻用加工液在被加工物浸潰中也從圖1的上、下噴嘴3、4持續流入，并以被加工物表面的加工液不滯留地流動，能夠提高防銹效果。使用圖5說明安裝了犧牲電極與輔助電源裝置的例子。具備將以絕緣的狀態安裝在上導向部件I或下導向部件2上的犧牲電極27作為一方的極性，將收放在加工槽8的內部的被加工物30作為另一方的極性，并在兩極間施加電壓的輔助電源裝置29。并且，通過以從該輔助電源裝置29以相對于被加工物30的上、下導向部件1、2的電壓的平均值或犧牲電極27的電壓的平均值為正的方式施加電壓，提高載置在工作臺28上的被加工物30的防銹效果。另外，利用輔助電源裝置29施加的電壓的波形只要相對于被加工物30的上、下導向部件1、2或犧牲電極27的電壓的平均值為正，則可以是任一種。在將以水為主要成分的導電性加工液貯存在加工槽中并將被加工物浸潰在該貯存的加工液中而加工的電火花線切割機上設置上述非活性氣體溶解裝置12，通過在利用該非活性氣體溶解裝置12對加工液進行加壓并溶解了非活性氣體后對加工液進行減壓，能夠實現將非活性氣體溶解在加工液中并進行電火花線切割。
權利要求
1.一種電火花線切割機，具備貯存以水為主要成分的導電性加工液的加工液貯存箱、以及在內部收放被加工物的加工槽，向上述加工槽供給上述加工液貯存箱的加工液，將上述加工槽內的被加工物浸潰在上述加工液中并進行加工，該電火花線切割機的特征在于， 具備在對上述加工液加壓而使非活性氣體溶解后對該加工液進行減壓的非活性氣體溶解裝置。
2.根據權利要求1所述的電火花線切割機，其特征在于， 上述非活性氣體溶解裝置包括: 對加工液進行加壓的加壓器； 將非活性氣體混合在加壓后的加工液中的混合器、或一邊對加工液進行加壓一邊將非活性氣體混合在加工液中的加壓混合器；以及 使混合后的加工液返回原來的壓力的減壓器。
3.根據權利要求2所述的電火花線切割機，其特征在于， 在上述混合器或加壓混合器的非活性氣體注入路徑上設置防止加工液逆流的止回閥。
4.根據權利要求2所述的電火花線切割機，其特征在于， 向上述混合器或加壓混合器內的加工液注入非活性氣體的非活性氣體注入口是多孔形狀。
5.根據權利要求1所述的電火花線切割機，其特征在于， 還具備使加工液從貯存加工液的加工液貯存箱流向浸潰被加工物的加工槽中的泵， 在該泵與加工槽之間的流道上具備上述非活性氣體溶解裝置。
6.根據權利要求1所述的電火花線切割機，其特征在于， 還具備非活性氣體溶解專用泵， 利用該非活性氣體溶解專用泵使加工液從上述加工液貯存箱或從上述加工槽流向上述非活性氣體溶解裝置。
7.根據權利要求6所述的電火花線切割機，其特征在于， 利用上述非活性氣體溶解專用泵使加工液從上述加工液貯存箱或從上述加工槽流向上述非活性氣體溶解裝置，并使處理后的加工液返回原來的加工液貯存箱或加工槽。
8.根據權利要求1所述的電火花線切割機，其特征在于， 還具備測定加工液的溶解氧的溶解氧測定裝置， 如果利用該溶解氧測定裝置檢測出加工液的溶解氧量下降到目標值，則使上述非活性氣體溶解裝置停止。
9.根據權利要求1所述的電火花線切割機，其特征在于， 除了上述非活性氣體溶解裝置以外，還具備向加工液投入脫氧劑的脫氧劑投入裝置。
10.根據權利要求1所述的電火花線切割機，其特征在于， 還具有離子交換樹脂， 通過使用該離子交換樹脂，將加工液的比電阻值維持為2X105Qcm以上。
11.根據權利要求1所述的電火花線切割機，其特征在于， 還具備從上、下噴嘴供給上述加工液貯存箱的加工液的供給路徑，在非加工時，使加工液通過該供給路徑從上述上、下噴嘴流出。
12.根據權利要求1所述的電火花線切割機，其特征在于，還具備輔助電源裝置，該輔助電源裝置以在張拉電極絲的上導向部件與下導向部件中的至少一方上安裝的犧牲電極絕緣作為一方的極性，將被加工物作為另一方的極性，并在兩極間施加電壓， 從該輔助電源裝置以相對于上述被加工物的上、下導向部件的電壓的平均值、或犧牲電極的電壓的平均值為正的方式施加電壓。
13.根據權利要求1所述的電火花線切割機，其特征在于， 作為非活性氣體使用氮。
14.一種電火花線切割方法，其將以水為主要成分的導電性加工液貯存在加工槽中并浸潰被加工物而進行加工，該電火花線切割方法的特征在于， 包括: 對上述加工液進行加壓； 使非活性氣體溶解在加壓后的加工液中； 使非活性氣體溶解在加工液中； 使非活性氣體溶解后的加工液的壓力返回原來的壓力；以及 在貯存有溶解了非活性氣體的加工液的加工槽內進 行電火花線切割。
全文摘要
本發明提供一種電火花線切割機及電火花線切割方法。電火花線切割機將以水為主要成分的導電性加工液貯存在加工槽中并將被加工物浸漬在該貯存的加工液中而進行加工。在該電火花線切割機上設置非活性氣體溶解裝置，通過在利用該非活性氣體溶解裝置對加工液進行加壓而使非活性氣體溶解后，一邊將非活性氣體溶解在加工液中一邊進行電火花線切割。
文檔編號B23H1/10GK103182571SQ20121057693
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者古田友之, 川原章義 申請人:發那科株式會社