Die Erfindung betrifft eine Drahtelektrode zum funkenerosiven Schneiden von Gegenständen.

Eine Drahtelektrode zum funkenerosiven Schneiden ist aus dem Stand der Technik bekannt. Bei einem Schneidvorgang wird eine solche Drahtelektrode in einer Schneidvorrichtung gespannt gehalten und mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt. Bei Annäherung eines auf Erdpotential liegenden elektrisch leitfähigen Gegenstandes findet eine Funkenentladung statt, mit deren Hilfe der Gegenstand geschnitten werden kann. Bei der Funkenentladung kommt es jedoch zum Verschleiß der Drahtelektrode. Um ein Zerreißen der unter Spannung gehaltenen Drahtelektrode zu vermeiden, wird diese während des Schneidprozesses fortwährend an dem zu schneidenden Gegenstand vorbeigezogen. Gattungsgemäße Drahtelektroden müssen daher sowohl eine hohe Stromtragfähigkeit als auch eine ausreichende hohe Zugfestigkeit aufweisen, um den gestellten Anforderungen gerecht werden zu können. Um qualitativ hochwertige Schnitte zu ermöglichen, weisen Drahtelektroden im Vergleich zu sonstigen handelsüblichen Drähten einen geringen Durchmesser auf. Messing hat sich als geeigneter Werkstoff zur Herstellung von Drahtelektroden erwiesen. Um aus den als Halbzeug im Markt erhältlichen Ausgangsdrähten Drahtelektroden herzustellen, werden die Ausgangsdrähte in mehreren Arbeitsschritten gezogen und immer wieder weich geglüht, bis schließlich der geeignete Durchmesser erreicht ist. Es sind auf diese Weise hergestellte Drahtelektroden bekannt, die vollständig aus Messing bestehen, das in ein seiner α-Phase vorliegt.

Bei bestimmten Anforderungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Drahtelektroden herzustellen, die einen Kern und einen den Kern umgebenden Mantel aufweisen. Der Kern besteht in der Regel aus einem Material mit hoher Leitfähigkeit und großer Zugfestigkeit, wobei der Mantel durch eine hohe Abriebfestigkeit gekennzeichnet ist. Dies ist vorteilhaft, weil an dem Mantel der eigentliche Erodierprozess stattfindet. Da der Kern im Wesentlichen allein die erforderliche Stromtragfestigkeit bereitstellt, können für den Mantel Materialen eingesetzt werden, die im Vergleich zum Kern weniger vorteilhafte Leitfähigkeitsgrade aufweisen, jedoch hinsichtlich des Erodierprozesses optimiert sind. Der Kern einer solchen Drahtelektrode besteht beispielsweise aus Kupfer oder α-Messing, das in seiner o Phase vorliegt. Der Mantel kann eine oder mehrere Mantelschichten aufweisen, die beispielsweise aus reinem Zink und/oder aus Messing bestehen, das über einen im Vergleich zu α-Messing höheren Zinkanteil verfügt. Eine solche Drahtelektrode ist beispielsweise in der EP 1 295 664B1 beschrieben.

Aus der WO 2011/020468A1 ist eine Messinglegierung bekannt, die zur Herstellung von Halbzeug für eine spanende Bearbeitung dient. Als Beispiel für ein solches Halbzeug sind unter anderem Drähte genannt. Die Drähte bestehen aus einer Legierung, die einen Gefüge mit Anteilen sowohl einer α-Phase als auch einer ß-Phase enthält, wobei der Anteil der ß-Phase wenigstens 30 Volumenprozent und höchstens 70 Volumenprozent beträgt. Das α-Gefüge bildet eine kubischflächenzentrierte Raumstruktur aus, wobei das ß-Gefüge durch eine kubisch raumzentrierte Raumstruktur gekennzeichnet ist. Die vorbekannte Legierung enthält ferner Zusatzlegierungskomponenten wie Eisen, Nickel, Silizium, Mangan, Zinn, Phosphor. Mit Hilfe der Zusatzlegierungskomponenten kann der Anteil der o> und ß- Phasen variiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drahtelektrode der eingangs genannten Art bereitzustellen, die kostengünstig herstellbar ist und gleichzeitig hervorragende Schneideigenschaften aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Drahtelektrode zum funkenerosiven Schneiden von Gegenständen mit α-Bereichen und ß- Bereichen, wobei die a-Bereiche und ß-Bereiche unterschiedliche Gefügephasen und Härtegrade aufweisen und über den gesamten Querschnitt der Drahtelektrode verteilt angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist eine Drahtelektrode mit Bereichen bereitgestellt, die unterschiedliche Phasenanteile und Härtegrade aufweisen. Die a- Bereiche sind beispielsweise in einem zusammenhängenden ß- Bereich eingebettet, der den α-Bereichen als Matrix dient, oder umgekehrt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein solcher Draht mit einer verteilten Anordnung von α-Bereichen in einem ß- Bereich, einer verteilten Anordnung von ß-Bereichen in einem a- Bereich oder einer verteilten Anordnung von a- und ß-Bereichen sowohl unerwartet gute elektrische Eigenschaften als auch hervorragende Schneidleistungen bereitstellt. Die über den gesamten Querschnitt des Drahtes verteilte Gefügestruktur sorgt in den Randbereichen der Drahtelektrode für eine ausreichend gute Abriebfestigkeit, die auch hohen Anforderungen gerecht wird, wobei die Drahtelektrode eine ausreichend hohe Zugfestigkeit und Elastizität besitzt. So weist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drahtelektrode eine Bruchdehnung von etwa 2 Prozent auf. Im Gegensatz zu vergleichbaren Drähten gemäß dem Stand der Technik ist im Rahmen der Erfindung jedoch eine Drahtelektrode bereitgestellt, die nicht aus Kern- und Mantelschichten besteht. Erfindungsgemäß kann daher das aufwändige Aufbringen eines Mantels auf einen zuvor bearbeiteten Kern entfallen, so dass die erfindungsgemäße Drahtelektrode wesentlich kostengünstiger herstellbar ist.

Im Rahmen der Erfindung besteht die Drahtelektrode beispielsweise überwiegend aus einer Messinglegierung, die hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung einem in der WO 2011/020468A1 beschriebenen Draht entspricht. So kann die in der besagten Druckschrift beschieben Legierung auch als Ausgangslegierung einer erfindungsgemäßen Drahtelektroden dienen. Zur Ausbildung der gewünschten a- und ß-Bereiche sind jedoch zusätzliche Arbeitsschritte erforderlich. Solche Arbeitungsschritte sind dem Fachmann zwar bekannte Zieh- und Glühprozesse. Überraschenderweise hat sich jedoch heraus gestellt, dass die besagte Verarbeitung gerade dieser Legierung zu einer Drahtelektrode führt, die bei der Funkenerosion die genannten überragenden Eigenschaften an dem Tag legt und darüber hinaus auch noch kostengünstig ist.

Vorteilhafterweise bestehen sowohl die a- als auch die ß-Bereiche überwiegend aus Kupfer und Zink, beispielsweise mit einem Summenanteil von über 95 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der Drahtelektrode. Die unterschiedlichen Härtegrade der a- und ß-Bereiche sind unterschiedlichen Raumstrukturen geschuldet, in den die a- und ß-Bereiche jeweils vorliegen. Mit anderen Worten liegen unterschiedliche Gefügestrukturen vor, die über den gesamten Querschnitt verteilt sind. Diese Verteilung kann im Rahmen der Erfindung gleichmäßig oder ungleichmäßig sein.

Die erfindungsgemäße Drahtelektrode weist eine größere Leitfähigkeit auf als eine vergleichbar dimensionierte Drahtelektrode aus handelsüblichem Messing, das in seiner α-Phase vorliegt. Vorteilhafterweise bilden die α-Bereiche und/oder oder die ß-Bereiche in einer Querschnittsansicht der Drahtelektrode Lamellen aus. Diese lamellenförmige Ausbildung der a- oder ß-Bereiche hat sich für den Schneidprozess als besonders vorteilhaft erwiesen. Im Rahmen dieser vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Erfindung sind somit nahezu keine rundlichen Einlagerungen oder globulitische Kornstrukturen vorhanden. Vielmehr ist den jeweiligen Bereichen eine längliche Lamellenstruktur aufgeprägt, die sich für den Erodierprozess als besonders vorteilhaft herausgestellt hat.

Zweckmäßigerweise sind die Lamellen wenigstens abschnittsweise miteinander verschränkt. Mit anderen Worten greifen die Lamellem ineinander ein. Die Verschränkung kann im Rahmen der Erfindung auch nur abschnittsweise also beispielsweise im äußeren Randbereich der Drahtelektrode erfolgen.

Zweckmäßigerweise ist die Dichte der Lamellen im Außenbereich der Drahtelektrode größer als im Innenbereich. In einer Querschnittsansicht ist die Drahtelektrode kreisförmig ausgebildet, wobei mit dem Begriff „Außenbereich" der radial außenliegende Bereich der Drahtelektrode gemeint ist, der also dem zu schneidenden Gegenstand beim Schneidprozess zugewandt ist. Durch die höhere Dichte der miteinander verschränkten Lamellen ist die Härte der Drahtelektrode im Außenbereich vergrößert. Die Lamellen der a- Bereiche und die Lamellen der ß-Bereiche sind länglich ausgestaltet, wobei keine Vorzugsrichtung erkennbar ist, in der sich die Lamellen mit ihrer Längsrichtung erstrecken.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung besteht ß-Bereich zumindest teilweise aus einer ß/ß'-Phase, die in einer ß- Gefügestruktur und/oder ß'-Gefügestruktur vorliegt. Hierbei ist mit dem Begriff teilweise gemeint, dass jeder Bereich neben seinem überwiegendem Anteil, der beispielsweise größer ist als 95 Gewichtsprozent, Zusatzlegierungskomponenten aufweisen kann, auf die später noch genauer eingegangen werden wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung besteht jeder a-Bereich zumindest teilweise aus einer α-Phase, die eine a-Gefügestruktur ausbildet. Hierbei kann das Kupfer-Zink-Phasendiagramm zu Grunde gelegt werden, wobei jedoch die Phasengrenzen durch die Zusatzlegierungskomponenten zu höheren Zinkanteilen hin verschoben sind.

Gemäß einer diesbezüglich abweichenden Ausgestaltung der Erfindung besteht jeder α-Bereich zumindest teilweise aus α+β/β'- Mischkristallen, die eine α+ß-Gefügestruktur und/oder eine a+ß'- Gefügestruktur ausbilden. Vorteilhafterweise weist die Drahtelektrode wenigstens eine Zusatzlegierungskomponente mit einem Anteil von höchstens einem Gewichtsprozent auf. Die Zusatzlegierungskomponente ist beispielsweise Eisen, Nickel, Silizium, Mangan und/oder Zinn.

Vorteilhafterweise variiert der Anteil an Eisen von 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent, der Anteil von Nickel von 0,1 bis

0,5 Gewichtsprozent, der Anteil von Silizium von 0,1 bis

0,20 Gewichtsprozent und der Anteil von Mangan von 0,01 bis 0,20 Gewichtsprozent und der Anteil von Zinn von 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent.

Vorteilhafterweise beträgt der Gesamtanteil der Zusatzlegierungskomponenten, die nicht Eisen, Nickel, Silizium, Mangan oder Zinn sind, weniger als 0,2 Gewichtsprozent.

Vorteilhafterweise ist der Anteil aller Zusatzlegierungskomponenten kleiner als 3 Gewichtsprozent. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung kommt es zu einer nur leichten Verschiebung der Phasengrenzen der überwiegend aus Kupfer und Zink bestehenden a- und ß-Bereiche. Das Kupfer-Zink-Phasendiagramm kann daher auch solchen Legierungen zu Grunde gelegt werden. Bei den nicht genannten Zusatzlegierungskomponenten kann es sich um beliebige Legierungskomponenten, die üblicherweise bei der Herstellung von Legierung verwendet werden und dem Fachmann daher als solche bekannt sind.

Zweckmäßigerweise variiert der Anteil der α-Bereiche bezogen auf das Gesamtvolumen der Drahtelektrode von 30 Volumenprozent bis 70 Volumenprozent und der Anteil der ß-Bereiche von 30 bis 70 Volumensprozent. Vorteilhafterweise weist jeder α-Bereich einen Kupferanteil von über 60 Gewichtsprozent und einen Zinkanteil von weniger als 40 Gewichtsprozent auf.

Zweckmäßigerweise weisen die ß-Bereiche einen Kupferanteil von kleiner 60 Gewichtsprozent und einen Zinkanteil von größer als 40 Gewichtsprozent auf.

Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn jeder ß-Bereich einen Kupferanteil von über 50 Gewichtsprozent und einen Zinkanteil von weniger als 50 Gewichtsprozent aufweist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs- beispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und wobei

Figur 1 eine mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) erstellte

REM-Aufnahme eines Querschliffs eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Drahtelektrode,

Figur 2 eine vergrößerte REM-Aufnahme der Drahtelektrode gemäß

Figur 1 mit und

Figur 3 eine verkleinerte REM-Aufnahme der Drahtelektrode gemäß

Fig. 1 zeigen.

Figur 1 zeigt das Foto eines mikroskopisch vergrößerten Querschliffs eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Drahtelektrode 1. Der Querschliff wurde mit Eisenchlorid geätzt. Die untersuchte Drahtelektrode weist einen in Figur 1 nicht erkennbaren kreisförmigen Querschnitt auf mit einem Gesamtdurchmesser 0,25 mm. In Fig. 1 ist der Mittenbereich der Drahtelektrode 1 gezeigt. Durch das Ätzen eines Querschliffs sind in der Abbildung hellere a-Bereiche 2 und ein dunkler ß-Bereich 3 erkennbar. Die a-Bereiche 2 sind lamellenförmig ausgebildet und in dem ß-Bereich 3 eingebettet, der somit eine Matrix für die lamellenförmigen α-Bereiche ausbildet. Die ß-Bereiche 3 sind stärker verformt als die lamellenförmigen a-Bereiche 2. Demzufolge weisen diese teilrekristallisierten a-Bereiche 2 einen höheren Härtegrad auf. Durch die Ansicht eines metallographischen Schliffes im Lichtmikroskop fällt auf, dass in den ß-Bereichen 3 der Anteil der restlichen Schleifriefen deutlich größer ist als in den teilrekristallisierten a-Bereichen 2. Dadurch wird die Feststellung eines höheren Härtegrades der a-Bereiche 2 untermauert. Die lamellenförmige Struktur der a-Bereiche 2 unterscheidet sich deutlich von einer körnigen, globularen Struktur, die durch rundliche oder kugelförmige Körner gekennzeichnet ist. Figur 2 zeigt den Querschliff gemäß Figur 1 in einer noch weiter vergrößerten Darstellung, in der die Lamellen der a-Bereiche 2 noch deutlicher zu erkennen sind.

Die helleren a-Bereiche 2 bestehen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem α-Gefüge mit einem Kupferanteil von über 60 Gewichtsprozent. Die in Figur 2 dunklen ß-Bereiche 3 liegen als ß-Gefüge und/oder ß'-Gefüge vor mit einem Kupferanteil kleiner 60 Gewichtsprozent. Der Flächenanteil der a-Bereiche 2 an der gesamten Querschnittsfläche der gezeigten Drahtelektrode 1 beträgt etwa 45 Prozent.

Figur 3 zeigt ein weniger stark vergrößertes Foto des Querschliffs gemäß Figur 1 , auf dem sowohl der Mittenbereich der Drahtelektrode als auch ein Abschnitt des radial außen liegenden Außenbereichs erkennbar sind. Es ist ersichtlich, dass die Dichte der lamellenförmigen a-Bereiche 2 in dem Außenbereich der Drahtelektrode 1 größer ist als in deren Mittenbereich. Dies ist eine Folge einer Kaltverformung der Drahtelektrode, bei welcher diese auf ihren Enddurchmesser gezogen wurde. Auf Grund dieser Kaltverformung bilden im Außenbereich auch die ß-Bereiche 3 lamellenförmige Strukturen aus, die mit den ebenfalls lamellenförmigen a-Bereichen 2 verschränkt sind. Durch die Kaltverformung bildet sich daher eine Gefügestruktur aus, welche der Drahtelektrode insbesondere im Außenbereich eine gute Abriebfestigkeit verleiht. Das Dehngrenzverhältnis der in Figur 1 gezeigten Drahtelektrode beträgt 81 Prozent und deren Bruchdehnung etwa 2 Prozent. Damit hat die gezeigte Drahtelektrode ein gutes plastisches Verformungsvermögen, wodurch die Bruchgefahr beim Erodieren deutlich herabgesetzt wird.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die a-Bereiche 2 einen Kupferanteil von etwa 62 Gewichtsprozent sowie einen Zinkanteil von etwa 38 Gewichtsprozent auf, so dass überwiegend ein a-Gefüge ausgebildet wird. Ferner sind Zusatzlegierungskomponenten vorhanden. Die Zusammensetzung einer bevorzugten Drahtelektrode ist wie folgt: Kupfer 55 - 58 Gewichtsprozent, Zink 41 - 43, Eisen 0,2 - 0,3 Gewichtsprozent, Nickel 0,1 - 0,3 Gewichtsprozent, Silizium 0,01 - 0,08 Gewichtsprozent, Mangan 0,03 - 0,08 Gewichtsprozent, Zinn 0,2 - 0,5 Gewichtsprozent und Blei weniger als 0,1 Gewichstprozent.

Die erfindungsgemäße Drahtelektrode 1 ist beispielsweise bräunlich gelblich und ähnelt einer Bronzefarbe.