1、黃銅絲
黃銅絲是線切割領域中*代專業電極絲。1977年,黃銅絲開始進入市場。這種電極絲曾帶來了切割速度上的突破,當時對於厚度為50mm的工件,切割速度從12mm2/分鐘提高到25 mm2/分鐘。是什麽使速度翻了壹倍呢?黃銅是紫銅與鋅的合金,最常見的配比是65%的紫銅和35%的鋅。當時發現黃銅絲中的鋅由於熔點較低(420℃,而紫銅為1080℃)能夠改善沖洗性。在切割過程中,鋅由於高溫而氣化使得電極絲的溫度降低並把熱量傳送到工件的加工面上。理論上講,鋅的比例越高越好,不過在黃銅絲的制造過程中,當鋅的比例超過40%後,電極絲的α單相結晶結構變成了α和β雙相結晶結構。這時材料變得太脆而不適合把它拉成直徑很小的細絲。
黃銅絲可以有不同的拉伸強度來滿足不同的設備和應用場合。這是通過壹系列的拉絲(淬火作用)和熱處理(退火)工序來實現的。普通黃銅絲的拉伸強度在490-900N/mm2之間。
黃銅絲的主要缺點:
(1) 加工速度無法提高:由於黃銅中鋅的比例壹定,所以放電時的能量轉換效率無法進壹步提高;以0.25mm黃銅絲切割30-60mm厚的鋼材為例,國內很多用戶的主切速度都在120mm2/分鐘左右。
(2) 表面質量不佳:黃銅絲表面的銅粉和放電時由於電極絲表層氣化而帶出的銅微粒會積存在工件的加工面上形成表面積銅。同時由於沖洗性不好而在工件表面產生較厚的變質層,這些都會影響工件的表面硬度和粗糙度;
(3) 加工精度不高:特別是在加工較厚的工件時,由於沖洗性不良,會產生較大的直線度誤差(上下端尺寸誤差和鼓形差)。
此外,由於價格競爭的原因,目前國內的低價黃銅絲普遍存在著各種質量問題,例如因采用的銅材胚料材質不良以及拉絲設備和工藝上的原因導致黃銅絲表面銅粉較多,截面幾何誤差太大等等,這些都會導致放電穩定性下降,嚴重影響加工速度和質量。同時,還會汙染設備部件加大設備的損耗。
黃銅絲的應用場合:
(1)加工量不足,不是24小時開機的用戶。因為加工效率對於這些用戶來說不是主要問題;
(2)對加工精度特別是表面質量要求不高的用戶;
(3)以加工小尺寸、薄厚度為主的用戶。因為工件裝夾調整的時間占總加工時間的比例較高,切割時間較少,對加工效率的影響不明顯。
(4)工件的材料硬度不高或厚度不超過80-100mm。
雖然隨著各種更好性能的鍍層電極絲的出現和普及,黃銅絲的市場份額呈不斷下降的趨勢,但是,由於它成本低廉,並且能滿足普通的加工需求,因此還會繼續得到廣泛的應用。同時,市場上還出現了壹些在性能上有不同程度改善的且價格低於鍍層電極絲的新型黃銅絲:
(1)超凈型黃銅絲:針對普通黃銅絲表面銅份過多這壹弊端,通過在後道工序中增加特別的清洗工藝而制成;
(2)超硬型黃銅絲:通過在黃銅中加入其他微量元素,使黃銅絲的拉伸強度高達1200 N/mm2。這種絲在加工超厚或超硬工件時可以改善加工精度和速度;
(3)高速型黃銅絲:將黃銅中鋅的比例加大到極限的40%,可以改善沖洗性,提高切割速度。但是,其切割速度還是比鍍鋅電極絲要慢。
2、鍍層電極絲
由於低熔點的鋅對於改善電極絲的放電性能有著明顯的作用,而黃銅中鋅的比例又受到限制,所以人們想到了在黃銅絲外面再加壹層鋅,這就產生了鍍鋅電極絲。1979年瑞士幾位工程師發明的這種方法,使電極絲的發展向前邁進了壹大步,並導致了更多新型鍍層電極絲的出現。
鍍層電極絲的主要優點:
(1)切割速度高,不易斷絲。品質好的鍍鋅電極絲切割速度可比黃銅絲快30-50%,目前廣東地區很多用戶采用0.25mm的鍍鋅電極絲,切割速度平均在150-180mm2/分鐘。
(2) 加工工件的表面質量好,無積銅,變質層得到改善,因此工件表面的硬度更高,模具的壽命延長。
(3) 加工精度提高,特別是尖角部位的形狀誤差、厚工件的直線度誤差等均比黃銅絲有改善。
(4)導絲咀等部件的損耗減小。鋅的硬度比黃銅低,同時鍍鋅絲不象黃銅絲那樣有很多銅粉,所以不容易堵塞導絲咀,汙染相關部件。
鍍層電極絲生產工藝主要有浸漬、電鍍和擴散退火這三種方法。電極絲的芯材主要有黃銅、紫銅和鋼。鍍層的材料則有鋅、紫銅、銅鋅合金和銀。目前市場上較為成熟的這類電極絲按應用區分主要有以下幾種:
普通鍍鋅電極絲:
由於浸漬這種工藝相對比較簡單,所以很多電極絲制造商都采用這種方法來生產鍍鋅電極絲。但是鍍鋅後再拉絲,其最大的問題是無法控制鍍層的均勻性,所以用這種工藝生產的電極絲放電性能不夠穩定,速度只比黃銅絲提高不到10%。有些品質較差的鍍鋅電極絲其顏色往往不是均勻的銀灰色,可以看到壹些淺黃色相間其中,這就是所謂“露銅”現象。這類電極絲雖然價格比較便宜,只比黃銅絲稍貴壹些,但是采用的人不多。
高精度加工用鍍鋅電極絲:
這類電極絲多是采用電鍍的方法,所以可以較好的控制鍍鋅層的厚度,放電性能穩定,不易斷絲,適合四次切割以上的精密加工。切割速度壹般可以比黃銅絲快30%左右。這種電極絲的剖面見。
鍍鋅電極絲,雖然也是采用的浸漬工藝,但是其工藝方法與眾不同,申請到了美國、日本、歐洲和中國的發明。該工藝的特點是先將黃銅芯材拉制到了接近最後直徑的時候進行鍍層,然後再拉絲。其鍍層由多層銅鋅合金組成,鋅的比例從裏到外呈梯度漸變,以外層的鋅為最多,且表面是有利於改善沖洗性能的微觀多孔結構。
高速度加工用鍍層電極絲:
這種電極絲以擴散退火工藝制作,是壹種復合電極絲,有較厚的含有50%的鋅和50%的紫銅的鍍層。這種鍍層需經過壹系列的熱處理過程,其顏色因鍍層擴散而從亮銀色變為黃褐色。這種電極絲的芯為α結構而鍍層則為β結構,它最後經過壹道拉伸加工通過冷壓把鍍層壓進芯材中。擴散過的電極絲表面是多孔的,它有助於改善沖洗性。這種電極絲的切割速度是目前最快的。
高難度加工用鍍層電極絲:
鋼芯電極絲是壹種復合絲。它由鋼制的芯加上中間的紫銅鍍層和外面的黃銅鍍層組成。鋼芯在常溫下的拉伸強度與黃銅絲差不多,但是隨著溫度的升高黃銅絲的拉伸強度迅速降低,而鋼的拉伸強度則高於黃銅絲了。但是,由於港的導電性能不好,因此在鋼芯外面包了壹層紫銅用以提高電導率。而外面的黃銅層則起到了改善沖洗性能的作用。
對於難度較高的線切割加工,雖然采用較粗直徑(0.30mm)的電極絲,或采用鍍鋅電極絲可以使情況有所改善,但是要想達到較高的加工要求,最佳的選擇就是這種鋼芯電極絲了。
1、高厚度加工:壹般來說,當加工的工件較厚時(通常超過100mm以上),加工速度明顯降低,並且加工面的直線度誤差會很大。此時采用鋼芯絲加工,可以明顯改善速度和精度。
2、沖水不良狀態的加工:例如大斜度加工、工件厚度不規則,變化範圍較大的加工和多個工件疊加起來的加工等等。沖水不良容易造成斷絲,加工速度因而下降。同時,也會導致二次放電增加,影響表面質量。
3、工件材料難以加工:例如石墨、銅、鋁合金等較難切割的材料。
超精密加工用電極絲:
黃銅絲或鍍層絲的直徑壹般在0.30mm至0.07mm之間。而對於壹些電子、光學和鐘表行業的微細零件或超精密的加工,要求電極絲的直徑在0.10mm至 0.03mm。過去這種電極絲是采用鎢絲或鉬絲制作的,價格非常昂貴。現在則普遍采用高拉伸強度的鋼絲(100碳鋼琴線)外面加鍍黃銅來制作,俗稱“鋼琴線”。這種電極絲的拉伸強度為壹般電極絲的2倍,高達2000 N/mm2以上。