電極絲的種類與應用
發布時間：
2020-06-08
黃銅絲是線切割領域中第一代專業電極絲。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，當時對于厚度為50mm的工件，切割速度從12mm2/分鐘提高到25 mm2/分鐘。是什么使速度翻了一倍呢？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于熔點較低（420℃，而紫銅為1080℃）能夠改善沖洗性。在切割過程中，鋅由于高溫而氣化使得電極絲的溫度降低并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%后，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。
目前，市場上可選用的電極絲可分為以下幾類：
Ⅰ、黃銅絲
(1) 黃銅絲是線切割領域中第一代專業電極絲。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，當時對于厚度為50mm的工件，切割速度從12mm2/分鐘提高到25 mm2/分鐘。是什么使速度翻了一倍呢？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于熔點較低（420℃，而紫銅為1080℃）能夠改善沖洗性。在切割過程中，鋅由于高溫而氣化使得電極絲的溫度降低并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%后，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。
(2) 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。這是通過一系列的拉絲（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。
Ⅱ、黃銅絲的主要缺點：
(1) 加工速度無法提高：由于黃銅中鋅的比例一定，所以放電時的能量轉換效率無法進一步提高；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于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。同時由于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，由于沖洗性不良，會產生較大的直線度誤差（上下端尺寸誤差和鼓形差）。
此外，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，還會污染設備部件加大設備的損耗。
(1) 超凈型黃銅絲:針對普通黃銅絲表面銅份過多這一弊端，通過在后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。
Ⅳ、鍍層電極絲
由于低熔點的鋅對于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一層鋅，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一大步，并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優質黃銅絲快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，污染相關部件。
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：
Ⅴ、普通鍍鋅電極絲：
(1) 由于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。但是鍍鋅后再拉絲，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，可以看到一些淺黃色相間其中，這就是所謂“露銅”現象。這類電極絲雖然價格比較便宜，只比黃銅絲稍貴一些，但是采用的人不多。
Ⅵ、高精度加工用鍍鋅電極絲：
(1) 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。切割速度一般可以比黃銅絲快30%左右。這種電極絲的剖面見。常見的品牌有德國Berkenhoff公司的COBRA CUT A、MEGACUT A，德國Heinrich Stamm公司的STAMMCUT ZC900和ZC950等等。
(2) 韓國OPEC公司的ZINCO系列鍍鋅電極絲，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、歐洲和中國的發明專利。該工藝的特點是先將黃銅芯材拉制到了接近最后直徑的時候進行鍍層，然后再拉絲。其鍍層由多層銅鋅合金組成，鋅的比例從里到外呈梯度漸變，以外層的鋅為最多，且表面是有利于改善沖洗性能的微觀多孔結構。這種電極絲已為線切割機制造商Sodick和Agie-Charmilles所采用。同時也是目前國內最暢銷的鍍鋅電極絲。
(3) 今年開始韓國有幾家電極絲制造商也在嘗試用電鍍的方法生產鍍鋅電極絲，如果能形成批量進入市場的話，相信會給國內用戶帶來更多的實惠。
Ⅶ、高速度加工用鍍層電極絲
(1) 這種電極絲以擴散退火工藝制作，是一種復合電極絲，有較厚的含有50%的鋅和50%的紫銅的鍍層。這種鍍層需經過一系列的熱處理過程，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，它最后經過一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，它有助于改善沖洗性。這種電極絲的切割速度是目前最快的。常見的品牌有COBRA CUT D、BRONCO CUT X、MEGACUT D、SWX、STAMMCUT Xi等。
(2) 韓國OPEC公司針對Charmilles的線切割機研制的HUNT-X電極絲，雖然不是采用擴散退火工藝，但是其切割性能與這類電極絲非常相似，也屬于高速電極絲，可以用于對速度有較高要求的加工。
Ⅷ、高難度加工用鍍層電極絲
(1) 鋼芯電極絲是一種復合絲。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于黃銅絲了。但是，由于港的導電性能不好，因此在鋼芯外面包了一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。
(2) 對于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。
(3) 高厚度加工：一般來說，當加工的工件較厚時（通常超過100mm以上），加工速度明顯降低，并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。
(4) 沖水不良狀態的加工：例如大斜度加工、工件厚度不規則，變化范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。
Ⅸ、工件材料難以加工：例如石墨、銅、鋁合金等較難切割的材料。
(1) 常見的品牌有：日本FUJIKURA公司的COMPEED鋼芯電極絲。
(2) 超精密加工用電極絲
(3) 黃銅絲或鍍層絲的直徑一般在0.30mm至0.07mm之間。而對于一些電子、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一般電極絲的2倍，高達2000 N/mm2以上。常見的品牌有德國的MICRO CUT,日本的SPWire。
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