线切割加工中电极丝的选用

金属狂人

电火花加工作为一种特种精密加工技术，近年来得到了迅速的发展。特别是慢走丝线切割加工，已经成为模具制造和金属加工行业必不可少的加工手段。线切割技术的发展，离不开电极丝技术的同步发展。因为线切割机的切割效率和切割质量与电极丝的性能紧密相关，而电极丝技术的突破往往会导致线切割机设计的革新。从1979年镀锌电极丝的发明到今天，市场上不断出现了各种各样比普通黄铜丝性能更好的电极丝，电极丝的正确选用已经成为使线切割机的性能得到最大限度的发挥并为用户创造更多利润的关键。现在，在欧美和日本等发达国家，以镀锌电极丝为主的高性能电极丝正在逐渐取代放电性能受到很大局限的黄铜丝。同时，除了早已将镀锌电极丝作为标准配置的线切割机制造商Agie和Charmilles外，现在Mitsubishi和 Sodick公司也在最新的机型上增加了采用镀锌丝的模式和加工参数，使这些设备的切割速度较之采用黄铜丝有30%~50%的显著提升。但是在国内，前几年由于欧洲进口的镀锌电极丝价格较高，不仅几乎所有的日本、台湾和国产慢走丝机的用户都只用黄铜丝，一些本来使用镀锌电极丝的Agie机和 Charmilles机用户，也改用了“便宜”的黄铜丝，造成了相当多的用户以为“电极丝就是黄铜丝”这一行业内的误区。有不少国内的用户在引进最新高性能的线切割机的同时，忽视了电极丝的重要性，以为它只不过是一种普通的消耗品。不管什么机型或加工要求，黄铜丝都以其低廉的价格似乎成了唯一的选择。从2002年起，来自韩国的性价比较好的镀锌电极丝在广东地区为不少用户所采用，取得了明显的效益，至2003年行业内越来越多的用户开始关注镀锌电极丝的应用，“不同的加工，采用不同的电极丝”这一概念开始为精明的线切割用户所接受。实际上现在的线切割加工有着比过去更多的变化，从加工材料、切割速度、轮廓精度、表面质量到工厂的运行模式等等。对于这些相互起作用的变数来说，只有选择合适的电极丝才能使工厂对加工效率、加工成本和加工质量整体进行优化。 0 R9 F* \, B7 y* y Z$ S" U　　一、电极丝的性能高性能的电极丝必须是各种有用特性的有机组合，那么电极丝有哪些有用的特性呢？ 　　1、电气特性现代线切割电源对电极丝提出了严格的要求。它要能承受峰值超过700安培或平均值超过45安培的大切割电流，而且能量的传输必须非常有效，才能提供为达到高表面光洁度（0.2Ra以上）所需的高频脉冲电流。这取决于电极丝的电阻或电导率。紫铜是电导率最高的材料之一，它被用来作为衡量其他材料的基准。紫铜的电导率标为100%IACS（国际退火紫铜标准），而黄铜的电导率为20%。 ' t/ C" v4 z6 i6 [ 　　2、机械特性拉伸强度：拉伸强度是衡量材料在受到径向负荷时抵抗断裂的能力。它是用单位截面积所能承受的重量来标度的，如英制的PSI（磅/平方英寸）或公制的N/mm2(牛顿/平方毫米)。紫铜属于拉伸强度最低的材料（245N/mm2），而钼则最高（1930N/mm2）。电极丝的拉伸强度取决于材料的选择以及各种热处理和拉伸处理工艺。电极丝有时被分为“软丝”和“硬丝”，对于不同的设备和应用来说，各有其长处。记忆效应：这与电极丝的“软”或“硬”直接相关。软丝抽离线轴时没有恢复成直线的记忆能力，所以无法用于自动穿丝，但这对切割来说并没有影响，因为加工时电极丝上是加了张力的。软丝适用于上、下导丝咀不能倾斜的设备进行超过7度的大斜度切割。而硬丝则是自动穿丝机的最佳选择，同时因为拉伸强度高，其抵抗因切割时电流和冲洗力造成丝的抖动的能力较强。延伸率：延伸率是切割加工中由于张力和热量引起电极丝长度变化的百分比。软丝的延伸率可大到20%，而硬丝则小于2%。软丝在斜度加工时，延伸率高的电极丝能更保证斜面的几何精度，并且较软的电极丝在导丝咀中滑动时产生的震动也较小。不过电极丝进入切割区后软丝的抖动程度比硬丝大，所以还得折中考虑。 " W2 n* y5 Q2 K; T+ g1 Y# |. W 　　3、几何特性在线切割技术发展的早期（1969年到七十年代中期），对电极丝几乎没有做任何的研究，用的是现成的电机和电缆上的紫铜丝。而今天，高效率高精度的线切割机要求电极丝具有误差极小的几何特性。电极丝制造的最后工序是采用多个宝石拉丝模来得到光滑、圆度极好、丝径公差为+/-0.001mm的成品。另一方面，还有一些电极丝却特意设计成具有相对粗糙的表面，可以提高切割速度。 　　4、热物理特性电极丝的热物理特性是提高切割效率的关键。这些特性是通过合金成分的配比或基础芯材的选择来确定的。熔点：电极丝的熔点是一项重要的指标。由于电极丝通过导丝咀时的机械运动，以及冲洗力和放电等因素，电极丝在切割时是有抖动的。这将造成无数次的极小的短路，使切割过程减慢。电极丝工作时如果在外径上能够损耗一些，这样它在面对切口方向的空隙可以防止或减少短路效应。同时它在背对切口方向的空隙有助于改善冲洗作用，可以更好的去除加工废屑。电极丝外径的损耗不会影响加工精度，因为新的电极丝在不断的进给。这是冶金学家在研究电极丝的冲洗性时要考虑的材料的两个特性之一。气化压力：电火花切割时会产生大量的热量，其中的一些热量被电极丝吸收走了，这会降低切割效率。如果太多的热量损耗在电极丝上，电极丝就会因过热而熔断。因此需要电极丝表面能够快速气化，在电极丝得到冷却的同时把热能释放到工件上。材料受热达到熔点后就会气化，产生气化压力。熔点低的材料更容易气化。电极丝所应该具有的另一个特性就是低熔点和高气化压力，可以帮助把废渣吹离切缝。这就是电极丝冲洗性好所应该具备的另一个特性。当电极丝和工件在切割表面处是气化而不是熔化时，产生的是气体而不是熔化的金属颗粒。这反过来又改善了冲洗过程，因为要冲走的颗粒少了。 　　二、电极丝的种类与应用目前，市场上可选用的电极丝可分为以下几类： + D' j" l& ]- P3 A* t! ~- q　　1、黄铜丝黄铜丝是线切割领域中第一代专业电极丝。1977年，黄铜丝开始进入市场。这种电极丝曾带来了切割速度上的突破，当时对于厚度为50mm的工件，切割速度从12mm2/分钟提高到25mm