怎样选用电极丝

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随着中国经济列车的高速前进，机械加工工业的蓬勃发展，慢走丝线切割电火花加工作为一种特种精密机械加工技术，近年来也得到了迅速的发展，特别是慢走丝线切割加工，已经成为模具制造和金属机械加工行业提高加工效率与质量必不可少的～种加工方法。线切割技术的发展，离不开电极丝技术的同步发展，现在国际上所流行的慢走丝机床的设计理念是根据电极丝的性能来设计的，而电极丝技术的突破住往会带动线切割机设计的革新。从最初使用的无氧铜丝切割到现在的复合线进行切割，惺走丝切割的发展经历了从低效率、低质量到高效率、高质量、自动化、专业化生产的～个漫长的历程。中国的线切割技术发展是在逐步引进吸收国外先进技术的基础上发展起来的，从最早的快走丝、中走丝加工到现在已经逐渐在普遍使用的慢走丝加工，经历了一个从低到高的发展历程。从上世纪七八十年代镀锌电极丝的发明到今天，市场上已经出现了各种各样的电极丝，比如普通黄铜电极丝、镀锌电极丝、钼丝、钨丝、复合丝（里层为钢丝，外表为铜等）。
4 k) l1 E3 d& U, `- U　　真正的慢走丝技术进入中国是在90年代初，而最早使用慢走丝加工的厂家是在珠三角的几家外商独资企业，对于一项新技术的革新到普及，经历了从引进吸收到自产的摸索之路，因为当时中国的有色金属加工技术还不成熟，所使用的原材料依赖进口，故在二十世纪之前的发展速度一直很慢，进入2000年之后，随着中国；台炼、机械加工技术的发展，电极丝的发展才呈逐渐加速之势。随着中国在加入WTO之后进出口开放程度的逐年增加，从国外进口过来的电极丝类型也越来越多，给我们广大的使用者带来了不知道如何选择的难题，要知道，电极丝的正确选用是提高加工质量、发挥机床效率、减少人工成本的关键所在。
　　现在，在西方发达国家，电火花加工已经逐渐向高速度、高质量方向发展，而中国仍处在一个较低的发展水平上。在中国最近几年引进的切削机床中，包括国产的慢走丝切割设备，也逐渐的加入了除普通黄铜电极丝之外的其它类型电极丝的使用参数，而使用者经常是用普通黄铜电极丝来加工，也常常导致机床效率发挥不出来的弊端。众所周知，因为前几年复合电极丝的成本比普通黄铜电极丝的成本高很多，几乎所有的欧洲、日本和台湾慢走丝机的用户都只用普通黄铜电极丝，一些原本使用镀锌电极丝机床的用户，也改用了价格便宜的黄铜丝，导致相当多的使用者误以为‘‘电极丝就是黄铜做的”。有不少使用者在引进高性能线切割机的同时，却忽视了对选择电极丝类型重要性的考虑，以为它只不过是一种低值消耗品，不管什么机型或加工状况，普通黄铜电极丝都以其低廉的价格似乎成了唯一的选择。而现在随着使用者技能的不断提升、慢走丝切割技术在机械加工行业内的逐渐普及，发现在使用镀锌电极丝等复合电极丝的时候，机床发挥的效率会更大，所加工出来的工件的精度也越高。从二十世纪后的几年到现在，越来越多的使用者开始尝试高性能的黄铜丝、镀锌电极丝等复台电极丝，并且逐渐认识到不同的加工条件选用不同类型的电极丝，其效果会更好。电极丝就是黄铜做的这一认识的误区也逐渐被打破。这从另外一方面也反映出，中国的技术引进从原来的照抄照搬发展到现在的吸收创新，同时在国内也出现了能够独立研发、生产电极丝的企业。
　　一种新技术的引进，要经过模仿、吸收、消化、创新这一过程，从最初的合65％的铜，35％的锌，这一中国国家标准里的H 65普通黄铜，到现在逐渐开发出且被用户越来越多使用的含锌量更高的黄铜，如H63、H62，发现切割效率和切割质量会越高，从理论上认识到了在切割过程中真正起作用的是锌。因为普通黄铜是铜锌合金，其中铜的熔点是1083 5度，锌的熔ZZ419 5度，在切割过程中，由于高温放电的作用，切割线在瞬间会达到2000多度以上的高温，从而锌会气化，由于锌气化会把切割中放电产生的能量带到切割金属的表面并改善冲洗效果，同时锌气化所产生的蚀物吹走。从这一理论研究发先，电极线中锌含量越高，切割效果会越好，但是从有色金属加工学上来讲，当锌的比例超过40%后，电极丝的α单相结晶组织变成了有α和β组成的双结晶组织，这时材料变的太脆而不适合把它加工成直径很小的细丝。因此普通黄铜电极丝在普遍追求高效率切割的今天受到了加工工艺方面的限制，这样就滋生了有其他特殊性能的电极丝。电极丝分为如下几种：
　　1.普通黄铜电极丝
　　这种电极丝是铜锌二元合金，因_手。黄铜中锌含量的限制，它的切割速度会受到制约，而随着黄铜中锌含量增多，其切割度也会有小的提升，但它的提升速度是有限的。这种电极丝一般被现在的国内普通用户所使用，而掉铜粉、断线是这种电极丝使用过程中经常遇见的普遍现象。
9 P' l: t  X6 c- j& g" d　　2. 镀锌电极丝
　　芯材为普通黄铜，外面镀一层锌，由于锌在切割过程中的气化作用，这种电极丝的放电会比较稳定，切割表面会比普通黄铜丝光滑。国际上比较成熟的制造国家主要分布在欧洲，目前国内也有个别厂家能够生产。但是这种电极丝在使用过程中常见的问题是掉粉问题，国内外生产厂家同样面临。
　　3.速度型镀层电极丝
　　芯材为普通黄铜，镀层为铜锌合金，厚度比普通镀锌电极丝的镀层要厚一些。这种镀层电极丝的速度比普通镀锌电极丝的切割速度要快，适合于高效率的加工，目前这种电极丝只能在国外制造，中国由于受技术的限制还不能生产，尚处在开发阶段。
2 Z$ x; M$ p) L+ g4 r4 Z6 G　　4.扩散退火型电极丝
　　研究发现，表面有均匀小坑洞的电极丝会改善电极丝的放电冲洗效果，应运而生，就产生了这种表面多孔结构的电极丝。扩散退火型电极丝芯材为无氧铜，并通过扩散退火在外层包一层铜锌合金，其中铜和锌的比例为1：1，由于芯材为无氧铜，表层是采用扩散退火形成的多孔结构，故这种电极丝的冲洗效果比常规的电极丝要好。但是无氧铜本身的抗拉强度较低，用这种铜作芯材制造成的电极丝强度也很低，只有500MPA，目前这种电极丝只适合于特殊机床的特殊加工。
　　5.钢芯电极丝
　　芯材为钢丝，表层镀纯铜再镀黄铜，也有直接镀黄铜的，因为这种电极丝的芯材为羽，故在高温下这种电极丝的强度会比以上四种电极丝的强度高许多，这种电极丝特别适合于在困难条件下的加工，如超厚、大斜要、多层、冲水不良、石墨、单晶硅等难加工物质。
　　6.精细型电极丝
2 ^7 F( a+ o8 j: P, E　　一般的电极丝直径最小能到0.07mm对于要求有小a角的精细加工，a角的直径要求达到0.02mm时，就选用钨或者钼属于稀有金属来制造这种超细的电极丝了，因为钨或者钼属于稀有金属而加工难度又比较大，经常采用下述的第七种电极丝来代替。
　　7.钢琴电极丝
- S. \+ A/ n4 W, V/ ]: B, P( s　　这种电极丝因为芯材为制造钢琴用的高碳钢，所以又叫钢琴丝。这种电极丝的组成为：芯材为高碳钢，表层镀黄铜，也有再镀锌的。高碳钢比较便宜，因此这种电极丝经常代替上述第六种的电极丝。高碳钢丝经多道次的加工及热处理，强度同样会达到钨或钼丝的强度。
　　现阶段，中国精密模具与机械精密制造加工还是一个新型的行业，很多新技术的使用还处在尝试阶段。上述第3～7种在实际使用中中国还很少采用，而我们的使用者经常使用的电极丝只有黄铜丝和镀锌电极丝两种，针对上述两种电极丝使用过程中经常出现的断线问题做下述的分析，以指导用户正确使用。
　　1.观念上的错误
　　实际在使用电极丝的过程中，用户或者切割师傅总是以为断线是因为电极丝强度低而被拉断的，他们也认为强度低的电极丝容易断线，其实真正的断线不是因为电极丝的强度低造成的，而是因为其韧性不足引起的。如前所述，慢走丝电火花切割的实质是靠放电腐蚀来切割金属的，放电时在电极丝表面形成放电腐蚀坑洞是电极在切割时断线的最根本原因。从操作层面上来说，拉伸强度越高越好，因为从电极丝加工方面来说，强度越高电极丝的直度会越好，而这样的电极丝在操作师傅使用时，越容易穿丝，如果从提高操作层面来提高拉伸强度，那最后的结果是放电性能的下降，因此现在也有一些电极丝生产企业在开发一种既有高的抗拉强度同时放电性能也不被降低的电极丝。那么现在在市场上大量出现的抗拉强度只有450MPa的电极丝，是不是因为强度低而被经常拉断呢？实际情况并非如此。
　　2.断线的本质
　　从断裂力学的研究方向看，断裂是由于裂纹源扩展到一定程度，最后突然断裂的。放电时，电极丝表面会因为放电腐蚀的作用在表面形成许许多多的坑洞，同时电极丝也受到电火花或者排屑的冲击，切割过程所形成的小坑洞中的几个受力最小的会因为断裂韧性不足而发生断裂，即断线。
) r6 f& l7 h$ m% V/ ]8 H　　3.电极丝放电加工过程冲水的作用
) _/ m1 y9 c$ t+ \　　试想一下，慢走丝机床通常所用的易损材料有树脂、过滤器、电极丝等，其实前两种的主要作用是来处理水的，可见水在电火花加工过程中的作用确实很重要。放电过程中形成的小坑与很多因素有关，其中最重要的一个影响因素是冲水，冲水的效果直接影响了电极丝和工件之间间隙的气体特征，当然冲水还容易把电腐蚀产生的废屑排走，这些在机床上往复循环利用的水是靠树脂、过滤器来清洁和过滤的，以此保证电极丝的气化特征不被降低。当然水还可以带走在放电过程中产生的热量。
　　4.廉价电极丝的问题
- d* G; l1 M6 y% W　　中国是一个铜资源严重匮乏的国家，经济的发展离不开对铜资源的需求，因此最近两年中国越来越面临铜荒。现阶段我国使用的电极丝，95％以上是用普通黄铜制作的，而黄铜中通常含有60％～65％的铜，随着最近两年的铜价越来 高。