一种单向走丝电火花加工用电极丝及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种单向走丝电火花加工用电极丝，包括芯材和壳层，所述壳层包括包覆于芯材表面的快放电切割层、设置在电极丝表面的低损伤精修层以及设置在该快放电切割层与低损伤精修层之间的润滑间隙；所述快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为45～65％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质；所述低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为80％～100％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质；还涉及该电极丝的制备方法。与现有技术相比，本发明专利技术中的电极丝能实现快速放电切割，实现低损伤磨蚀加工，保证工件达到规定的质量要求，有效提高加工精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电火花加工
，尤其涉及一种单向走丝电火花加工用电极丝及其制备方法。
技术介绍
根据电极丝运行速度的不同，电火花加工用电极丝分为慢走丝电极丝和快走丝电极丝，其中慢走丝电极丝在电火花加工中作低速单向运动，因此又称为单向走丝电极丝，其速度一般低于0.2mm/s，精度达0.001mm级，表面质量接近磨削水平。随着航空、航天、军工、汽车、半导体等关键制造领域的发展,尤其是精密模具制造业的迅速发展,对各类高、中、低档慢走丝电火花线切割机床的需求量不断提高,市场竞争也日趋激烈,同时也刺激了线切割机床制造厂商对电火花线切割机床性能及功能的提升,促进了单向走丝电火花线切割技术的进一步发展。慢走丝线切割技术(即单向走丝线切割技术)与快走丝线切割技术相比,具有更好的加工效率、加工精度以及加工表面，因此为现代制造业所广泛认知与采用。此外，多次切割技术是提高慢走丝电火花线切割加工精度及表面质量的根本手段，是设计制造技术、数控技术、智能化技术、脉冲电源技术、精密传动及控制技术的科学整合。一般情况下，多次切割技术通过一次切割成形、二次切割提高精度以及三次以上切割提高表面质量，甚至为达到高质量的表面，多次切割的次数需高达7～9次。例如多次切割包括粗割和精修；其中，粗割是指从整块材料上切下工件的轮廓，由于待切割材料量的关系，粗割是最费时的；但是粗割获得的工件，高能放电会造成不平坦的表面，在很多高端应用领域精度不够，这就需要一次或多次的后切割，称之为“精修”，精修就是对工件进行精加工，从而将工件表面磨光，并且将与轮廓不相符的部分磨掉，这只需要释放少量能量就能达到，从而使工件达到规定的质量，例如平行度，表面粗糙度，尺寸精度等，精修的次数主要以工件所需要达到的质量为准。因此，许多厂家为了进一步提升慢走丝电火花线切割机床的性能,专注于慢走丝电火花多次切割加工工艺的研究,同时配备较为丰富的多次切割加工工艺数据库,可使慢走丝电火花线切割机床根据工件材料、厚度及加工要求自动调用脉冲参数、运丝速度、切割速度等工艺参数,自动化程度有较大提高,大大提高了慢走丝电火花线切割机床的加工精度和加工表面。众所周知，慢走丝的加工原理如下：工具电极(电极丝)和工件之间加上脉冲电压，两者在绝缘介质液体中到达一定的间隙击穿形成放电通道，产生火花放电，放电时在局部产生瞬时高温(8000℃～12000℃)使金属材料熔化，甚至气化并被液体介质带走，脉冲电源不断地发出电脉冲形成一次次火花放电将工件材料不断去除。放电加工时工件表面温度高达10000℃，上层材料承受极高温度被蒸发，下层之熔融材料则被放电所产生压力冲除。大约15％的熔融材料被加工液冲除，未被冲除之材料则仍然附着于工件表面形成再铸层。工件(钢材)材料经放电加工后截面呈现三个区域:一是基体金属，指未改变金相组织和性能的原来基体的金属；二是热影响层，位于基体金属上面的由于热作用改变了基体金属金相组织和性能的一层金属；三是再铸层，位于工件表层，热影响层上面，再铸层为快速淬火结构。再铸层存在着放电加工所造成的微缺陷如微孔、球状颗粒以及微裂纹等，因此再铸层存在的区域可视为加工损伤区，再铸层的上表面可视为电火花加工表面。电火花加工时金属的蚀除分熔化和气化两种，宽脉宽作用时间长，容易造成熔化加工，使工件表面形貌变差，加工损伤区增厚，内应力加大，易产生裂纹；当脉宽小到一定值时，作用时间极短，形成气化加工，可以减小加工损伤区厚度，改善加工表面，减小内应力，避免裂纹产生。由上可见，作为工具电极的电极丝是单向走丝线切割机床实现放电必不可少的核心单元,电极丝的组成及结构对慢走丝线切割的加工效率、加工精度以及加工表面的影响至关重要，即单向走丝电火花线切割加工技术的发展，离不开电极丝发展。然而，目前国内单向走丝电火花线切割加工用电极丝普遍存在着精度不高、切割质量不高，以及工件平行度、表面粗糙度、尺寸精度、工件损伤等问题，进而制约着我国高端制造业的发展。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是针对现有技术而提供一种高精度、低损伤的单向走丝电火花加工用电极丝。本专利技术所要解决的第二个技术问题是针对现有技术而提供一种上述单向走丝电火花加工用电极丝的制备方法。本专利技术解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种单向走丝电火花加工用电极丝，包括芯材和壳层，所述芯材的材质为铜锌合金，其特征在于，所述壳层包括包覆于芯材表面的快放电切割层、设置在电极丝表面的低损伤精修层以及设置在该快放电切割层与低损伤精修层之间的润滑间隙；所述快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为45～65％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；所述低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为80％～100％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％。作为优选，所述润滑间隙中附有金属氧化物，该金属氧化物由90％～100％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；润滑间隙中附有金属氧化物，具有以下技术效果：(1)在电场作用下，不断地聚集工作液中OH-离子，减少工件上OH-离子的聚集，从而防止工件材料的氧化，同时降低工作液电导率，以提高工作液电阻，加工间隙容易产生火花放电，加工稳定、易于控制，从而提高加工表面综合质量；(2)能快速地形成电桥，起到电桥作用，减小点火延时，增大放电频率，有利于粗割时实现快速放电切割；(3)影响加工精度的因素很多，除机床的机械精度和运丝系统的稳定性外，加工间隙中放电时的爆炸力和高压水在加工缝隙中向加工路径后方的压差推力对电极丝的滞后作用，也会造成电极丝实际运动轨迹偏离数控代码的预定轨迹，具体体现在加工小圆弧时实际圆弧直径偏小、加工拐角处出现塌角，影响到加工质量和精度。因此，为了提高拐角切割精度，本专利技术润滑间隙中的氧化物与其所在的润滑间隙配合，可以有效控制精修时的加工能量，即在拐角或小R处实时降低加工电流、降低工作液压力、增大电极丝张力、同时适应控制加工速度等以降低电极丝的滞后影响，从而提高拐角和R角等微细部位的加工精度，避免由电极丝的滞后会带来“鼓肚”、“凹心”、“塌角”等加工缺陷。作为优选，所述润滑间隙沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层周向的1/1600～1/80圆周，其深度为沿直径方向的1/50～1/5壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度为润滑间隙宽度的1/2～2倍。设置均匀而不连续的润滑间隙可使电极丝的抗拉强度达到800～1050MPa，从而满足切割对力学性能的要求；另外，润滑间隙的间隔分布使得切割放电间隙迅速注入有效工作液，有利于把电蚀产物迅速带出，并为下一个脉冲放电创造更好的环境，有利于加工速度。进一步，所述快放电切割层厚度为10～25μm、所述低损伤精修层厚度为0.8～5μm，所述润滑间隙的深度为1～5μm。快放电切割层主要用于快速从整块材料上切下工件的轮廓，为了尽可能缩短工作时间，需选择较厚的快放电切割层和较高的放电能量进行加工，从而保证该切割层不会在粗割放电中完全用尽，因此本专利技术中快放电切割层厚度优选10～25μm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单向走丝电火花加工用电极丝，包括芯材和壳层，所述芯材的材质为铜锌合金，其特征在于，所述壳层包括包覆于芯材表面的快放电切割层、设置在电极丝表面的低损伤精修层以及设置在该快放电切割层与低损伤精修层之间的润滑间隙；所述快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为45～65％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；所述低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为80％～100％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％。

【技术特征摘要】
1.一种单向走丝电火花加工用电极丝，包括芯材和壳层，所述芯材的材质为铜锌合金，其特征在于，所述壳层包括包覆于芯材表面的快放电切割层、设置在电极丝表面的低损伤精修层以及设置在该快放电切割层与低损伤精修层之间的润滑间隙；所述快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为45～65％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；所述低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为80％～100％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％。2.如权利要求1所述的单向走丝电火花加工用电极丝，其特征在于，所述润滑间隙中附有金属氧化物，该金属氧化物由90％～100％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物。3.如权利要求1所述的单向走丝电火花加工用电极丝，其特征在于，所述润滑间隙沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层周向的1/1600～1/80圆周，其深度为沿直径方向的1/50～1/5壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度为润滑间隙宽度的1/2～2倍。4.如权利要求3所述的单向走丝电火花加工用电极丝，其特征在于，所述快放电切割层厚度为10～25μm、所述低损伤精修层...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁志宁，万林辉，吴桐，孟宪旗，林火根，陈小军，钟杰，
申请(专利权)人：宁波博威麦特莱科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33