用于电火花加工的具有多孔层的电极线制造技术

根据本发明专利技术，用于电火花加工的电极线(1)包含由至少一个金属或金属合金层构成的金属芯(2)。在金属芯(2)上，具有与金属芯(2)不同的合金的涂层(3)包含大于50重量％的锌。涂层(3)包含断裂的γ相的铜

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电火花加工的具有多孔层的电极线
专利

[0001]本专利技术涉及用于在放电加工机床中通过电火花加工切割导电金属或材料的电极线。
[0002]电火花加工的众所周知的方法是通过在工件和导电电极线之间的加工区中产生火花而从导电工件上去除材料。电极线在线的长度方向上连续地在工件附近延伸，由导向器固定，并且通过电极线导向器的横向平移或通过工件的平移而在横向方向上朝着工件逐渐移位。
[0003]通过远离加工区的电触头与电极线连接的发电机在电极线和待加工导电工件之间建立合适的电位差。电极线和工件之间的加工区浸入合适的介电流体中。电势差导致在电极线和工件之间出现火花，从而逐渐电蚀工件和电极线。电极线的纵向行程允许永久性地保持足够的线直径，以防止其在加工区中断裂。电极线和工件在横向上的相对位移使得可以根据需要切割工件或处理其表面。
[0004]通过电火花从电极线和工件上脱落的颗粒分散在介电流体中，并在此处被除去。
[0005]为了获得精确的加工，特别是为了进行小半径的角度切割，需要使用直径小的电极线(其在断裂时可承受高的机械载荷)在加工区内拉伸并限制振动幅度。
[0006]大多数用于电火花加工的现代机器都是为使用金属丝而设计的，通常直径为0.25毫米，断裂负载为400-1000N/mm2。
[0007]由于电火花加工是相对缓慢的过程，因此也需要使加工速度最大化，特别是粗加工速度。在本专利申请中，粗加工速度以mm2/min，即切割面积的增加率来评价，或以在给定的工件高度下mm/min，即电极线穿入工件的速度来评价。
[0008]到现在为止，假设该速度直接取决于在电极线和工件之间的加工区中释放的火花电蚀能量，因此取决于电极线可以传递到加工区的电能。然而，在加工区中的电蚀性放电以及由流过电极线的电流产生的焦耳效应倾向于加热电极线，同时降低其机械断裂强度。
[0009]因此，用于电火花加工的电极线的局限性之一是它们在加热和机械张力的共同作用下断裂。这迫使用户限制其火花电蚀机的加工能力，这也限制了加工速度。
[0010]已经提出使用包含金属芯和连续锌涂层的用于电火花加工的电极线，涂层的作用是限制金属芯的加热，由于锌在蒸发时消耗热能。这使得可以增加由放电加工机床传递的加工能力，因此可以提高相对于裸铜线的加工速度。但是，纯锌层消耗得很快，不能保护电极线的芯足以切穿厚工件的时间。
[0011]文件CH 633739A5描述了一种用于电火花加工的电极线及其制造方法，该电极线具有可以是铜或铜和锌的合金的芯，并具有不同于铜和锌的合金的涂层并覆有氧化锌膜。该文件提到铜锌合金涂层具有Kirkendall效应(铜和锌的不同扩散速率)所产生的多孔结构，该电极线具有带有1-2μm的孔的粗糙表面，氧化锌膜紧随表面粗糙度。该文件教导了电极线的这种粗糙表面结构更容易被用作用于加工的介电流体的水润湿，这增加了电极线的冷却功能并允许更大的电流通过。
[0012]文件EP 0 930 131 B1还描述了一种用于电火花加工的电极线及其制造方法，该
线具有包含铜的第一金属的芯，形成于芯上的合金层，以及在该合金层上并由具有比第一金属低的汽化温度的第二金属组成的表面层。该文件教导了获得电极线的多孔表面层的优点，并且孔是开放的，因为这增加了电极线与用于加工的介电流体之间的接触面积，以更好地冷却电极线。该文件还教导了多孔层促进从加工中去除废物。这导致加工速度的提高。根据该文件中描述的方法，电极线的表面会龟裂。通过将直径为0.9mm的黄铜芯浸入熔融的锌浴中，然后将该涂覆的线拉成最终直径为0.1-0.4mm，而获得电极线。
[0013]在文件US 5945010中，提出了对涂锌的α相黄铜进行退火以产生γ相黄铜的外围层，然后将由此获得的毛坯拉成最终直径的方法。拉丝会产生断裂的γ相黄铜的表面层。该断裂向外部敞开，因此γ相黄铜外围层对芯的覆盖度最高为58％。所得用于电火花加工的电极线的表面是不规则的，该文件教导说，这促进了从加工中去除废产物，但是没有提高加工速度。
[0014]文件US 8067689 B2教导了破裂的γ相黄铜的亚层的优点，该亚层浸入锌或ε相黄铜的基本上连续的外层中。用于电火花加工的电极线是由直径为0.9mm的黄铜芯制成的，该黄铜芯包含60％的铜和40％的锌，并涂上10μm的锌涂层。在氮气中在170℃下热处理6小时，通过扩散将锌转变到γ相黄铜层中。然后将γ相黄铜层通过电解而覆盖10μm的锌表面层，并通过拉丝操作将直径减小到0.25mm。该文件教导了拉丝操作使γ相黄铜的层断裂，同时将由断裂产生的γ相黄铜的颗粒嵌入表面层的锌中。该文件还提到，然后可以通过低温热处理将表面层的锌转变到ε相黄铜中，所得ε相可以是多孔的。孔是开放的，因为它们可以在水性介质中存在石墨颗粒悬浮液的情况下通过拉丝操作依次被石墨填充。这种用于电火花加工的电极线的缺点在于，当在放电加工机床中使用电极线时，表面层的一些材料倾向于以粉末的形式脱落。这种粉末可能会积聚在导向器中，导致用于电火花加工的电极线阻塞和不理想的断裂。
[0015]文件FR 2 881 973 A1描述了根据权利要求1的前序部分的电极线。未明确描述图2所示的被覆孔的尺寸，并且未描述获得大于2μm的被覆孔的方法。
[0016]在本说明书和权利要求书中，用于电火花加工的电极线的结构的特征尤其在于构成金属芯的涂层的合金的相。在铜锌系统的相平衡图中描述了这些相。相平衡图的一个实例如图6所示。这些相的特征在于其组成或晶体结构。
[0017]实际上，表述“β相黄铜”表示具有约45％-49％锌的铜和锌的合金。在室温下，该β相是有序的且相当脆，通常称为β'。在一定温度以上，该结构变得无序，然后称为β相。β和β'相之间的过渡是不可避免的，但几乎没有效果。结果，为简单起见，黄铜在本说明书中将用单个表达“β相黄铜”表示。
[0018]在说明书和权利要求书中，表述“γ相黄铜”用于表示铜和锌的合金，其中锌以约67重量％的比例存在。
[0019]在说明书和权利要求书中，表述“ε相黄铜”用于表示铜和锌的合金，其中锌以约83重量％的比例存在。
[0020]在说明书和权利要求书中，表述“η相黄铜”用于表示铜和锌的合金，其中锌以99-100重量％的比例存在。
[0021]“α相黄铜”可具有低于40重量％的锌含量，例如约35重量％，或甚至约20重量％。

技术实现思路

[0022]仍然需要尽快加工，同时避免在加工过程中粉末形式的材料的脱落。
[0023]本专利技术令人惊讶地发现，在具有给定的芯结构并包含锌含量超过50重量％的合金的断裂层的涂层的电火花加工用电极线中，当在电极线表面下的断裂层中存在被覆孔时，并且当孔足够大且被充分覆盖以使涂层覆盖大部分芯时，可以进一步提高加工速度。这一发现与文件CH 633 739 A5，EP 0 930 131 B1和US 5945010的教导背道而驰，相反，这些文件建议为提高切割速度，制作不规则的电极线表面层，即，包含朝向外部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于电火花加工的电极线(1)，所述电极线(1)包含：-在一个或多个金属或金属合金层中的金属芯(2)，-在金属芯(2)上的涂层(3)，其具有与金属芯(2)不同的合金并包含超过50％的锌，其中：-涂层(3)包含断裂的γ相的铜锌合金(3a)，特征在于：-涂层(3)包含大于2μm的被覆孔(5a，5b，5c，5d，5e)，-一些或全部孔(5a，5b，5c，5d，5e)被具有大于58重量％且小于100重量％锌的一种或多种铜和锌的合金(3b)覆盖。2.根据权利要求1所述的电极线，其特征在于，当电极线的直径为约0.30mm时，涂层(3)以大于85％的覆盖度覆盖金属芯(2)，当电极线的直径为约0.25mm时覆盖度大于75％，当电极线的直径为约0.20mm时覆盖度大于65％。3.根据权利要求1或2所述的电极线，其特征在于，当电极线的直径为0.25mm时，涂层(3)以大于85％的覆盖度覆盖金属芯(2)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的电极线，其特征在于，孔(5a，5b，5c，5d，5e)中的一些或全部被具有大于78重量％且小于100重量％锌的一种或多种铜和锌的合金(3b)覆盖。5.根据权利要求1-4中任一项所述的电极线，其特征在于，孔(5a，5b，5c，5d，5e)中的一些或全部被ε相和η相的铜和锌的合金的混合物(3b)覆盖。6.根据权利要求1-5中任一项所述的电极线，其特征在于，涂层(3)在电极线的每个完整横截面上平均包含至少3个大于2μm的被覆孔(5a，5b，5c，5d，5e)。7.根据权利要求1-5中任一项所述的电极线，其特征在于，涂层(3)在电极线的每个完整横截面上平均包含至少5个大于2μm的被覆孔(5a，5b，5c，5d，5e)。8.根据权利要求1-7中任一项所述的电极线，其特征在于，涂层(3)包含大于3μm的被覆孔(5a，5b，5c，5d，5e)。9.根据权利要求1-8中任一项所述的电极线，其特征在于，涂层(3)包含大于4μm的被覆孔(5a，5b，5c，5d，5e)。10.根据权利要求1-9中任一项所述的电极线，其特征在于，芯(2)包含金属芯(2a)和β相的铜和锌的合金的中间层(2b)。11.根据权利要求10所述的电极线，其特征在于，芯(2a...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：瑟莫康柏克特公司，
类型：发明
国别省市：