低硼氧單向走絲用切割線及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種低硼（硼：〇· 001-0. 〇3wt% )氧單向走絲用切割線（電火花放電 加工（electro discharge machining)用切割線）及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 單向走絲電火花放電加工法是近年來迅速發(fā)展起來的一種精密機(jī)械加工方法。電 火花加工技術(shù)最早是由前蘇聯(lián)學(xué)者拉扎連科夫婦1943年研究發(fā)明的，之后，隨著脈沖電 源和控制系統(tǒng)的改進(jìn)而迅速發(fā)展起來。電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放 電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡(jiǎn)稱 EDM(Electrical Discharge Machining)〇
[0003] 按照工具電極的形式及其與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特征，可將電火花加工方式分為 五類：電火花線切割加工；電火花成形加工；電火花磨削；電火花共軛回轉(zhuǎn)加工；小孔加工、 刻印、表面合金化、表面強(qiáng)化等其他種類的加工。而電火花線切割加工根據(jù)走絲速度的不 同，可分為：快走絲電火花加工、中走絲電火花加工、單向走絲電火花加工，本發(fā)明主要闡述 的是最后一種電火花線切割加工。
[0004] 慢走絲電火花加工（國(guó)內(nèi)叫單向走絲電火花加工）的發(fā)展，離不開切割線技術(shù)的 同步發(fā)展，現(xiàn)在國(guó)際上所流行的單向走絲機(jī)床的設(shè)計(jì)理念是根據(jù)切割線的工作特性來設(shè)計(jì) 的，而切割線技術(shù)的突破往往會(huì)帶動(dòng)線切割機(jī)設(shè)計(jì)的革新。從最初使用的無氧銅絲切割到 現(xiàn)在的切割線進(jìn)行切割，單向走絲切割的發(fā)展經(jīng)歷了從低效率、低質(zhì)量到高效率、高質(zhì)量、 自動(dòng)化、專業(yè)化生產(chǎn)的一個(gè)漫長(zhǎng)的歷程。我國(guó)的線切割技術(shù)發(fā)展是在逐步引進(jìn)吸收國(guó)外先 進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，從最早的快走絲、中走絲加工到現(xiàn)在已經(jīng)逐漸在普遍使用的 單向走絲電火花加工，經(jīng)歷了一個(gè)從低到高的發(fā)展歷程。如前所述，切割線技術(shù)的發(fā)展決定 了切割技術(shù)的發(fā)展方向，如何研究開發(fā)切割線，這里首先要理解電火花加工的原理。
[0005] 電火花加工時(shí)，脈沖電源的一極接工具電極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有 一定絕緣度的液體介質(zhì)（常用煤油或礦物油或去離子水，單向走絲線切割加工常用去離 子水）中。工具電極由自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置控制，以保證工具與工件在正常加工時(shí)維持一很 小的放電間隙（〇. 01~〇. 〇5mm)。當(dāng)脈沖電壓加到兩極之間，便將當(dāng)時(shí)條件下極間最近點(diǎn) 的液體介質(zhì)擊穿，形成放電通道。由于通道的截面積很小，放電時(shí)間極短，致使能量高度集 中（10~107W/mm)，放電區(qū)域產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫足以使材料熔化甚至蒸發(fā)，以致形成一個(gè)個(gè) 電腐蝕小凹坑。在第一次脈沖放電結(jié)束之后，經(jīng)過很短的間隔時(shí)間，第二個(gè)脈沖又在另一極 間最近點(diǎn)擊穿放電，如此周而復(fù)始高頻率地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，它的行 走的形狀最終就復(fù)制在工件上，形成所需要的加工形狀。與此同時(shí)，總能量的一小部分也釋 放到工具電極上，從而造成工具損耗。而損耗的工具電極不斷地排出，新的沒有損耗的工具 電極持續(xù)不斷的供給，使切割用的工具電極的形狀始終存在一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，從而保證工 件的尺寸精度和表面光潔度。
[0006] 隨著材料加工技術(shù)及機(jī)械加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，切割線經(jīng)歷了從普通黃銅切割線 到鍍層切割線的使用轉(zhuǎn)換，甚至現(xiàn)在正在研究的多層復(fù)合切割線，這些鍍層切割線的研究 無不依據(jù)放電加工的原理應(yīng)運(yùn)而生，不同組織的涂層及涂層結(jié)構(gòu)，適合于切割不同類型的 料件。
[0007] 對(duì)于機(jī)械加工而言，追求精度是當(dāng)前面臨的一個(gè)主要課題，對(duì)于生產(chǎn)管理者來講， 考慮的是如何提高效率，而對(duì)于單向走絲放電加工方法來講，提高速度的同時(shí)可能會(huì)降低 加工的精度，而提高加工精度的同時(shí)，必然會(huì)降低加工效率，因此，本發(fā)明所述的切割線即 是在不影響加工精度的同時(shí)，適合于切割尺寸形狀不規(guī)則或者中間鏤空的料件，切割出來 的料件表面光潔度高，尺寸精度、形位公差不低于其它類型的單向走絲用切割線，并且切割 速度得到提高。
[0008] 下面闡述一下國(guó)內(nèi)外所使用切割線的具體技術(shù)狀況：
[0009] -、普通黃銅切割線：這種切割線是銅鋅二元合金，因?yàn)槭艿近S銅中鋅含量的限 制，它的切割速度受到了制約，而隨著黃銅中鋅含量增多，其切割速度也會(huì)有小的提升， 但它的提升速度是有限的，因?yàn)殇\的含量越高材料的加工難度會(huì)約大。這種切割線一般被 現(xiàn)在的國(guó)內(nèi)普通用戶所使用，但如果采用這種切割線去切割尺寸形狀不規(guī)則或者中間鏤空 的料件，其加工精度、表面質(zhì)量會(huì)受到限制，而還經(jīng)常斷線，增加工人操作的難度。
[0010] 二、鍍鋅切割線：芯材為普通黃銅，外面鍍一層鋅，由于鋅在切割過程中的氣化作 用，這種切割線的放電會(huì)比較穩(wěn)定，切割表面會(huì)比普通黃銅絲光滑。國(guó)際上比較成熟的制造 國(guó)家主要分布在歐洲，目前國(guó)內(nèi)也有個(gè)別廠家能夠生產(chǎn)，但是這種切割線在使用過程中常 見的問題是掉粉問題，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠家同樣面臨。因?yàn)榈舴鄣脑?，?huì)延長(zhǎng)切割時(shí)的輔助工 序時(shí)間，降低了加工效率，同時(shí)這種電極絲在切割尺寸形狀不規(guī)則或者中間鏤空的料件時(shí)， 掉鋅粉的情況更甚。
[0011] 三、速度型鍍層切割線：芯材為普通黃銅，鍍層為銅鋅合金，厚度比普通鍍鋅切割 線的鍍層要厚一些。這種鍍層切割線的速度比普通鍍鋅切割線的切割速度要快一些，適合 于高效率的加工，因?yàn)檫@種切割線芯材為普通黃銅，抗拉強(qiáng)度會(huì)比較低，切割時(shí)形位公差不 容易保證。
[0012] 四、β型切割線：研究發(fā)現(xiàn)，表面有均勻小坑洞（裂紋）的切割線會(huì)改善切割線的 放電效果，應(yīng)運(yùn)而生，就產(chǎn)生了這種表面多孔結(jié)構(gòu)的切割線。擴(kuò)散退火型切割線芯材為無氧 銅或者黃銅合金，并通過擴(kuò)散退火在外層包一層銅鋅合金，其中銅和鋅的比例接近為1 :1， 由于芯材為無氧銅或者黃銅合金，表層是采用擴(kuò)散退火形成的多孔結(jié)構(gòu)，其切割線材料表 層的組織為β相，因此這種切割線通常叫法為β型切割線，眾所周知，常溫下，β相的鋅 含量小于50%。這種切割線的表層金屬為β相組織，β相是脆性相，因此這種切割切割線 的韌性較差，在切割尺寸形狀不規(guī)則或者中間鏤空的料件時(shí)，常常切不動(dòng)或者斷線。
[0013] 五、Y型切割線：研究發(fā)現(xiàn)，表層組織為Y相的切割線，表面切割精度會(huì)較高，因 為Y相的鋅含量在60%左右，這種切割線通常叫法為Y型切割線，這種結(jié)構(gòu)在切割線鋅含 量比較多，電火花放電時(shí)間隔會(huì)比較小，微觀上，電腐蝕的坑洞會(huì)較小，反應(yīng)到宏觀上，這種 絲的切割光潔度會(huì)比較高。另一方面，因?yàn)閅相中鋅含量比較高，而鋅的電腐蝕速度會(huì)比 較快，鋅會(huì)在切割過程中迅速的消耗，同樣，這種切割線在切割尺寸形狀不規(guī)則或者中間鏤 空的料件時(shí)，常常切不動(dòng)或者斷線。
[0014] 六、復(fù)合相型切割線：這種切割線表面同時(shí)含有β相和Y相，因此又叫復(fù)合相型 切割線，這種切割線結(jié)合β型切割線和Y型切割線切割線的優(yōu)點(diǎn)，使切割速度和切割精度 同時(shí)得到提高，這種切割線現(xiàn)在在國(guó)際上只有少數(shù)幾個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家能夠生產(chǎn)，因?yàn)橐?時(shí)生產(chǎn)β相和Y相的混合物，因此其制造成本會(huì)比較高，現(xiàn)在這種切割線因?yàn)槭褂贸杀镜?原因，幾乎沒有廠家使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種制造成本低，適合于切割尺寸形狀不 規(guī)則或者中間鏤空的料件的切割，并且切割效率和切割精度高的低硼氧單向走絲用切割 線。
[0016] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種低硼氧單向走絲用切 割線，包括芯材和覆蓋在芯材外的表層金屬層，芯材的合金組成為：銅：55-65wt%，硼： 0. 001-0. 03wt %，其它元素的含量為0.05-1. Owt %，其它元素為鈦、鐵、硅、鎳、錳、鋁、 錫、磷、稀土中的至少兩種（上述的其它元素，彼此以任意比例添加，只要保證總含量 在0.05-1. Owt %范圍即可），不可避免的雜質(zhì)元素含量小于0.5wt %，其余為鋅；所述 的表層金屬層的合金組成為：銅：35. 0-45. Owt%，氧：0.001-3. Owt%，其它元素含量為 0.0005-0. 5wt%，其它元素為鈦、鐵、硅、鎳、錳、鋁、錫、磷、稀土中的至少兩種，不可避免