线切割加工中电极丝的选用.docx

线切割加工中电极丝的选用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线切割技术的发展，离不 开电极丝技术的同步发展从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%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弓|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校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3、 几何特性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：1、黄铜丝黄铜丝是线切割领域中第一代专业电极丝1977年，黄铜丝开始进入市常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25mm2/ 分钟是什么使速度翻了一倍呢？黄铜是紫铜与锌的合金，最常见的配比是65%的紫铜和35%的 锌。

当时发现黄铜丝中的锌由于熔点较低（4201，而紫铜为10801）能够改善冲洗性在切割过 程中，锌由于高温而气化使得电极丝的温度降低并把热量传送到工件的加工面上理论上讲，锌的 比例越高越好，不过在黄铜丝的制造过程中，当锌的比例超过40%后，电极丝的a单相结晶结构变 成Ta和6双相结晶结构这时材料变得太脆而不适合把它拉成直径很小的细丝黄铜丝可以有不同的拉伸强度来满足不同的设备和应用场合这是通过一系列的拉丝（淬火作 用）和热处理（退火）工序来实现的普通黄铜丝的拉伸强度在490-900N/mm2之间黄铜丝的主要缺点：（1）加工速度无法提高：由于黄铜中锌的比例一定，所以放电时的能量转换效率无法进一步提高； 以0.25mm黄铜丝切割30-60mm厚的钢材为例，国内很多用户的主切速度都在120mm2/分^ 左右2) 表面质量不佳：黄铜丝表面的铜粉和放电时由于电极丝表层气化而带出的铜微粒会积存在工 件的加工面上形成表面积铜同时由于冲洗性不好而在工件表面产生较厚的变质层，这些都会影响 工件的表面硬度和粗糙度；(3) 加工精度不高:特别是在加工较厚的工件时，由于冲洗性不良，会产生较大的直线度误差(上 下端尺寸误差和鼓形差)，此外，由于价格竞争的原因，目前国内的低价黄铜丝普遍存在着各种质量问题，例如因采用的 铜材胚料材质不良以及拉丝设备和工艺上的原因导致黄铜丝表面铜粉较多，截面几何误差太大等 等，这些都会导致放电稳定性下降，严重影响加工速度和质量。

同时，还会污染设备部件加大设备 的损耗黄铜丝的应用场合：(1) 加工量不足，不是24小时开机的用户因为加工效率对于这些用户来说不是主要问题；⑵对加工精度特别是表面质量要求不高的用户；⑶以加工小尺寸、薄厚度为主的用户因为工件装夹调整的时间占总加工时间的比例较高，切 割时间较少，对加工效率的影响不明显4) 工件的材料硬度不高或厚度不超过80-100mm虽然随着各种更好性能的镀层电极丝的出现和普及，黄铜丝的市场份额呈不断下降的趋势，但 是，由于它成本低廉，并且能满足普通的加工需求，因此还会继续得到广泛的应用同时，市场上 还出现了一些在性能上有不同程度改善的且价格低于镀层电极丝的新型黄铜丝：⑴超净型黄铜丝:针对普通黄铜丝表面铜份过多这一弊端通过在后道工序中增加特别的清洗工 艺而制成；(2) 超硬型黄铜丝:通过在黄铜中加入其他微量元素，使黄铜丝的拉伸强度高达1200N/mm2 这种丝在加工超厚或超硬工件时可以改善加工精度和速度；⑶高速型黄铜丝将黄铜中锌的比例加大到极限的40%，可以改善冲洗性，提高切割速度但 是，其切割速度还是比镀锌电极丝要慢2、镀层电极丝由于低熔点的锌对于改善电极丝的放电性能有着明显的作用，而黄铜中锌的比例又受到限制， 所以人们想到了在黄铜丝外面再加一层锌，这就产生了镀锌电极丝。

1979年瑞士几位工程师发明 的这种方法，使电极丝的发展向前迈进了一大步，并导致了更多新型镀层电极丝的出现镀层电极丝的主要优点:(1)切割速度高，不易断丝品质好的镀锌电极丝切割速度可比优质黄铜丝快30-50%，目前广 东地区很多用户采用0.25mm的镀锌电极丝，切割速度平均在150-180mm2/分钟2) 加工工件的表面质量好，无积铜，变质层得到改善，因此工件表面的硬度更高，模具的寿命 延长3) 加工精度提高，特别是尖角部位的形状误差、厚工件的直线度误差等均比黄铜丝有改善4) 导丝咀等部件的损耗减校锌的硬度比黄铜低，同时镀锌丝不象黄铜丝那样有很多铜粉，所以 不容易堵塞导丝咀，污染相关部件镀层电极丝生产工艺主要有浸渍、电镀和扩散退火这三种方法电极丝的芯材主要有黄铜、紫 铜和钢镀层的材料则有锌、紫铜、铜锌合金和银目前市场上较为成熟的这类电极丝按应用区分 主要有以下几种：普通镀锌电极丝：由于浸渍这种工艺相对比较简单，所以很多电极丝制造商都采用这种方法来生产镀锌电极丝 但是镀锌后再拉丝，其最大的问题是无法控制镀层的均匀性，所以用这种工艺生产的电极丝放电性 能不够稳定，速度只比黄铜丝提高不到10%。

有些品质较差的镀锌电极丝其颜色往往不是均匀的银 灰色，可以看到一些浅黄色相间其中，这就是所谓"露铜"现象这类电极丝虽然价格比较便宜，只 比黄铜丝稍贵一些，但是采用的人不多高精度加工用镀锌电极丝：这类电极丝多是采用电镀的方法，所以可以较好的控制镀锌层的厚度，放电性能稳定，不易断 丝，适合四次切割以上的精密加工切割速度一般可以比黄铜丝快30%左右这种电极丝的剖面见 常见的品牌有德国Berkenhoff公司的COBRACUTA MEGACUTA，德国HeinrichStamm公司 的 STAMMCUTZC900和 ZC950 等等韩国OPEC公司的ZINCO系列镀锌电极丝，虽然也是采用的浸渍工艺，但是其工艺方法与众 不同，申请到了美国、日本、欧洲和中国的发明专利该工艺的特点是先将黄铜芯材拉制到了接近 最后直径的时候进行镀层，然后再拉丝其镀层由多层铜锌合金组成，锌的比例从里到外呈梯度渐 变，以外层的锌为最多，且表面是有利于改善冲洗性能的微观多孔结构这种电极丝已为线切割机 制造商Sodick和Agie-Charmilles所采用同时也是目前国内最畅销的镀锌电极丝今年开始。