[发明专利]用于电火花加工的复合丝

说明书

技术领域

本发明涉及用于在电火花加工(EDM)机器中通过电火花加工来切割 金属或导电材料的电极丝。

背景技术

大多数现代EDM机器都设计成使用极限抗拉强度在400～ 1000N/mm²之间的直径大致为0.25mm的裸黄铜丝。

EDM丝应当是导电的。它们通过在受控的水基电介质中在该丝线与导 电工件之间腐蚀放电而工作。

为了实现精确加工，尤其是为了能够切削具有小半径的角部，必须使 用具有高极限抗拉强度的小直径丝线，使得它们能在加工区域中保持张紧 并限制振动的振幅。因此，人们可能试图使用至少中部由钢制成的丝线， 以增加极限抗拉强度。

由于电火花加工是较慢的过程，因此同时存在使加工速度尤其是粗加 工速度最大化的需求。在本专利申请中，粗加工速度以mm²/min也就是以 切削面面积的放大速度来测量，或者对于工件的给定高度以mm/min即根 据丝线穿透工件的速度来测量。应理解，该速度直接取决于丝线与工件之 间的加工区域中释放的放电能量，因而取决于丝线能够传导到加工区域中 的电能。然而，在加工区域中的腐蚀放电和经过丝线的电流产生的焦耳热 往往会使丝线变热。

用于电火花加工的丝线的一个限制是丝线会在热和机械张力的联合作 用下断裂。这使得使用者不得不限制其EDM机器的加工功率，尤其是在 丝线无法被特别好地冷却时，例如在锥形加工或在加工非常长的工件时。

避免断裂的最简单方法是使用大直径丝线，例如使用直径在0.30mm 以上的丝线。然而，这将限制可加工的凹角的最小半径。

已经提出使用镀锌丝，与裸黄铜丝相比，涂层的作用增加了加工速度。 然而，纯锌层很快磨损而不能足够长时间地保护丝线芯部以切削长工件。

已经提出使用β-黄铜层-即含有大约47％锌的黄铜来覆盖丝线芯部， 从而避免纯锌制成的表面层磨损过快的缺点。因而可以增强切削性能。

文献US 4,977,303说明了一种用于制造电极丝的方法以及一种具有特 殊结构的电极丝。

在该文献中描述和要求保护的方法包括：提供例如由铜制成的金属芯， 用给定厚度(13-15μm)的诸如锌的挥发性金属层覆盖该金属芯，在氧化 气氛下将其整个加热到700℃以上，优选加热到850℃以上，以使锌和铜扩 散直至获得厚度是初始锌层的给定厚度的大约三倍的扩散层，以及将该扩 散层的厚度减少至少30％。在厚度减少30％后，用于该方法的操作条件必 然在扩散层中造成约33％的锌浓度，即造成厚度约22μm的α-铜/锌合金。

该文献中描述和要求保护的电极丝包括厚度为大约1μm的表面氧化 层，该表面氧化层覆盖厚度大约为6μm、含有58-60％锌的铜/锌合金(即 γ-铜/锌合金)连续层，锌浓度则朝向芯部减少直至约11μm的深度。该文 献未说明如何获得这种带有γ-铜/锌合金层的电极丝。

最近，文献US 5,945,010提出使镀锌α-黄铜退火，以便形成γ-黄铜 外围层，然后对这样获得的坯料进行拉丝以使其达到最终直径。拉丝操作 产生断裂的γ-黄铜表面层。该文献提到，表面层的断裂并不会降低切削速 度性能。另外，该文献不主张设置β-黄铜层。

最后，文献US 6,781,081(或者US 2003/0057189 A1)公开了一种性 能良好的丝线，该丝线在金属芯部上叠加有两个连续的黄铜层，内层由β- 黄铜制成，连续的外层由γ-黄铜制成。EDM的速度因而高于只具有γ-黄 铜层或β-黄铜层的丝线。然而，该文献未说明如何制造这样的丝线。

发明内容

对于给定加工电流来说需要尽可能快地进行加工，并且对于给定丝线 (金属丝，电极丝)直径来说也需要能够使用尽可能最高的加工电流。

本发明源自这样的惊人发现，即，对于具有覆盖有合金层的金属芯的 EDM丝线来说，通过在由铜或黄铜制成的芯部上设置涂层(镀层，覆盖层) 仍可以使EDM的性能获得相当可观的增强，所述涂层结合了断裂的γ-黄 铜表面层和β-黄铜子层。该发现推翻了文献US 5,945,010的教导，该文献 认为，如果使用断裂的γ-黄铜表面层，则切削速度不会有任何提高，并且 该文献尤其不主张使用β-黄铜。

因此，为了进一步提高EDM加工速度，本发明提出一种用于电火花 加工的电极丝，该电极丝包括：