[发明专利]一种高效多层复合电极丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到电线放电加工用电极丝及其制备方法，尤其指一种带有复合镀层的放电加工用电极丝及其制备方法。

背景技术

电火花切割加工是模具制造和金属加工行业必不可少的加工手段，提高电火花切割效率一直是其技术革新的重点。而电极丝作为电火花切割加工中的重要耗材受到越来越多的重视。根据应用区分，目前市场上常用的带有镀层的电极丝有以下几种：1、普通型镀锌电极丝：芯材为黄铜，镀层为纯锌。2、改进型镀锌电极丝：芯材为黄铜，镀层为铜锌合金。3、扩散退火型电极丝：芯材为纯铜，通过扩散工艺外包一层铜锌合金。4、钢琴丝：芯材为制造钢琴琴弦所用的高碳钢，镀层为黄铜，也有再镀锌的。

电极丝的热物理特性是提高切割效率的关键。在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，并在电极丝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，可以帮助把废渣吹离切缝。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融的金属颗粒，就能有效的改善冲洗过程，因为要冲走的颗粒少了。所以，理想的电极丝应该具有的一个典型特性就是低熔点和高气化压力。而冶金学家在研究电极丝的冲洗性时要考虑的材料的两大特性也分别为熔点以及气化压力。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。然而镀锌电极丝在切割工作时，特别是切割厚工件时，由于锌的挥发速度较快，致使镀锌层很快消耗掉，没有了镀锌层的电极丝就相当于普通黄铜丝，其切割速度会大幅度降低。所以，使用镀锌线时，其综合切割效率并没有太大提高。后来人们又设法在黄铜丝外面镀一层黄铜，并对镀层黄铜中铜锌比例进行调整，这在一定程度上解决了锌过快消耗的问题，但因镀层黄铜中同时存在α、β、β′、γ等相，后期热处理又无法大幅度改变其组织，就会有多种相杂乱存在，导致切割时稳定性变差，工件精度难于提升，切割速度也达不到理想的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种镀层组织均匀稳定，使镀层中锌元素在切割时能均匀稳定的消耗的高效多层复合电极丝，从而达到保证切割稳定性及提升综合切割效率的目的。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种使镀层中锌元素在切割时能均匀稳定的消耗的高效多层复合电极丝的制备方法。

要达到上述目的，必须充分分析镀层金属在切割时的消耗情况，以及镀层组织均匀单一性质问题，使其在切割时即能很好的汽化以带走切割时产生的热量，又不会被完全消耗掉，这就要保证镀层金属均匀稳定地吸热、汽化、消耗。

本发明选用黄铜为基材，电镀铜金属镀层和锌金属镀层，然后通过扩散退火产生β相扩散合金层。在切割试验中，该高效多层复合电极丝切割速度比普通镀锌线及黄铜线均有明显提升，切割精度达到镀锌丝水平，且切割效率有明显提高，不仅节省了能源，也提高了切割时的生产效率，正符合了节能降耗的生产策略。

本发明解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：该高效多层复合电极丝，包括芯部和包覆在所述芯部上的包皮，其特征在于所述的芯部为黄铜芯线经扩散退火、水冷及连拉连退处理后所形成的黄铜芯线，该黄铜芯线的金相组织主要为α相组织；所述的包皮是由依次镀覆在所述的黄铜芯线上的铜金属镀层和锌金属镀层经扩散退火、水冷及连拉连退处理后所形成的扩散合金层，该扩散合金层的金相组织主要为β相组织。

该高效多层复合电极丝的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

1)首先向所述的芯线上均匀地电镀上一层铜金属镀层；然后再在铜金属镀层上均匀地电镀上一层锌金属镀层；得到第一线坯；

2)将得到的第一线坯在400-600℃下进行扩散退火，扩散退火时间为10-30秒，使铜镀层和锌镀层之间发生扩散反应形成均匀的β相组织的扩散合金层，即包皮，得到第二线坯；

3)对第二线坯进行水冷，冷却温度30-60℃；

4)将得到的第二线坯进行拉伸退火，控制拉伸速度为800-1500m/min，退火电压为40-50V，退火电流为10-30A；制成高效多层复合电极丝。

较好的，该高效多层复合电极丝的直径为0.05～0.35mm，所述包皮的厚度为1～10μm。

对应于该高效多层复合电极丝的制备方法，其特征在于包括下述步骤：