[发明专利]用于电火花加工的金属丝电极

说明书

相关申请

本申请要求2012年9月17日提交的美国临时申请61/701933的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体涉及电火花加工，并且尤其涉及一种在电火花加工中使用的新型的改进金属丝电极。

背景技术

在专利文献中已经记录有相当大量的关于用于电火花加工的金属丝电极的构造的现有技术（例如见美国专利5945010），最近的改进是引入包含伽马（gamma）相黄铜合金的涂层。不过，非常不幸的是，关于伽马相涂层技术的现有技术专利文献包含了令人混淆的且误导性的技术数据，这些数据没有使该技术获得最大可能的进步。

Barthel等人在它们的专利US6447930首先发现了伽马相黄铜铜层的潜能，但是不幸的是，他们描述的工艺产生的是连续的纯伽马相涂层，该涂层仅是在非常受限的条件下才能实现。在US5945010中，Tomalin认识到如下事实：伽马相黄铜是非常脆的并且如果金属丝在通过将锌扩散到黄铜或铜内合成该伽马相黄铜之后被冷拔，那么该伽马相黄铜会产生不连续的涂层。Groos等人在US6781081中发现了伽马和贝塔（beta）相黄铜的优良的两相双层涂层的最优几何特征，但是不幸的是他们没有发现用于产生据称被实现的结果的金属丝处理参数。他们宣称产生最优金属丝切割性能的关键几何参数是两相的厚度的比以及他们的组合厚度的和。他们给出的支持他们的论点的数据（图2和3）是高度可疑的，因为物理上不可能产生他们报告数据时所针对的涂覆伽马黄铜金属丝，即带有超过10的涂层厚度的涂覆伽马黄铜的金属丝。这是因为如果在0.3mm的最终金属丝直径上合成连续的涂层，那么带有10的涂层厚度的金属丝将会太脆而不能在EDM机床的金属丝喂送机构中被处理。

替换地，如果伽马相黄铜涂层是通过在中间金属丝直径上形成伽马相并且对这种金属丝进行拉拔以形成0.3mm的最终直径来合成，那么不可能产生10或更大的伽马涂层层厚，因为脆性的伽马层将破碎成多个微粒并且不可能粘附大于约5-6的涂层。事实上，构成涂层的松散的或变松的伽马相黄铜微粒将容易使该涂层剥落，由此在机床上产生了过量的粉末，从而金属丝的引导件将很快被塞满粉末并且该机床将因金属丝断裂而停机。

发明内容

本发明提供了一种用于电火花加工工艺的新型的改进金属丝电极。

根据本发明，电极金属丝包括芯，该芯包括金属、金属合金和/或金属多层复合材料中的其中一种。涂层被设置在该芯上，该涂层包括脆性合金的不同颗粒。所述颗粒拥有一定范围的几何参数，即，长轴、短轴和纵横比。根据本发明，纵横比由长轴尺寸除以短轴尺寸的商定义。几何参数的分布是由在最少1000倍放大下可见的五个全圆周随机光学冶金横截面确定的。该分布包含带有等于或小于1.5微米的短轴的最大15％量的微粒和带有等于或大于5.0的纵横比的最小10％量的微粒。

在一个公开的实施例中，所述芯是铜，而在另一实施例中，所述芯是黄铜合金。在第三实施例中，该芯是多层复合材料。

根据本发明，当电极金属丝芯是由金属多层复合材料构造的时，该芯优选地是带有贝塔相黄铜外层的铜芯。在本实施例的另一公开的构造中，多层复合材料芯是带有贝塔相黄铜外层的阿尔法（alpha）相黄铜芯。在本实施例的又一构造中，金属多层复合材料芯是带有贝塔相黄铜外层和铜中间层的钢芯。在本实施例的另一构造中，该多层复合材料芯是带有铜第一中间层、阿尔法相黄铜第二中间层和贝塔相黄铜外层的钢芯。

在一个所公开的实施例中，被设置在芯上的涂层是伽马相黄铜。

本发明的目的是找到伽马相黄铜涂层的几何参数，这些参数将维持优良的金属丝切割速度同时还提供了更清洁的金属丝，这样的金属丝要求更少的机器维护。

根据本发明，这个目的是在将处理参数调节成使得构成伽马相涂层的微粒主要具有大于1.5的短轴且它们的长轴和短轴的比的值显著大于2-4时被实现。

令人惊奇的是，当这些条件被满足时，“厚度”比类似金属丝的涂层厚度小的涂层能维持与带有更厚涂层厚度的金属丝相同的切割速度，同时还表现出少得多的碎屑微粒，在周期维护中必须从机床上清除这些碎屑微粒。

通过阅读参照附图做出的具体描述会获得本发明的额外特征和更全面的理解。

附图说明

图1是根据示例1（类似于现有技术美国专利5945010中描述的工艺）准备的伽马涂覆黄铜金属丝的冶金横截面。

图2是根据改进的工艺，示例2，准备的伽马涂覆黄铜金属丝的冶金横截面，这主要产生了高纵横比伽马相黄铜微粒。