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慢走丝线切割加工中如何选用铜丝

文章出处:九卅娱乐手机官方 人气:145发表时间:[2019-10-19]

  电火花加作业为一种特种精细加工技能,近年来得到了迅速的开展。特别是慢走丝线切开加工,已经成为模具制造和金属加工职业必不可少的加工手法。线切开技能的开展,离不开电极丝技能的同步开展。因为线切开机的切开功率和切开质量与电极丝的功能严密相关,而电极丝技能的打破往往会导致线切开机规划的改造。从1979年镀锌电极丝的创造到今日,市场上不断出现了各种各样比一般黄铜丝功能更好的电极丝,电极丝的正确选用已经成为使线切开机的功能得到最大极限的发挥并为用户创造更多赢利的要害。

  现在,在欧美和日本等发达国家,以镀锌电极丝为主的高功能电极丝正在逐渐替代放电功能遭到很大限制的黄铜丝。一起,除了早已将镀锌电极丝作为规范配置的线切开机制造商Agie和Charmilles外,现在Mitsubishi和Sodick公司也在最新的机型上添加了选用镀锌丝的形式和加工参数,使这些设备的切开速度较之选用黄铜丝有30%~50%的显着提升。

  可是在国内,前几年因为欧洲进口的镀锌电极丝价格较高,不仅简直一切的日本、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"廉价"的黄铜丝,构成了相当多的用户认为"电极丝便是黄铜丝"这一职业界的误区。有不少国内的用户在引进最新高功能的线切开机的一起,忽视了电极丝的重要性,认为它只不过是一种一般的消耗品。不管什么机型或加工要求,黄铜丝都以其低廉的价格好像成了唯一的挑选。从2002年起,来自韩国的性价比较好的镀锌电极丝在广东区域为不少用户所选用,取得了显着的效益,至2003年职业界越来越多的用户开端重视镀锌电极丝的使用,"不同的加工,选用不同的电极丝"这一概念开端为精明的线切开用户所接受。实际上现在的线切开加工有着比曩昔更多的改变,从加工资料、切开速度、概括精度、外表质量到工厂的运转形式等等。关于这些相互起作用的变数来说,只要挑选合适的电极丝才能使工厂对加工功率、加工成本和加工质量整体进行优化。
  
一、电极丝的功能

  高功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

  现代线切开电源对电极丝提出了严格的要求。它要能接受峰值超越700安培或平均值超越45安培的大切开电流,而且能量的传输必须非常有用,才能提供为到达高外表光洁度(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资料之一,它被用来作为衡量其他资料的基准。紫铜的电导率标为100%IACS(世界退火紫铜规范),而黄铜的电导率为20%。

  2、机械特性

  拉伸强度:

  拉伸强度是衡量资料在遭到径向负荷时抵抗断裂的才能。它是用单位截面积所能接受的分量来标度的,如英制的PSI(磅/平方英寸)或公制的N/mm2(牛顿/平方毫米)。紫铜归于拉伸强度最低的资料(245N/mm2),而钼则最高(1930N/mm2)。电极丝的拉伸强度取决于资料的挑选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",关于不同的设备和使用来说,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康复成直线的记忆才能,所以无法用于主动穿丝,但这对切开来说并没有影响,因为加工时电极丝上是加了张力的。软丝适用于上、下导丝咀不能歪斜的设备进行超越7度的大斜度切开。而硬丝则是主动穿丝机的最佳挑选,一起因为拉伸强度高,其抵抗因切开时电流和冲刷力构成丝的颤动的才能较强。

  延伸率:

  延伸率是切开加工中因为张力和热量引起电极丝长度改变的百分比。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确保斜面的几许精度,而且较软的电极丝在导丝咀中滑动时发生的轰动也较小。不过电极丝进入切开区后软丝的颤动程度比硬丝大,所以还得折中考虑。

  3、几许特性

  在线切开技能开展的早期(1969年到七十年代中期),对电极丝简直没有做任何的研讨,用的是现成的电机和电缆上的紫铜丝。而今日,高功率高精度的线切开机要求电极丝具有差错极小的几许特性。电极丝制造的最终工序是选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规划成具有相对粗糙的外表,能够进步切开速度。

  4、热物理特性

  电极丝的热物理特性是进步切开功率的要害。这些特性是经过合金成分的配比或基础芯材的挑选来确定的。

  熔点:

  电极丝的熔点是一项重要的目标。因为电极丝经过导丝咀时的机械运动,以及冲刷力和放电等因素,电极丝在切开时是有颤动的。这将构成无数次的极小的短路,使切开进程减慢。电极丝作业时假如在外径上能够损耗一些,这样它在面对切断方向的空地能够防止或削减短路效应。一起它在背对切断方向的空地有助于改进冲刷作用,能够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。这是冶金学家在研讨电极丝的冲刷性时要考虑的资料的两个特性之一。

  气化压力:

  电火花切开时会发生大量的热量,其中的一些热量被电极丝吸收走了,这会下降切开功率。假如太多的热量损耗在电极丝上,电极丝就会因过热而熔断。因而需求电极丝外表能够快速气化,在电极丝得到冷却的一起把热能释放到工件上。资料受热到达熔点后就会气化,发生气化压力。熔点低的资料更简单气化。电极丝所应该具有的另一个特性便是低熔点和高气化压力,能够协助把废渣吹离切缝。这便是电极丝冲刷性好所应该具有的另一个特性。当电极丝和工件在切开外表处是气化而不是熔化时,发生的是气体而不是熔化的金属颗粒。这反过来又改进了冲刷进程,因为要冲走的颗粒少了。
  
二、电极丝的品种与使用

  目前,市场上可选用的电极丝可分为以下几类:

  1、黄铜丝

  黄铜丝是线切开领域中第一代专业电极丝。1977年,黄铜丝开端进入市场。这种电极丝曾带来了切开速度上的打破,其时关于厚度为50mm的工件,切开速度从12mm2/分钟进步到25 mm2/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。其时发现黄铜丝中的锌因为熔点较低(420℃,而紫铜为1080℃)能够改进冲刷性。在切开进程中,锌因为高温而气化使得电极丝的温度下降并把热量传送到工件的加工面上。理论上讲,锌的份额越高越好,不过在黄铜丝的制造进程中,当锌的份额超越40%后,电极丝的α单相结晶结构变成了α和β双相结晶结构。这时资料变得太脆而不合适把它拉成直径很小的细丝。

  黄铜丝能够有不同的拉伸强度来满足不同的设备和使用场合。这是经过一系列的拉丝(淬火作用)和热处理(退火)工序来完成的。一般黄铜丝的拉伸强度在490-900N/mm2之间。

  黄铜丝的首要缺陷:

  (1) 加工速度无法进步:因为黄铜中锌的份额一定,所以放电时的能量转化功率无法进一步进步;以0.25mm黄铜丝切开30-60mm厚的钢材为例,国内许多用户的主切速度都在120mm2/分钟左右。

  (2) 外表质量欠安:黄铜丝外表的铜粉和放电时因为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构成外表积铜。一起因为冲刷性欠好而在工件外表发生较厚的蜕变层,这些都会影响工件的外表硬度和粗糙度;

  (3) 加工精度不高:特别是在加工较厚的工件时,因为冲刷性不良,会发生较大的直线度差错(上下端尺度差错和鼓形差)。

  此外,因为价格竞争的原因,目前国内的低价黄铜丝普遍存在着各种质量问题,例如因选用的铜材胚料原料不良以及拉丝设备和工艺上的原因导致黄铜丝外表铜粉较多,截面几许差错太大等等,这些都会导致放电安稳性下降,严重影响加工速度和质量。一起,还会污染设备部件加大设备的损耗。

  黄铜丝的使用场合:

  (1) 加工量不足,不是24小时开机的用户。因为加工功率关于这些用户来说不是首要问题;

  (2) 对加工精度特别是外表质量要求不高的用户;

  (3) 以加工小尺度、薄厚度为主的用户。因为工件装夹调整的时刻占总加工时刻的份额较高,切开时刻较少,对加工功率的影响不显着。

  (4) 工件的资料硬度不高或厚度不超越80-100mm。

  尽管跟着各种更好功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,可是,因为它成本低廉,而且能满足一般的加工需求,因而还会持续得到广泛的使用。一起,市场上还出现了一些在功能上有不同程度改进的且价格低于镀层电极丝的新式黄铜丝:

  (1) 超净型黄铜丝:针对一般黄铜丝外表铜份过多这一坏处,经过在后道工序中添加特其他清洗工艺而制成;

  (2) 超硬型黄铜丝:经过在黄铜中加入其他微量元素,使黄铜丝的拉伸强度高达1200 N/mm2。这种丝在加工超厚或超硬工件时能够改进加工精度和速度;

  (3) 高速型黄铜丝:将黄铜中锌的份额加大到极限的40%,能够改进冲刷性,进步切开速度。可是,其切开速度还是比镀锌电极丝要慢。

  2、镀层电极丝

  因为低熔点的锌关于改进电极丝的放电功能有着显着的作用,而黄铜中锌的份额又遭到限制,所以人们想到了在黄铜丝外面再加一层锌,这就发生了镀锌电极丝。1979年瑞士几位工程师创造的这种办法,使电极丝的开展向前迈进了一大步,并导致了更多新式镀层电极丝的出现。

  镀层电极丝的首要长处:

  (1) 切开速度高,不易断丝。品质好的镀锌电极丝切开速度可比优质黄铜丝快30-50%,目前广东区域许多用户选用0.25mm的镀锌电极丝,切开速度平均在150-180mm2/分钟。

  (2) 加工工件的外表质量好,无积铜,蜕变层得到改进,因而工件外表的硬度更高,模具的寿数延长。

  (3) 加工精度进步,特别是尖角部位的形状差错、厚工件的直线度差错等均比黄铜丝有改进。

  (4) 导丝咀等部件的损耗减小。锌的硬度比黄铜低,一起镀锌丝不象黄铜丝那样有许多铜粉,所以不简单堵塞导丝咀,污染相关部件。
  
  镀层电极丝出产工艺首要有浸渍、电镀和分散退火这三种办法。电极丝的芯材首要有黄铜、紫铜和钢。镀层的资料则有锌、紫铜、铜锌合金和银。目前市场上较为成熟的这类电极丝按使用区别首要有以下几种:

  一般镀锌电极丝:

  因为浸渍这种工艺相对比较简单,所以许多电极丝制造商都选用这种办法来出产镀锌电极丝。可是镀锌后再拉丝,其最大的问题是无法操控镀层的均匀性,所以用这种工艺出产的电极丝放电功能不够安稳,速度只比黄铜丝进步不到10%。有些品质较差的镀锌电极丝其色彩往往不是均匀的银灰色,能够看到一些浅黄色相间其中,这便是所谓"露铜"现象。这类电极丝尽管价格比较廉价,只比黄铜丝稍贵一些,可是选用的人不多。

  高精度加工用镀锌电极丝:

  这类电极丝多是选用电镀的办法,所以能够较好的操控镀锌层的厚度,放电功能安稳,不易断丝,合适四次切开以上的精细加工。切开速度一般能够比黄铜丝快30%左右。这种电极丝的剖面见。常见的品牌有德国Berkenhoff公司的COBRA CUT A、MEGACUT A,德国Heinrich Stamm公司的STAMMCUT ZC900和ZC950等等。

  韩国OPEC公司的ZINCO系列镀锌电极丝,尽管也是选用的浸渍工艺,可是其工艺办法异乎寻常,请求到了美国、日本、欧洲和中国的创造专利。该工艺的特点是先将黄铜芯材拉制到了挨近最终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,锌的份额从里到外呈梯度渐变,以外层的锌为最多,且外表是有利于改进冲刷功能的微观多孔结构。这种电极丝已为线切开机制造商Sodick和Agie-Charmilles所选用。一起也是目前国内最畅销的镀锌电极丝。

  今年开端韩国有几家电极丝制造商也在测验用电镀的办法出产镀锌电极丝,假如能构成批量进入市场的话,信任会给国内用户带来更多的实惠。

  高速度加工用镀层电极丝

  这种电极丝以分散退火工艺制造,是一种复合电极丝,有较厚的含有50%的锌和50%的紫铜的镀层。这种镀层需经过一系列的热处理进程,其色彩因镀层分散而从亮银色变为黄褐色。这种电极丝的芯为α结构而镀层则为β结构,它最终经过一道拉伸加工经过冷压把镀层压进芯材中。分散过的电极丝外表是多孔的,它有助于改进冲刷性。这种电极丝的切开速度是目前最快的。常见的品牌有COBRA CUT D、BRONCO CUT X、MEGACUT D、SWX、STAMMCUT Xi等。

  韩国OPEC公司针对Charmilles的线切开机研制的HUNT-X电极丝,尽管不是选用分散退火工艺,可是其切开功能与这类电极丝非常相似,也归于高速电极丝,能够用于对速度有较高要求的加工。

  高难度加工用镀层电极丝

  钢芯电极丝是一种复合丝。它由钢制的芯加上中心的紫铜镀层和外面的黄铜镀层组成。钢芯在常温下的拉伸强度与黄铜丝差不多,可是跟着温度的升高黄铜丝的拉伸强度迅速下降,而钢的拉伸强度则高于黄铜丝了。可是,因为港的导电功能欠好,因而在钢芯外面包了一层紫铜用以进步电导率。而外面的黄铜层则起到了改进冲刷功能的作用。
  
  关于难度较高的线切开加工,尽管选用较粗直径(0.30mm)的电极丝,或选用镀锌电极丝能够使情况有所改进,可是要想到达较高的加工要求,最佳的挑选便是这种钢芯电极丝了。

  1、 高厚度加工:一般来说,当加工的工件较厚时(通常超越100mm以上),加工速度显着下降,而且加工面的直线度差错会很大。此时选用钢芯丝加工,能够显着改进速度和精度。

  2、 冲水不良状况的加工:例如大斜度加工、工件厚度不规则,改变范围较大的加工和多个工件叠加起来的加工等等。冲水不良简单构成断丝,加工速度因而下降。一起,也会导致二次放电添加,影响外表质量。
  
  3、工件资料难以加工:例如石墨、铜、铝合金等较难切开的资料。

  常见的品牌有:日本FUJIKURA公司的COMPEED钢芯电极丝。

  超精细加工用电极丝

  黄铜丝或镀层丝的直径一般在0.30mm至0.07mm之间。而关于一些电子、光学和钟表职业的微细零件或超精细的加工,要求电极丝的直径在0.10mm至 0.03mm。曩昔这种电极丝是选用钨丝或钼丝制造的,价格非常贵重。现在则普遍选用高拉伸强度的钢丝(100碳钢琴线)外面加镀黄铜来制造,俗称"钢琴线"。这种电极丝的拉伸强度为一般电极丝的2倍,高达2000 N/mm2以上。常见的品牌有德国的MICRO CUT,日本的SPWire。
  
三、怎样考虑不同的电极丝对加工成本的影响

  "欲工其效,先利其器"。在制造业里层出不穷的新设备、新东西和新资料带来的是更好的加工作用和更高的加工功率,一起也意味着更好的经济效益。职业界最先得益的总是那些熟知技能开展动向而首先选用先进技能的企业。这关于线切开来说也是彻底相同的。跟着线切开技能的不断开展和人们对功率和质量的追求,新的高功能电极丝必定替代黄铜丝而成为市场的主角。积极的选用高效电极丝将对线切开机用户的财务报表或竞争才能发生深入的影响。咱们从以下方面来研讨一下工厂加工现状与加工成本的关系:

  1、工厂现有设备的加工才能是否满足业务添加的需求?

  设备是否24小时运转?

  是否需求经常性外发加工?

  是否预备添置新的设备?

  假如在选用黄铜丝的情况下,设备即使24小时运转也不能满足加工需求,而不得不靠外发加工来补偿,一起也在考虑添加更多的设备,那么这样的工厂首先能够测验换用功率更高的电极丝,或许能够即刻缓解迫在眉睫的加工对立而不用一下投入太多的资金。在设备数量不变的情况下,削减外发加工量还能够带来直接的效益。

  2、工厂线切开加工的工时费率在同职业界处于什么水平?

  这直接反映出工厂的竞争才能。因为工时费率往往受职业平均水平的限制,相同的费率水平下,赢利的多少取决于工厂最大极限的进步出产功率和下降费用的才能。

  3、工厂对现在的加工质量满足吗?

  假如长期以来都是使用黄铜电极丝而加工质量经常出现问题,需求返工,构成延期交货,导致客户的不满,那么换上其他电极丝能不能进步加工精度和外表质量?关于不同的工件原料,有没有考虑过选用不同的电极丝而得到有更好的加工作用?这同样会影响到工厂的加工成本和效益。

  下面,咱们经过一个加工实例来核算一下电极丝对加工成本的影响:
  测验机型:SODICK AQ325L(2000年出厂)
  测验工件:资料SKH-9钢,厚度60mm,切开长度29.99mm
  测验结果对比:
  项目 黄铜丝 镀锌电极丝 说明
  电极丝厂牌 某国产硬丝 ZINCO
  电极丝直径(mm) 0.20 0.20
  切开次数 3 3 切1修2
  尺度精度 尺度差错:6微米 尺度差错:1微米 加工精度显着进步
  直线度差错 4微米 2微米
  尖角部位形状差错 显着可见形状差错 有显着改进 用镀锌丝切开时不用补偿,角部差错显着减小
  外表质量(直观) 有积铜 有显着进步
  切开厚度(mm) 60 60
  切开长度(mm) 29.99 29.99
  切开面积(mm2) 1799.4 1799.4
  加工时刻(分钟) 39.5 27.3 快了31%
  加工速度(mm2/分钟) 45.6 65.9 切1修2的平均加工速度
  
  
  经济效益核算:
  黄铜电极丝 镀锌电极丝
  走丝速度(米/分钟) 13
  耗丝长度(米/小时) 13x60=780
  分量长度换算系数(克/米) 0.27(关于直径为0.20mm的电极丝)
  每小时耗丝量(公斤) 780x0.27/1000=0.211
  每月实际放电时刻(小时) 30天x16小时/天=480小时
  每月耗丝量(公斤) 0.211x480=101.28
  单价(元/公斤) 30.00 98.00
  每月电极丝费用(元) 101.28x30=3038.40 101.28x98=9925.44
  选用镀锌丝后每月添加费用(元) 9925.44-3038.40=6887.04元
  "切1修2"的速度(mm2/分钟) 45.6 65.9
  每月可加工面积(mm2) 45.6x480x60=1313280 65.9x480x60=1897920
  "切1修2"加工费率 ¥0.045/ mm2
  每月每台机加工收入 1313280x0.045=59,097.60 1897920x0.045=85406.40
  扣除电极丝添加的费用后,每月每台机添加的收入(元) 85406.40-59097.60-6887.04=19421.76元 增幅33%

  说明

  1、以上核算假设了放电时刻占加工时刻的2/3,且加工的零件大致相同,以"切一修二"为主。

  2、用户能够依据各自情况进行测算,尽管结果各不相同,可是依据咱们与广东区域几十家用户的交流得知,关于加工量足够的用户,收入肯定有添加的。
  
  经过上述实例能够知道,尽管测验所用的镀锌电极丝比黄铜丝单价贵了2倍,可是因为加工功率进步了31%,加工效益事实上是净添加,故选用镀锌电极丝后直接经济效益是显着的。

  综上所述,廉价的黄铜丝其实并不是最经济的挑选,经过改造规划的高功能电极丝与现代先进的线切开机合作可完成比规范的黄铜丝更高的出产功率,更优越的性价比。

  所以,不同的加工,请选用不同的电极丝。