線切割加工中電極絲的選用
電火花加工作為一種特種精密加工技術沧源,近年來得到了迅速的發(fā)展。特別是慢走絲線切割加工咪枷,已經成為模具制造和金屬加工行業(yè)必不可少的加工手段波财。線切割技術的發(fā)展,離不開電極絲技術的同步發(fā)展打恕。因為線切割機的切割效率和切割質量與電極絲的性能緊密相關退疫,而電極絲技術的突破往往會導致線切割機設計的革新。從1979年鍍鋅電極絲的發(fā)明到今天,市場上不斷出現了各種各樣比普通黃銅絲性能更好的電極絲褒繁,電極絲的正確選用已經成為使線切割機的性能得到最大限度的發(fā)揮并為用戶創(chuàng)造更多利潤的關鍵亦鳞。
現在,在歐美和日本等發(fā)達國家棒坏,以鍍鋅電極絲為主的高性能電極絲正在逐漸取代放電性能受到很大局限的黃銅絲燕差。同時,除了早已將鍍鋅電極絲作為標準配置的線切割機制造商Agie和Charmilles外坝冕,現在Mitsubishi和Sodick公司也在最新的機型上增加了采用鍍鋅絲的模式和加工參數徒探,使這些設備的切割速度較之采用黃銅絲有30%~50%的顯著提升。
但是在國內喂窟,前幾年由于歐洲進口的鍍鋅電極絲價格較高测暗,不僅幾乎所有的日本、臺灣和國產慢走絲機的用戶都只用黃銅絲谎替,一些本來使用鍍鋅電極絲的Agie機和Charmilles機用戶偷溺,也改用了“便宜”的黃銅絲,造成了相當多的用戶以為“電極絲就是黃銅絲”這一行業(yè)內的誤區(qū)阅权。有不少國內的用戶在引進最新的高性能線切割機的同時娱陈,忽視了電極絲的重要性,以為它只不過是一種普通的消耗品啸需。不管什么機型或加工要求雳誉,黃銅絲都以其低廉的價格似乎成了唯一的選擇。
從2002年起斯智,來自韓國的性價比較好的鍍鋅電極絲在廣東地區(qū)為不少用戶所采用各祠,取得了明顯的效益,至2003年行業(yè)內越來越多的用戶開始關注鍍鋅電極絲的應用附舌,“不同的加工渺纯,采用不同的電極絲”這一概念開始為精明的線切割用戶所接受。實際上現在的線切割加工有著比過去更多的變化蛉差,從加工材料正蹋、切割速度、輪廓精度壕哩、表面質量到工廠的運行模式等等钧宠。對于這些相互起作用的變數來說,只有選擇合適的電極絲才能使工廠對加工效率扎运、加工成本和加工質量整體進行優(yōu)化瑟曲。
一、電極絲的性能
高性能的電極絲必須是各種有用特性的有機組合豪治,那么電極絲有哪些有用的特性呢洞拨?
1扯罐、電氣特性
現代線切割電源對電極絲提出了嚴格的要求。它要能承受峰值超過700安培或平均值超過45安培的大切割電流扣甲,而且能量的傳輸必須非常有效篮赢,才能提供為達到高表面光潔度(0.2Ra以上)所需的高頻脈沖電流齿椅。這取決于電極絲的電阻或電導率琉挖。紫銅是電導率最高的材料之一,它被用來作為衡量其他材料的基準涣脚。紫銅的電導率標為100%IACS(國際退火紫銅標準)示辈,而黃銅的電導率為20%。
2遣蚀、機械特性
拉伸強度:
拉伸強度是衡量材料在受到徑向負荷時抵抗斷裂的能力矾麻。它是用單位截面積所能承受的重量來標度的,如英制的PSI(磅/平方英寸)或公制的N/mm2(牛頓/平方毫米)善答。紫銅屬于拉伸強度最低的材料(245N/mm2)仁墅,而鉬則最高(1930N/mm2)。電極絲的拉伸強度取決于材料的選擇以及各種熱處理和拉伸處理工藝缤币。電極絲有時被分為"軟絲"和"硬絲"冲倡,對于不同的設備和應用來說,各有其長處旬敞。
記憶效應:
這與電極絲的"軟"或"硬"直接相關蒸橡。軟絲抽離線軸時沒有恢復成直線的記憶能力,所以無法用于自動穿絲深境,但這對切割來說并沒有影響每玛,因為加工時電極絲上是加了張力的。軟絲適用于上旅雇、下導絲咀不能傾斜的設備進行超過7度的大斜度切割芦赔。而硬絲則是自動穿絲機的最佳選擇,同時因為拉伸強度高跃旁,其抵抗因切割時電流和沖洗力造成絲的抖動的能力較強桥膝。
延伸率:
延伸率是切割加工中由于張力和熱量引起電極絲長度變化的百分比。軟絲的延伸率可大到20%缘缚,而硬絲則小于2%勾笆。軟絲在斜度加工時,延伸率高的電極絲能更保證斜面的幾何精度桥滨,并且較軟的電極絲在導絲咀中滑動時產生的震動也較小窝爪。不過電極絲進入切割區(qū)后軟絲的抖動程度比硬絲大,所以還得折中考慮齐媒。
3蒲每、幾何特性
在線切割技術發(fā)展的早期(1969年到七十年代中期)纷跛,對電極絲幾乎沒有做任何的研究,用的是現成的電機和電纜上的紫銅絲邀杏。而今天贫奠,高效率高精度的線切割機要求電極絲具有誤差極小的幾何特性。電極絲制造的最后工序是采用多個寶石拉絲模來得到光滑望蜡、圓度極好唤崭、絲徑公差為+/-0.001mm的成品。另一方面脖律,還有一些電極絲卻特意設計成具有相對粗糙的表面谢肾,可以提高切割速度。
4苹衰、熱物理特性
電極絲的熱物理特性是提高切割效率的關鍵芬赢。這些特性是通過合金成分的配比或基礎芯材的選擇來確定的。
熔點:
電極絲的熔點是一項重要的指標棘爱。由于電極絲通過導絲咀時的機械運動眷幢,以及沖洗力和放電等因素,電極絲在切割時是有抖動的柜棠。這將造成無數次的極小的短路酒舶,使切割過程減慢。電極絲工作時如果在外徑上能夠損耗一些赋昔,這樣它在面對切口方向的空隙可以防止或減少短路效應据钱。同時它在背對切口方向的空隙有助于改善沖洗作用,可以更好的去除加工廢屑亮绢。電極絲外徑的損耗不會影響加工精度箭谴,因為新的電極絲在不斷的進給。這是冶金學家在研究電極絲的沖洗性時要考慮的材料的兩個特性之一俘戈。
氣化壓力:
電火花切割時會產生大量的熱量溉潭,其中的一些熱量被電極絲吸收走了,這會降低切割效率少欺。如果太多的熱量損耗在電極絲上喳瓣,電極絲就會因過熱而熔斷。因此需要電極絲表面能夠快速氣化赞别,在電極絲得到冷卻的同時把熱能釋放到工件上畏陕。材料受熱達到熔點后就會氣化,產生氣化壓力仿滔。熔點低的材料更容易氣化惠毁。電極絲所應該具有的另一個特性就是低熔點和高氣化壓力,可以幫助把廢渣吹離切縫崎页。這就是電極絲沖洗性好所應該具備的另一個特性鞠绰。當電極絲和工件在切割表面處是氣化而不是熔化時腰埂,產生的是氣體而不是熔化的金屬顆粒。這反過來又改善了沖洗過程蜈膨,因為要沖走的顆粒少了屿笼。
二、電極絲的種類與應用
目前强剥,市場上可選用的電極絲可分為以下幾類:
1担擦、黃銅絲
黃銅絲是線切割領域中第一代專業(yè)電極絲。1977年统扔,黃銅絲開始進入市場琅芍。這種電極絲曾帶來了切割速度上的突破板蜻,當時對于厚度為50mm的工件馁筷,切割速度從12mm2/分鐘提高到25 mm2/分鐘。是什么使速度翻了一倍呢捺盖?黃銅是紫銅與鋅的合金芥吧,最常見的配比是65%的紫銅和35%的鋅。當時發(fā)現黃銅絲中的鋅由于熔點較低(420℃融唬,而紫銅為1080℃)能夠改善沖洗性漾衅。在切割過程中,鋅由于高溫而氣化使得電極絲的溫度降低并把熱量傳送到工件的加工面上芋困。理論上講楞便,鋅的比例越高越好,不過在黃銅絲的制造過程中利术,當鋅的比例超過40%后呈野,電極絲的α單相結晶結構變成了α和β雙相結晶結構。這時材料變得太脆而不適合把它拉成直徑很小的細絲印叁。
黃銅絲可以有不同的拉伸強度來滿足不同的設備和應用場合被冒。這是通過一系列的拉絲(淬火作用)和熱處理(退火)工序來實現的。普通黃銅絲的拉伸強度在490-900N/mm2之間轮蜕。
黃銅絲的主要缺點:
(1) 加工速度無法提高:由于黃銅中鋅的比例一定昨悼,所以放電時的能量轉換效率無法進一步提高;以0.25mm黃銅絲切割30-60mm厚的鋼材為例跃洛,國內很多用戶的主切速度都在120mm2/分鐘左右率触。
(2) 表面質量不佳:黃銅絲表面的銅粉和放電時由于電極絲表層氣化而帶出的銅微粒會積存在工件的加工面上形成表面積銅。同時由于沖洗性不好而在工件表面產生較厚的變質層汇竭,這些都會影響工件的表面硬度和粗糙度葱蝗;
(3) 加工精度不高:特別是在加工較厚的工件時,由于沖洗性不良韩玩,會產生較大的直線度誤差(上下端尺寸誤差和鼓形差)垒玲。
此外陆馁,由于價格競爭的原因,目前國內的低價黃銅絲普遍存在著各種質量問題参七,例如因采用的銅材胚料材質不良以及拉絲設備和工藝上的原因導致黃銅絲表面銅粉較多励砸,截面幾何誤差太大等等,這些都會導致放電穩(wěn)定性下降村次,嚴重影響加工速度和質量招蓝。同時,還會污染設備部件加大設備的損耗痒弃。
黃銅絲的應用場合:
(1) 加工量不足翅拜,不是24小時開機的用戶。因為加工效率對于這些用戶來說不是主要問題仆扰;
(2) 對加工精度特別是表面質量要求不高的用戶瘫啦;
(3) 以加工小尺寸、薄厚度為主的用戶祟放。因為工件裝夾調整的時間占總加工時間的比例較高澳踱,切割時間較少,對加工效率的影響不明顯衡喧。
(4) 工件的材料硬度不高或厚度不超過80-100mm癣彩。
雖然隨著各種更好性能的鍍層電極絲的出現和普及,黃銅絲的市場份額呈不斷下降的趨勢帚屉,但是谜诫,由于它成本低廉,并且能滿足普通的加工需求攻旦,因此還會繼續(xù)得到廣泛的應用喻旷。同時,市場上還出現了一些在性能上有不同程度改善的且價格低于鍍層電極絲的新型黃銅絲:
(1) 超凈型黃銅絲:針對普通黃銅絲表面銅份過多這一弊端敬特,通過在后道工序中增加特別的清洗工藝而制成掰邢;
(2) 超硬型黃銅絲:通過在黃銅中加入其他微量元素,使黃銅絲的拉伸強度高達1200 N/mm2伟阔。這種絲在加工超厚或超硬工件時可以改善加工精度和速度辣之;
(3) 高速型黃銅絲:將黃銅中鋅的比例加大到極限的40%,可以改善沖洗性皱炉,提高切割速度怀估。但是,其切割速度還是比鍍鋅電極絲要慢合搅。
2多搀、鍍層電極絲
由于低熔點的鋅對于改善電極絲的放電性能有著明顯的作用,而黃銅中鋅的比例又受到限制画了,所以人們想到了在黃銅絲外面再加一層鋅虾驰,這就產生了鍍鋅電極絲吼季。1979年瑞士幾位工程師發(fā)明的這種方法,使電極絲的發(fā)展向前邁進了一大步伊了,并導致了更多新型鍍層電極絲的出現误反。
鍍層電極絲的主要優(yōu)點:
(1) 切割速度高,不易斷絲栅刚。品質好的鍍鋅電極絲切割速度可比優(yōu)質黃銅絲快30-50%奠钾,目前廣東地區(qū)很多用戶采用0.25mm的鍍鋅電極絲,切割速度平均在150-180mm2/分鐘慈哗。
(2) 加工工件的表面質量好浮两,無積銅,變質層得到改善筋悴,因此工件表面的硬度更高俩食,模具的壽命延長。
(3) 加工精度提高崇磁,特別是尖角部位的形狀誤差黄鳍、厚工件的直線度誤差等均比黃銅絲有改善。
(4) 導絲咀等部件的損耗減小平匈。鋅的硬度比黃銅低,同時鍍鋅絲不象黃銅絲那樣有很多銅粉藏古,所以不容易堵塞導絲咀增炭,污染相關部件。
鍍層電極絲生產工藝主要有浸漬拧晕、電鍍和擴散退火這三種方法隙姿。電極絲的芯材主要有黃銅、紫銅和鋼厂捞。鍍層的材料則有鋅输玷、紫銅、銅鋅合金和銀靡馁。目前市場上較為成熟的這類電極絲按應用區(qū)分主要有以下幾種:
普通鍍鋅電極絲:
由于浸漬這種工藝相對比較簡單欲鹏,所以很多電極絲制造商都采用這種方法來生產鍍鋅電極絲。但是鍍鋅后再拉絲臭墨,其最大的問題是無法控制鍍層的均勻性赔嚎,所以用這種工藝生產的電極絲放電性能不夠穩(wěn)定,速度只比黃銅絲提高不到10%乐肿。有些品質較差的鍍鋅電極絲其顏色往往不是均勻的銀灰色珠技,可以看到一些淺黃色相間其中,這就是所謂“露銅”現象软雹。這類電極絲雖然價格比較便宜嘲本,只比黃銅絲稍貴一些荞扒,但是采用的人不多。
高精度加工用鍍鋅電極絲:
這類電極絲多是采用電鍍的方法灌饵,所以可以較好的控制鍍鋅層的厚度制棉,放電性能穩(wěn)定,不易斷絲跋园,適合四次切割以上的精密加工诸晃。切割速度一般可以比黃銅絲快30%左右。這種電極絲的剖面見息栖。常見的品牌有德國Berkenhoff公司的COBRA CUT A益命、MEGACUT A,德國Heinrich Stamm公司的STAMMCUT ZC900和ZC950等等鹿蜀。
韓國OPEC公司的ZINCO系列鍍鋅電極絲箕慧,雖然也是采用的浸漬工藝,但是其工藝方法與眾不同茴恰,申請到了美國颠焦、日本、歐洲和中國的發(fā)明專利往枣。該工藝的特點是先將黃銅芯材拉制到了接近最后直徑的時候進行鍍層伐庭,然后再拉絲。其鍍層由多層銅鋅合金組成分冈,鋅的比例從里到外呈梯度漸變圾另,以外層的鋅為最多,且表面是有利于改善沖洗性能的微觀多孔結構雕沉。這種電極絲已為線切割機制造商Sodick和Agie-Charmilles所采用集乔。同時也是目前國內最暢銷的鍍鋅電極絲。
今年開始韓國有幾家電極絲制造商也在嘗試用電鍍的方法生產鍍鋅電極絲坡椒,如果能形成批量進入市場的話扰路,相信會給國內用戶帶來更多的實惠。
高速度加工用鍍層電極絲
這種電極絲以擴散退火工藝制作倔叼,是一種復合電極絲聘银,有較厚的含有50%的鋅和50%的紫銅的鍍層。這種鍍層需經過一系列的熱處理過程厌棵,其顏色因鍍層擴散而從亮銀色變?yōu)辄S褐色因郁。這種電極絲的芯為α結構而鍍層則為β結構,它最后經過一道拉伸加工通過冷壓把鍍層壓進芯材中醇票。擴散過的電極絲表面是多孔的加鄙,它有助于改善沖洗性。這種電極絲的切割速度是目前最快的。常見的品牌有COBRA CUT D溜盾、BRONCO CUT X肴士、MEGACUT D、SWX盔却、STAMMCUT Xi等丸臀。
韓國OPEC公司針對Charmilles的線切割機研制的HUNT-X電極絲,雖然不是采用擴散退火工藝奖锦,但是其切割性能與這類電極絲非常相似吉恍,也屬于高速電極絲,可以用于對速度有較高要求的加工景殷。
高難度加工用鍍層電極絲
鋼芯電極絲是一種復合絲溅呢。它由鋼制的芯加上中間的紫銅鍍層和外面的黃銅鍍層組成。鋼芯在常溫下的拉伸強度與黃銅絲差不多猿挚,但是隨著溫度的升高黃銅絲的拉伸強度迅速降低咐旧,而鋼的拉伸強度則高于黃銅絲了。但是绩蜻,由于港的導電性能不好铣墨,因此在鋼芯外面包了一層紫銅用以提高電導率。而外面的黃銅層則起到了改善沖洗性能的作用办绝。
對于難度較高的線切割加工伊约,雖然采用較粗直徑(0.30mm)的電極絲,或采用鍍鋅電極絲可以使情況有所改善八秃,但是要想達到較高的加工要求碱妆,最佳的選擇就是這種鋼芯電極絲了。
1昔驱、高厚度加工:一般來說,當加工的工件較厚時(通常超過100mm以上)纺榨,加工速度明顯降低榄湿,并且加工面的直線度誤差會很大。此時采用鋼芯絲加工彰怒,可以明顯改善速度和精度宛扒。
2、沖水不良狀態(tài)的加工:例如大斜度加工凶健、工件厚度不規(guī)則治队,變化范圍較大的加工和多個工件疊加起來的加工等等。沖水不良容易造成斷絲添祈,加工速度因而下降鼻肉。同時,也會導致二次放電增加,影響表面質量荡拌。
3幸瓢、工件材料難以加工:例如石墨、銅窿猿、鋁合金等較難切割的材料冀泻。
常見的品牌有:日本FUJIKURA公司的COMPEED鋼芯電極絲。
超精密加工用電極絲
黃銅絲或鍍層絲的直徑一般在0.30mm至0.07mm之間蜡饵。而對于一些電子弹渔、光學和鐘表行業(yè)的微細零件或超精密的加工,要求電極絲的直徑在0.10mm至 0.03mm溯祸。過去這種電極絲是采用鎢絲或鉬絲制作的肢专,價格非常昂貴。現在則普遍采用高拉伸強度的鋼絲(100碳鋼琴線)外面加鍍黃銅來制作您没,俗稱“鋼琴線”鸟召。這種電極絲的拉伸強度為一般電極絲的2倍,高達2000 N/mm2以上氨鹏。常見的品牌有德國的MICRO CUT,日本的SPWire欧募。
三、怎樣考慮不同的電極絲對加工成本的影響
“欲工其效仆抵,先利其器”跟继。在制造業(yè)里層出不窮的新設備、新工具和新材料帶來的是更好的加工效果和更高的加工效率镣丑,同時也意味著更好的經濟效益舔糖。行業(yè)內最先得益的總是那些熟知技術發(fā)展動向而首先采用先進技術的企業(yè)。這對于線切割來說也是完全一樣的漂岔。隨著線切割技術的不斷發(fā)展和人們對效率和質量的追求脊直,新的高性能電極絲必然取代黃銅絲而成為市場的主角。積極的采用高效電極絲將對線切割機用戶的財務報表或競爭能力產生深刻的影響辰想。我們從以下方面來研究一下工廠加工現狀與加工成本的關系:
1辖醒、工廠現有設備的加工能力是否滿足業(yè)務增長的需要?
· 設備是否24小時運行远驹?
· 是否需要經常性外發(fā)加工梧部?
· 是否準備添置新的設備?
如果在采用黃銅絲的情況下安坏,設備即使24小時運行也不能滿足加工需求泊嗤,而不得不靠外發(fā)加工來彌補,同時也在考慮增加更多的設備颈冶,那么這樣的工廠首先可以嘗試換用效率更高的電極絲垮袭,也許可以即刻緩解迫在眉睫的加工矛盾而不必一下投入太多的資金。在設備數量不變的情況下,減少外發(fā)加工量還可以帶來直接的效益泡徙。
2橱鹏、工廠線切割加工的工時費率在同行業(yè)內處于什么水平?
這直接反映出工廠的競爭能力堪藐。由于工時費率往往受行業(yè)平均水平的制約莉兰,相同的費率水平下,利潤的多少取決于工廠最大限度的提高生產效率和降低費用的能力礁竞。
3糖荒、工廠對現在的加工質量滿意嗎?
如果長期以來都是使用黃銅電極絲而加工質量經常出現問題模捂,需要返工捶朵,造成延期交貨,導致客戶的不滿狂男,那么換上別的電極絲能不能提高加工精度和表面質量综看?對于不同的工件材質,有沒有考慮過選用不同的電極絲而得到有更好的加工效果岖食?這同樣會影響到工廠的加工成本和效益红碑。
下面,我們通過一個加工實例來計算一下電極絲對加工成本的影響:
測試機型:SODICK AQ325L(2000年出廠)
測試工件:材料SKH-9鋼泡垃,厚度60mm彬界,切割長度29.99mm
測試結果對比:
項目 黃銅絲 鍍鋅電極絲說明
電極絲廠牌 某國產硬絲 ZINCO
電極絲直徑(mm) 0.20 0.20
切割次數 3 3 切1修2
尺寸精度 尺寸誤差:6微米 尺寸誤差:1微米 加工精度明顯提高
直線度誤差:2微米 直線度誤差:4微米
尖角部位形狀誤差明顯可見形狀誤差有明顯改善 用鍍鋅絲切割時不用補償,角部誤差明顯減小
表面質量(直觀) 有積銅有明顯提高
切割厚度(mm) 60 60
切割長度(mm)29.99 29.99
切割面積(mm2) 1799.4 1799.4
加工時間(分鐘) 39.527.3 快了31%
加工速度(mm2/分鐘) 45.6 65.9 切1修2的平均加工速度
經濟效益計算:
黃銅電極絲 鍍鋅電極絲
走絲速度(米/分鐘) 13
耗絲長度(米/小時) 13x60=780
重量長度換算系數(克/米) 0.27(對于直徑為0.20mm的電極絲)
每小時耗絲量(公斤) 780x0.27/1000=0.211
每月實際放電時間(小時) 30天x16小時/天=480小時
每月耗絲量(公斤) 0.211x480=101.28
單價(元/公斤) 30.00 98.00
每月電極絲費用(元) 101.28x30=3038.40101.28x98=9925.44
采用鍍鋅絲后每月增加費用(元)9925.44-3038.40=6887.04元
“切1修2”的速度(mm2/分鐘)45.665.9
每月可加工面積(mm2)45.6x480x60=131328065.9x480x60=1897920
“切1修2”加工費率 ¥0.045/ mm2
每月每臺機加工費收入1313280x0.045=59,097.601897920x0.045=85406.40
扣除電極絲增加的費用后秘鳞,每月每臺機增加的收入(元)85406.40-59097.60-6887.04=19421.76元 增幅33%
說明
1垛夷、以上計算假設了放電時間占加工時間的2/3,且加工的零件大致相同叔人,以“切一修二”為主致煎。
2、用戶可以根據各自情況進行測算伍奏,雖然結果各不相同彰派,但是根據我們與廣東地區(qū)幾十家用戶的交流得知,對于加工量充足的用戶狠压,收入肯定有增加的。
通過上述實例可以知道哗衫,雖然測試所用的鍍鋅電極絲比黃銅絲單價貴了2倍相品,但是由于加工效率提高了31%,所以加工費收入反而增加了示婉,或者說加工成本降低了品山。采用鍍鋅電極絲后直接經濟效益是明顯的。
綜上所述,便宜的黃銅絲其實并不是最經濟的選擇肘交,經過革新設計的高性能電極絲與現代先進的線切割機配合可實現比標準的黃銅絲更高的生產效率笆载,更優(yōu)越的性價比。
所以涯呻,不同的加工凉驻,請采用不同的電極絲。
聲明:本網站所收集的部分公開資料來源于互聯網复罐,轉載的目的在于傳遞更多信息及用于網絡分享涝登,并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責,也不構成任何其他建議效诅。本站部分作品是由網友自主投稿和發(fā)布胀滚、編輯整理上傳,對此類作品本站僅提供交流平臺乱投,不為其版權負責咽笼。如果您發(fā)現網站上所用視頻、圖片卤檐、文字如涉及作品版權問題壮畏,請第一時間告知免砖,我們將根據您提供的證明材料確認版權并按國家標準支付稿酬或立即刪除內容,以保證您的權益!聯系電話:010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn揪孕。
- 暫無反饋