CN101537519A - 放电加工机切割线的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种放电加工机切割线的制造方法，其主要是结合两种或两种以上不同金属的合金，并凭借阶段性热处理，以产生不同相位的金属合金，凭借合金间不同的物理性质包覆结合后冷拉，产生不同金属间的断裂性包覆，以形成仍可耐腐蚀且切割更有效率的放电加工机切割线，并进而降低产制的成本，形成更有效的放电加工机切割线。

Description

放电加工机切割线的制造方法

技术领域

本发明涉及一种放电加工机切割线的制造方法。

背景技术

一般以含锌量较高的放电加工机(EDM)切割线切割时效率较高，例如：包覆锌的放电加工机切割线或含黄铜合金包覆高成分锌的放电加工机切割线会比表面含锌量较低的放电加工机切割线更有切割效率；γ相黄铜具有高成分的锌，平均约为65％，并具有相对较佳的熔点，约为摄氏八百度，因此一般均视为是优良的放电加工机切割线，而β相黄铜含锌量平均为45％，其熔点约为摄氏八百八十度，其延展性较佳，可以运用简单的冷拉处理即可，所以为常用的放电加工机切割线运用；而γ相合金极易碎裂，延展性不佳，因此要冷拉制作几乎不可能，且成本也较高，但是经发现γ相合金物质在冷拉的过程中会断裂重组，若在冷拉之前先维持γ相金属层相对较薄的厚度配合以β相黄铜制作，就可以在冷拉过程中充分在表面上包覆γ相物质，因此所述的表层的γ相物质仍可以达到期望中的切割效果与清除间隙的效果，而且γ相合金层的厚度若再经过热处理之后就变薄了，不会因为厚度较大，而易于碎裂，同时也兼顾了不至于太薄而导致表面包覆不足影响效能，本发明即是利用结合两种不同相的金属合金，以增益两者的优点，而达到更省成本，并提升更有效的放电加工机切割线。

现有的放电加工机切割线，通常是单一相的金属合金，如以黄铜包覆不同种的金属，如锌、锡、铝、镍等，运用上均以单一的锌铜合金制出β相的黄铜放电加工机切割线为主，但为了防腐蚀的缘故，因此另外用黄铜包覆，但是黄铜包覆的放电加工机切割线切割效率较低；而具有γ相的铜锌合金，虽切割效率较佳，但其较脆，易于碎裂或断毁，运用上仍有极大的缺点。另外，现有这两种结构对于促进工作部件碎屑被有效冲洗的效果较不佳，所以如何找到一种既具有良好的包覆系统，又具有耐腐蚀与高切割效率，还具有高金属移除率的放电加工机切割线，是本发明设计人要解决的主要问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种放电加工机切割线的制造方法，其主要是结合两种或两种以上不同金属的合金，并凭借阶段性热处理，以产生不同相位的金属合金，凭借合金间不同的物理性质包覆结合后冷拉，产生不同金属间的断裂性包覆，以形成仍可耐腐蚀且切割更有效率的放电加工机切割线，并进而降低产品的成本，形成更有效的放电加工机切割线。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括：

一种放电加工机切割线的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将原铜，加入重量比约为4~45％的锌，以形成黄铜，黄铜经过卷轴器卷抽成轴心，经过初步加热处理之后，此时核心黄铜形成主要为β相黄铜，再将此核心黄铜外镀一层薄锌，其厚度，视相应的需求而定，运用方法可用浸镀或电镀加锌法，再经过加热融化处理，让表层锌融入β相黄铜中，使外层锌在黄铜线中的含量比重提高至65％左右，再经过退火处理形成此时外层即可形成γ相黄铜，其中所述的切割线在大气环境下在退火炉中进行批次扩散退火处理，退火温度是摄氏170~180度，退火时间与切割线的口径相对应，且依比重调整，口径较大且比重较大时退火时间相应较长，惟其时间，仍依所需线材之特性调整。冷却之后，将切割线进行冷拉处理，使γ相黄铜均匀覆盖于β相黄铜轴心上，此时即可形成双相黄铜切割线，再将所述的切割线在大气环境下在退火炉中进行批次扩散退火处理，退火温度是摄氏170~180度，退火时间与切割线的口径相对应，口径较大者，退火时间较长；而将切割线进行冷却，冷却之后，将切割线进行冷拉，冷拉是将切割线于常温或低温下拉伸使其延展变长，冷拉之后，因为内层轴心β相黄铜较具有延展性，而外层γ相黄铜因为其脆性，且较薄，因此会脆化断裂，随着冷拉的作用，均匀分布于内层轴心β相黄铜之上面，即可完成本发明的切割线。

其中：所述的冷拉步骤之后，可因需要再进行另一次加热扩散及退火处理，主要是将γ相物质断裂处再藉由加热融溶作用，进行薄化，包覆在黄铜轴心上，其中：所述的形成γ相的物质，不惟只有用锌可以运用，也可用锡、镁、与铝等物质，因应需求，可替换先前用锌以形成γ相物质包覆于轴心上，或以所需材质比例之镁、锡、镁、与铝等物质叠加镀上后再进行加热处理，以形成不同金属材质的外层γ相物质。其比例按所需情况不同，惟重点，乃在于藉由增加金属以降低于β相黄铜上黄铜的比重，以形成脆性较重的γ相物质，其相应材质比例过于繁杂，惟并非本专利诉求重点，不一一列举。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括：

一种放电加工机切割线的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：以铜包钢线，将钢包在包铜里面形成轴心，再经过浸镀或电镀，将黄铜镀在轴心上，再将锌镀在黄铜上以形成γ相物质包覆，此时再经过冷拉后，即形成较小直径的放电加工机切割线，之后经过加热融熔扩散及冷却退火处理，让γ相物质断裂处熔融后薄化，并将锌扩散至轴心上，即完成本发明的放电加工机切割线。

其中：所述的γ相物质之形成材料，可运用锡、镁、与铝等物质加以替代(替上述之锌，以形成另种γ相物质运用。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的另一种流程图；

图3为运用本发明生产的产品的剖示图；

图4为运用本发明生产的产品横向剖视图；

图5为本发明生产的产品外观示意图。

附图标记说明：1-放电加工机切割线；2-轴心；3-γ相物质4-间隙；11-原铜；21-加锌；31-黄铜；41-卷抽成轴心；51-浸镀(或电镀)加锌；510-扩散退火；61-冷拉(脆化断裂)；71-热处理；81-成品；22-钢；32-包铜；42-浸镀(或电镀)；52-冷拉；62-热处理；72-成品。

具体实施方式

本发明是一种放电加工机切割线的制造方法，其主要的步骤是先形成一金属合金，合金可以黄铜或钢为主要核心，运用上亦可用纯铜或黄铜或铜包钢等三种不同材质直接形成核心，形成较稳定的加工线核心，再在其外以电镀或包融的方法，形成具有含锌量约为比重5％~45％的β相黄铜包覆层，而为使放电加工机切割线更有效率切割，因此应用以γ相黄铜具有高成分的锌，平均约比重为65％，不过，因γ相合金极易碎裂，要冷拉几乎不可能，以γ相合金物质在冷拉的过程中会断裂重组，因此在冷拉之前将γ相镀层以浸镀或电镀等方法，在黄铜核心外包覆一层较薄的厚度，就可以在冷拉过程中充分在表面上包覆γ相物质，因所述的γ相物质仍然可以发挥效果，并凭借不连续的断面，仍有底部包含较少锌的黄铜加以作用；此后再将整体包有γ相合金的冷拉后放电加工机切割线，再经过一道热处理，此时，可以使部分锌再度渗入核心中，且因为再经热处理后，γ相物质断裂面，因热效应，产生部分融化效果，因此断裂层的γ相物质应不致太厚而导致再碎裂的情况，同时也不会因为太薄导致表面包覆不足影响效能。

理论上冷拉前切割线越大，拉后完成的切割线在线轴表面所包覆的γ相合金物质的包覆物比例越小，原因是切割线从开始到完成会越拉越小，而完成时的总表面积则会大于开始时的总表面积；由于合金物质易碎且在合成上无法分解，拉之前表面可用来包覆的量(γ相合金物质)在包覆过程中是恒定的；因为易碎的缘故，γ相合金覆层的内部碎裂若仅产生有限的新表面区域的话，那幺因为碎裂的γ相合金物质重组的缘故，实际上在所完成的切割线上包覆的γ相合金物质表面积则会更大，不过若与没有产生新表面区域的情况做比较，并不会百分之百包覆；因此，若可计算起始时切割线表面积与完成时切割线表面积理论上的比例的话，实际上完成时切割线上所包覆的γ相物质的比例不会等于此一理论比例；若一切割线开始时直径为0.7mm且完成时直径为0.28mm，理论上表面积比为40％，吾人发现从直径0.7mm降到0.28mm时，实际上表面积比则为58％，既然γ相包覆物质的总量是恒定的，显然所述的包覆物质会重组，因此在经热处理后包覆物的厚度会小于开始时γ相包覆物的原始厚度。

以本发明而言，一般的理想情况，EDM切割线轴要有100％的包覆效果比较好，不过实质的EDM切割线却不必如此，一般在50％以上表面包覆的EDM切割线就可有不错的表现。

另外以γ相包覆物质易碎，因此会将γ相物质的包覆限制在相对较薄的情况，所以一般需要较高锌含量的轴心物质以便于因其不连续的特性而可能永远没有包覆物的地方便提供适当的效用，包覆产品的轴心物质含锌量越高，产生的切割线强度就越强，若加上一层很薄的y相包覆物可令切割线拉得更直且比传统的包覆产品直度更一致，这个的所以重要是因为这样可让装置有「自动穿线」系统的EDM机器易于使用这种切割线；薄的锌包覆面的另一个好处是它会比与传统的扩散退火的EDM切割线产品并用的较厚的锌包覆面在电镀时成本较低，因热处理产生薄的γ相层的时间相对短，且热处理是在一个比传统产品温度低很多的环境下完成，本发明产生的具有薄γ相合金包覆物质的EDM切割线产品成本会比传统的EDM切割线来得低，因此，本发明的EDM切割线制造比传统的扩散退火且具有较厚包覆层的EDM切割线产品在经济上较受欢迎。

以本发明实施的EDM切割线的表面到轴心，并没有锌逐渐降低或最少的降低斜度，凭借冷拉之后的热处理，锌含量的“不连续”会在不同的合金伴随着一个梯级功能降低，在不同的相层，一般以锌含量在表面大致上都是比重约为65％，到核心则降为0％，另外若轴心是铜包钢且不含锌，扩散的拉力会更大且不会残留∈相物质；因此，整个产品的包覆物都含有γ相的物质。

本发明的轴心可用任何适用的金属、或在机械上与电子上具备特定所需特性的金属。

扩散退火后冷拉的一个优点是尽管覆盖γ相包覆物质的表面积可能会低于100％，但它可制造出更硬且更直的切割线，这之所以重要是因为产业里大量的切割线EDM机器都装有“自动穿线”系统以便机器可随时自动作业，大部分的“自动穿线”系统在有较硬且较直的切割线时会运作得更稳定，一般这些“自动穿线”系统在进行下一个工作前会在机器上尝试重新穿线四至六次，不然就完全关机；因此线缆弯曲都会造成“自动穿线”系统连续重新穿线六至十次，因而造成机器的关机而降低了产能，必需人为介入排除为止。

表层的相对韧度(对抗腐蚀)会受到该层升华(蒸发)容易程度与熔点高低的影响，易蒸发的金属与合金易于腐蚀，因蒸发就是一种大量输送的机制，低熔点的金属与合金也易于腐蚀，因它们容易便软、变形，并被机械或水的力量移除；在考虑到是否易于冲洗时，我们会期望刚好够的韧性(抗腐蚀性)以便能通过腐蚀的过程，因为，在提高冲洗的容易程度时，易于升华会降低韧性，因此我们希望一EDM切割线电极具有低量的升华热，加上相对较高的熔点。

成为优质高锌含量黄铜合金包覆物的两个最主要条件，就是低升华热与相对较高的合金熔点，高锌含量的合金具有能促进冲洗的低升华热，较高的熔点可抵抗软化或镕化，因而能让包覆物从缝隙的顶部到底部不会受到过度的腐蚀而让它在整个腐蚀的过程都还能用，几种黄铜合金，例如β、γ与∈相的黄铜都符合这些条件，因它们的熔点大致都在摄氏880度与550度之间，它们的锌含比重大致为45％至83％，比较可惜的是∈相一般非常不稳定且在热力学上易转变为γ相，因此，即使它的锌含量高仍不易维持；所以，有时会用镍锌合金，其熔点虽没更高不过相当接近，且镍锌合金的γ相的锌比重含量可达85％，镍锌合金有时甚至可能比黄铜合金更适合作为包覆物质，所述的∈相的锌/镍合金系统很类似γ相锌/铜合金系统的物理特性，其最大的不同点就是它还具有高了许多的锌含量；例如，一个组成为比重约为80％锌/20％镍的锌/镍γ相合金的熔点为摄氏870度，而组成为比重65％锌/35％铜的γ相合金的熔点为摄氏800度，较高锌含量的锌/镍合金较的锌/铜合金会有较低量的升华热，并能大大改善冲洗能力。

不过，不是只有锌、铜-锌与镍-锌金属或金属合金系统能符合低量升华热加上相对高熔点的要求。

本发明采用加工方法，详细表述如下：

方法一，首先将原铜11，加锌21(约4~45％)，以形成黄铜31，黄铜经过卷轴器卷抽成轴心41，此时经过处理之后，核心黄铜主要为β相黄铜，再将其外镀一层薄锌与浸镀(或电镀)加锌51，形成黄铜切割线，所述的切割线在大气环境下在退火炉中进行批次扩散退火510处理，退火温度是摄氏170~180度，所述的退火炉包含一个热处理时使用的大气循环马达和风扇，将火炉温度升高约需一至二个小时，对于直径0.70mm左右的切割线，热融熔扩散及退火处理，本身在火炉温度到达切割线退火温度后大约会持续3到3.5个小时，口径较大更大切割线的退火时间则随比例增加。

热处理的温度可介于摄氏150度到180度之间，热处理的目的是要将铜从线轴扩散到锌的包覆物质、锌从包覆物质扩散到含铜的轴心以产生γ相合金物质(γ相黄铜)的合金包覆；热处理的温度是低扩散退火温度，热扩散退火处理的温度最好低于锌的熔点，热处理的时间要能将所有的锌包覆物质转换成y相的合金物质，但不能将任何γ相合金物质合金转换成β相的，不过，因为热处理的温度相对低，不太可能会形成β相，除非热处理的时间加长很多。

此处的热处理的切割线与退火炉是借着自然传导与/或对流冷却以方便切割线的处理，一般不会超过一至二个小时，炉子可在热处理完成时再于热扩散及退火处理的温度下卸下，冷却之后，将切割线进行冷拉(脆化断裂)61，之后再进另一次热融熔扩散及退火处理71，将γ相合金物质断裂处薄化包覆在黄铜轴心上即可成完成切割线的成品81；切割线可直接从冷拉器卷到一个最后的卷轴上，或用一个重卷的机器重新卷过，成品的切割线外观如图3到图5所示；图3显示放电加工机切割线1部分断面，其中显示其为不连续包覆，部分γ相物质3包覆的裂缝与间隙4分布的情况，图4中清楚显示γ相物质包覆的横断面，图5为整体外观剖示图，真正外表，图中清楚显示包覆物质表面上的裂缝与间隙。

若冷拉过程中γ相合金表面断裂的话可能会在线轴上形成不连续或断裂的表面致无法包覆线轴，理论上冷拉前切割线越大，拉后完成的切割线在线轴表面所包覆的γ相合金物质的包覆物比例越小，原因是切割线从开始到完成会越拉越小，而完成时的总表面积则会大于开始时的总表面积；由于合金物质易碎且在合成上无法分解，拉之前表面可用来包覆的量(γ相合金物质)在包覆过程中是恒定的；因为易碎的缘故，γ相合金覆层的内部碎裂若仅产生有限的新表面区域的话，那幺因为碎裂的γ相合金物质重组的缘故，实际上在所完成的切割线上包覆的γ相合金物质表面积则会更大，不过若与没有产生新表面区域的情况做比较，并不会百分之百包覆；因此，若可计算起始时切割线表面积与完成时切割线表面积理论上的比例的话，实际上完成时切割线上所包覆的γ相物质的比例不会等于此一理论比例，造成如此差异的原因是因为γ相包覆物质易碎且在所述的EDM切割线轴上重组，举例来说，若一切割线开始时直径为0.70mm且完成时直径为0.25mm，理论上表面积比为40％，因此从直径0.70mm降到0.25mm时，实际上表面积比则为58％，既然γ相包覆物质的总量是恒定的，显然所述的包覆物质会重组，因此在经热处理后包覆物的厚度会小于开始时γ相包覆物的原始厚度。

另一种方法，则可以铜包钢线，如图2所示，将钢22包在包铜32里面形成轴心，再经过浸镀(或电镀)42，将锌与黄铜镀上轴心上，形成γ相物质包覆，此时再经过冷拉52后，形成较小直径的放电加工机切割线，之后经过热处理62，让γ相物质断裂处薄化，并将锌扩散至轴心上，即完成另一种放电加工机切割线的成品72。

其中热处理，可在浸镀(或电镀)42后与冷拉后进行，不过，因材质的不同，如铜包钢的放电加工机切割线，因冷拉的长度可能较小，因此可以省略过热处理62，另外退火时也可同时进行冷拉，以铜包钢线线轴为轴心在退火时开始，在铜包钢线线轴轴心上镀锌，并冷拉为直径0.25，以尺寸在摄氏177度(华氏350度)下热处理三个小时，因一般碳钢线轴具有高碎裂强度，在不会有任何线缆断裂的的情况下可将Agie120机器的次方参数从P＝21提高到P＝27，在更具效力的P＝27设定下，初步切割的金属去除率直线上升，结果CCA的比例为1.36，也就是可比一般仅镀锌黄铜EDM切割线切割快36％。

总结来说，不论是部分包覆或完全包覆，都可将具有相同线轴的切割线切割速度提升16％至18％，更高碎裂强度的切割线则为36％。

上例说明铜-锌γ相合金包覆的使用，除此之外，我们也可使用镍-锌的γ相包覆；

另外运用上，轴心可因应需求使用不同的金属，不过，不是只有锌、铜-锌与镍-锌金属或金属合金系统能符合低量升华热加上相对高熔点的要求，其它金属或合金也可以此种方法加以运用。

如上所言，这些现有技术所用的金属元素，如锌、锡、铝、镁等都非常常见，但这些金属元素中仅锌被认定有较佳的实用价值，且锌也是唯一薄包覆时较实用的，因为厚包覆太易腐蚀，原因是锌相对的低熔点，其它现有技术提及的金属除了锡的熔点大致与锌相同之外，熔点远低于锌；不过，因为成本太高，锡并不是一个良好的EDM包覆选择，本发明已通过一个优选实施例予以说明。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的权利要求可限定的范围之内。

Claims (6)

1.一种放电加工机切割线的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先将原铜，加锌约4~45％重量比，以形成黄铜，黄铜经过卷轴器卷抽成轴心，此时经过处理之后，核心黄铜主要为β相黄铜，再将其外镀一层薄锌，并浸镀或电镀加锌，再经过加热让表层锌融入β相黄铜中，形成外层锌含量提高至比重约65％左右，再经过退火处理形成外层为γ相黄铜，其中所述的切割线在大气环境下在退火炉中为进行批次扩散退火处理，退火温度是摄氏170~180度，退火时间与切割线的口径相对应，冷却之后，将切割线进行冷拉处理，使γ相黄铜均匀覆盖于β相黄铜轴心上，以形成黄铜切割线，即可成完成切割线。

2.根据权利要求1的放电加工机切割线的制造方法，其特征在于：所述的冷拉之后，可因应需要再进行另一次加热扩散及退火处理，将γ相物质断裂处薄化包覆在黄铜轴心上。

3.根据权利要求1的放电加工机切割线的制造方法，其特征在于：所述的γ相物质，可运用、锡、镁、与铝等物质加以替代锌加以运用。

4.一种放电加工机切割线的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

以铜包钢线，将钢包在包铜里面形成轴心，再经过浸镀或电镀，将锌与黄铜镀在轴心上，形成γ相物质包覆，此时再经过冷拉后，形成较小直径的放电加工机切割线，之后经过加热融处理，让γ相物质断裂处薄化，并将锌扩散至轴心上，即完成放电加工机切割线。

5.根据权利要求4的放电加工机切割线的制造方法，其特征在于：所述的γ相物质，可运用锡、镁、与铝等物质替代锌加以运用。

6.根据权利要求4的放电加工机切割线的制造方法，其特征在于：所述的冷拉之后，可因应需要再进行另一次加热熔融处理，将γ相物质断裂处熔融后薄化包覆在黄铜轴心上。

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