CN106270848A - 一种单向走丝电火花加工用电极丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单向走丝电火花加工用电极丝，包括芯材和壳层，所述壳层包括包覆于芯材表面的快放电切割层、设置在电极丝表面的低损伤精修层以及设置在该快放电切割层与低损伤精修层之间的润滑间隙；所述快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为45～65％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质；所述低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为80％～100％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质；还涉及该电极丝的制备方法。与现有技术相比，本发明中的电极丝能实现快速放电切割，实现低损伤磨蚀加工，保证工件达到规定的质量要求，有效提高加工精度。

Description

一种单向走丝电火花加工用电极丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及电火花加工技术领域，尤其涉及一种单向走丝电火花加工用电极丝及其制备方法。

背景技术

根据电极丝运行速度的不同，电火花加工用电极丝分为慢走丝电极丝和快走丝电极丝，其中慢走丝电极丝在电火花加工中作低速单向运动，因此又称为单向走丝电极丝，其速度一般低于0.2mm/s，精度达0.001mm级，表面质量接近磨削水平。随着航空、航天、军工、汽车、半导体等关键制造领域的发展,尤其是精密模具制造业的迅速发展,对各类高、中、低档慢走丝电火花线切割机床的需求量不断提高,市场竞争也日趋激烈,同时也刺激了线切割机床制造厂商对电火花线切割机床性能及功能的提升,促进了单向走丝电火花线切割技术的进一步发展。

慢走丝线切割技术(即单向走丝线切割技术)与快走丝线切割技术相比,具有更好的加工效率、加工精度以及加工表面，因此为现代制造业所广泛认知与采用。此外，多次切割技术是提高慢走丝电火花线切割加工精度及表面质量的根本手段，是设计制造技术、数控技术、智能化技术、脉冲电源技术、精密传动及控制技术的科学整合。一般情况下，多次切割技术通过一次切割成形、二次切割提高精度以及三次以上切割提高表面质量，甚至为达到高质量的表面，多次切割的次数需高达7～9次。例如多次切割包括粗割和精修；其中，粗割是指从整块材料上切下工件的轮廓，由于待切割材料量的关系，粗割是最费时的；但是粗割获得的工件，高能放电会造成不平坦的表面，在很多高端应用领域精度不够，这就需要一次或多次的后切割，称之为“精修”，精修就是对工件进行精加工，从而将工件表面磨光，并且将与轮廓不相符的部分磨掉，这只需要释放少量能量就能达到，从而使工件达到规定的质量，例如平行度，表面粗糙度，尺寸精度等，精修的次数主要以工件所需要达到的质量为准。因此，许多厂家为了进一步提升慢走丝电火花线切割机床的性能,专注于慢走丝电火花多次切割加工工艺的研究,同时配备较为丰富的多次切割加工工艺数据库,可使慢走丝电火花线切割机床根据工件材料、厚度及加工要求自动调用脉冲参数、运丝速度、切割速度等工艺参数,自动化程度有较大提高,大大提高了慢走丝电火花线切割机床的加工精度和加工表面。

众所周知，慢走丝的加工原理如下：工具电极(电极丝)和工件之间加上脉冲电压，两者在绝缘介质液体中到达一定的间隙击穿形成放电通道，产生火花放电，放电时在局部产生瞬时高温(8000℃～12000℃)使金属材料熔化，甚至气化并被液体介质带走，脉冲电源不断地发出电脉冲形成一次次火花放电将工件材料不断去除。放电加工时工件表面温度高达10000℃，上层材料承受极高温度被蒸发，下层之熔融材料则被放电所产生压力冲除。大约15％的熔融材料被加工液冲除，未被冲除之材料则仍然附着于工件表面形成再铸层。工件(钢材)材料经放电加工后截面呈现三个区域:一是基体金属，指未改变金相组织和性能的原来基体的金属；二是热影响层，位于基体金属上面的由于热作用改变了基体金属金相组织和性能的一层金属；三是再铸层，位于工件表层，热影响层上面，再铸层为快速淬火结构。再铸层存在着放电加工所造成的微缺陷如微孔、球状颗粒以及微裂纹等，因此再铸层存在的区域可视为加工损伤区，再铸层的上表面可视为电火花加工表面。电火花加工时金属的蚀除分熔化和气化两种，宽脉宽作用时间长，容易造成熔化加工，使工件表面形貌变差，加工损伤区增厚，内应力加大，易产生裂纹；当脉宽小到一定值时，作用时间极短，形成气化加工，可以减小加工损伤区厚度，改善加工表面，减小内应力，避免裂纹产生。

由上可见，作为工具电极的电极丝是单向走丝线切割机床实现放电必不可少的核心单元,电极丝的组成及结构对慢走丝线切割的加工效率、加工精度以及加工表面的影响至关重要，即单向走丝电火花线切割加工技术的发展，离不开电极丝发展。然而，目前国内单向走丝电火花线切割加工用电极丝普遍存在着精度不高、切割质量不高，以及工件平行度、表面粗糙度、尺寸精度、工件损伤等问题，进而制约着我国高端制造业的发展。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术而提供一种高精度、低损伤的单向走丝电火花加工用电极丝。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术而提供一种上述单向走丝电火花加工用电极丝的制备方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种单向走丝电火花加工用电极丝，包括芯材和壳层，所述芯材的材质为铜锌合金，其特征在于，所述壳层包括包覆于芯材表面的快放电切割层、设置在电极丝表面的低损伤精修层以及设置在该快放电切割层与低损伤精修层之间的润滑间隙；

所述快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为45～65％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；

所述低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为80％～100％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％。

作为优选，所述润滑间隙中附有金属氧化物，该金属氧化物由90％～100％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；润滑间隙中附有金属氧化物，具有以下技术效果：(1)在电场作用下，不断地聚集工作液中OH-离子，减少工件上OH-离子的聚集，从而防止工件材料的氧化，同时降低工作液电导率，以提高工作液电阻，加工间隙容易产生火花放电，加工稳定、易于控制，从而提高加工表面综合质量；(2)能快速地形成电桥，起到电桥作用，减小点火延时，增大放电频率，有利于粗割时实现快速放电切割；(3)影响加工精度的因素很多，除机床的机械精度和运丝系统的稳定性外，加工间隙中放电时的爆炸力和高压水在加工缝隙中向加工路径后方的压差推力对电极丝的滞后作用，也会造成电极丝实际运动轨迹偏离数控代码的预定轨迹，具体体现在加工小圆弧时实际圆弧直径偏小、加工拐角处出现塌角，影响到加工质量和精度。因此，为了提高拐角切割精度，本发明润滑间隙中的氧化物与其所在的润滑间隙配合，可以有效控制精修时的加工能量，即在拐角或小R处实时降低加工电流、降低工作液压力、增大电极丝张力、同时适应控制加工速度等以降低电极丝的滞后影响，从而提高拐角和R角等微细部位的加工精度，避免由电极丝的滞后会带来“鼓肚”、“凹心”、“塌角”等加工缺陷。

作为优选，所述润滑间隙沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层周向的1/1600～1/80圆周，其深度为沿直径方向的1/50～1/5壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度为润滑间隙宽度的1/2～2倍。设置均匀而不连续的润滑间隙可使电极丝的抗拉强度达到800～1050MPa，从而满足切割对力学性能的要求；另外，润滑间隙的间隔分布使得切割放电间隙迅速注入有效工作液，有利于把电蚀产物迅速带出，并为下一个脉冲放电创造更好的环境，有利于加工速度。

进一步，所述快放电切割层厚度为10～25μm、所述低损伤精修层厚度为0.8～5μm，所述润滑间隙的深度为1～5μm。快放电切割层主要用于快速从整块材料上切下工件的轮廓，为了尽可能缩短工作时间，需选择较厚的快放电切割层和较高的放电能量进行加工，从而保证该切割层不会在粗割放电中完全用尽，因此本发明中快放电切割层厚度优选10～25μm；后切割或精细切割主要是对工件进行精加工，将工件表面磨光，或者将与轮廓不相符的部分磨掉，从而使工件达到所要求的质量，因此精修放电只需要很小的能量就可以完成，即精修切割流过的电流很小，仅消耗很薄的精修外层，因此本发明中低损伤精修层厚度优选为0.8～5μm；本发明中深度为1～5μm的润滑间隙更加有效的改善电极丝精修放电电流传输，使得阳阴两极的电流密度差变大(即金属丝阴极电流密度相对增大，工件阳极电流密度相对减小)，导致电源脉宽作用在工件上的时间减小，这样有利于电弧放电，优化放电能量，从而提高切割精度。

作为优选，所述润滑间隙之间的周向间距为沿快放电切割层的1/200～1/50圆周，所述润滑间隙之间的轴向间距为沿快放电切割层的1/300～1/100圆周。

本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：上述单向走丝电火花加工用电极丝的制备方法包括以下步骤：

(1)制备芯材所需直径0.6～1.2mm的母线；

(2)将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为5～20um，制得第一线坯，其中电镀电流为1500～3000A，电压150～220V；

(3)对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为390～440度，热处理时间为2～10h，在芯材形成快放电切割层，制得第二线坯；

(4)对上述制得的第二线坯进行抛光预处理，加工率为5％～15％，以将部分氧化物镶嵌在第二线坯中，避免后续酸洗过程中流失，抛光预处理后进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为1～10um，制得第三线坯，其中，电镀电流为1000～2000A，电压100～220V；

(5)最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为500～1500m/min，退火电压为10～80V，退火电流为10～45A，制得直径为0.20～0.35mm的电极丝成品；拉伸过程中，由于第一次电镀并热处理后镀层比较硬、脆，延展性差，且镶嵌部分氧化物，而芯材和第二次电镀的表层锌塑韧性，拉伸时表层会与芯材、镀层之间形成间隙，并保留氧化物，形成润滑间隙。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明中电极丝的壳层包括快放电切割层、低损伤精修层以及设置在该快放电切割层与低损伤精修层之间的润滑间隙。其中，选用锌含量为45～65％的铜锌合金作为快速放电层，使得该层合金具有蒸发温度高、剥蚀快的优点，尽可能缩短粗割时间。

选用锌含量为80％以上的铜锌合金或纯锌组成的低损伤精修层，能够在很小的电能下进行稳定的腐蚀加工，从而实现良好的精加工。

本发明中设置润滑间隙具有以下技术优点：(1)首先，润滑间隙使得电极丝镀层中拥有更多的物理空间，储存电蚀产物，以便于高压冲水在每一次脉冲放电结束后把这些电蚀产物迅速排出，为下一个脉冲放电创造更好的环境，以免电蚀产物由于排泄不当产生的二次放电，烧断电极丝。另外，润滑间隙中的氧化物起到电桥作用，缩短点火延时时间，从而实现快速放电切割。

(2)其次，润滑间隙可以改善电极丝电流传输，使得阳阴两极的电流密度差变大(即金属丝阴极电流密度相对增大，工件阳极电流密度相对减小)，导致电源脉宽作用在工件上的时间减小，这样有利于电弧放电，优化放电能量。由于电弧放电过程中放电点不分散，多次连续在同一处放电而形成，它是稳定的放电过程，放电时，爆炸力小，蚀除量低，且阴极腐蚀比阳极多，减小了对阳极工件蚀除量，从而实现低损伤磨蚀加工，保证工件达到规定的质量要求。同样，润滑间隙中的氧化物可以快速形成第一道电桥，促进有效放电。

(3)另外，多次切割的精修过程中，由于是单面放电，放电时的爆炸力对电极丝的单侧作用力会使电极丝在左右方向产生侧向振动，引起加工表面凹凸量异常，润滑间隙还可以减轻爆炸力对电极丝在左右方向产生侧向振动，避免加工表面凹凸量异常，提高加工精度。

附图说明

图1为本发明实施例中第一线坯的横截面示意图；

图2为本发明实施例中第二线坯的横截面示意图；

图3为本发明实施例中第三线坯的横截面示意图；

图4为本发明实施例中电极丝成品的横截面示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

取制备芯材1所需的铜锌合金拉伸加工成直径0.6mm的母线，将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层2厚度为5um，制得第一线坯(如图1所示)，其中电镀电流为1500A，电压150V。对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为390℃，热处理时间为8h，在芯材1形成快放电切割层3，制得第二线坯(如图2所示)。对上述制得的第二线坯进行抛光预处理，加工率为5％，抛光预处理后进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层7厚度为1um，制得第三线坯(如图3所示)，其中，电镀电流为1000A，电压100V。最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为500m/min，退火电压为10V，退火电流为10A，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

如图4所示，制得的电极丝成品中包括芯材1和壳层，壳层包括包覆于芯材1表面的快放电切割层3、设置在电极丝表面的低损伤精修层4以及设置在该快放电切割层3与低损伤精修层4之间的润滑间隙5。其中，快放电切割层3中各成分的质量百分数组成为：锌含量为45％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；低损伤精修层4中各成分的质量百分数组成为：锌含量为80％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；润滑间隙5中附有金属氧化物6，该金属氧化物6由90％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物。进一步，润滑间隙5沿快放电切割层3周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层3周向的1/1600圆周，其深度为沿直径方向的1/50壳层厚度，该润滑间隙5沿电极丝长度方向的长度为其宽度的1/2倍，并且润滑间隙5之间的周向间距为为沿快放电切割层的1/200圆周，轴向间距为1/300圆周。本实施例中快放电切割层3厚度为10μm、所述低损伤精修层4厚度为0.8μm，所述润滑间隙5的深度为1μm。

实施例2：

取制备芯材所需的铜锌合金拉伸加工成直径1.0mm的母线，将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为10um，制得第一线坯，其中电镀电流为2000A，电压180V。对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为400℃，热处理时间为2～10h，在芯材形成快放电切割层，制得第二线坯。对上述制得的第二线坯进行抛光预处理，加工率为10％，抛光预处理后进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为3um，制得第三线坯，其中，电镀电流为1500A，电压150V。最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为1000m/min，退火电压为20V，退火电流为20A，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

本实施例中制备的电极丝成品的结构与实施例1相同，其中，快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为50％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为90％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；润滑间隙中附有金属氧化物，该金属氧化物由95％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物。进一步，润滑间隙沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层周向的1/1000圆周，其深度为沿直径方向的1/5壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度与其宽度相等，并且润滑间隙之间的周向间距为沿快放电切割层的1/150圆周，轴向间距为1/250圆周。本实施例中快放电切割层厚度为15μm、所述低损伤精修层厚度为1μm，所述润滑间隙的深度为1.5μm。

实施例3：

取制备芯材所需的铜锌合金拉伸加工成直径1.2mm的母线，将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为15um，制得第一线坯，其中电镀电流为2500A，电压220V。对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为440℃，热处理时间为10h，在芯材形成快放电切割层，制得第二线坯。对上述制得的第二线坯进行抛光预处理，加工率为15％，抛光预处理后进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为10um，制得第三线坯，其中，电镀电流为2000A，电压220V。最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为1500m/min，退火电压为80V，退火电流为45A，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

本实施例中制备的电极丝成品的结构与实施例1相同，其中，快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为55％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为92％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；润滑间隙中附有金属氧化物，该金属氧化物由99％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物。进一步，润滑间隙沿沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层周向的1/1000圆周，其深度为沿直径方向的1/20壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度为其宽度的2倍，并且润滑间隙之间的周向间距为1/50圆周，轴向间距为1/100圆周。本实施例中快放电切割层厚度为25μm、所述低损伤精修层厚度为5μm，所述润滑间隙的深度为4μm。

实施例4：

取制备芯材所需的铜锌合金拉伸加工成直径0.6mm的母线，将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为12um，制得第一线坯，其中电镀电流为2000A，电压220V。对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为400℃，热处理时间为6h，在芯材形成快放电切割层，制得第二线坯。对上述制得的第二线坯进行抛光预处理，加工率为12％，抛光预处理后进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为1～10um，制得第三线坯，其中，电镀电流为1500A，电压180V。最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为1000m/min，退火电压为45V，退火电流为30A，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

本实施例中制备的电极丝成品的结构与实施例1相同，其中，快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为65％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为84％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；润滑间隙中附有金属氧化物，该金属氧化物由93％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物。进一步，润滑间隙沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层周向的1/80圆周，其深度为沿直径方向的1/30壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度为其宽度的2倍，并且润滑间隙之间的周向间距为1/100圆周，轴向间距为1/150圆周。本实施例中快放电切割层厚度为15μm、所述低损伤精修层厚度为5μm，所述润滑间隙的深度为4.5μm。

实施例5：

取制备芯材所需的铜锌合金拉伸加工成直径1.0mm的母线，将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为10um，制得第一线坯，其中电镀电流为3000A，电压220V。对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为440℃，热处理时间为10h，在芯材形成快放电切割层，制得第二线坯。对上述制得的第二线坯进行抛光预处理，加工率为13％，抛光预处理后进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为1～10um，制得第三线坯，其中，电镀电流为2000A，电压100V。最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为500m/min，退火电压为80V，退火电流为45A，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

本实施例中制备的电极丝成品的结构与实施例1相同，其中，快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为48％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为97％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；润滑间隙中附有金属氧化物，该金属氧化物由97％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物。进一步，润滑间隙沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层周向的1/600圆周，其深度为沿直径方向的1/40壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度为其宽度的3/2倍，并且润滑间隙之间的周向间距为1/150圆周，轴向间距为1/200圆周。本实施例中快放电切割层厚度为25μm、所述低损伤精修层厚度为4μm，所述润滑间隙的深度为2μm。

实施例6：

取制备芯材所需的铜锌合金拉伸加工成直径0.8mm的母线，将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为14um，制得第一线坯，其中电镀电流为2500A，电压200V。对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为410℃，热处理时间为7h，在芯材形成快放电切割层，制得第二线坯。对上述制得的第二线坯进行抛光预处理，加工率为12％，抛光预处理后进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为7um，制得第三线坯，其中，电镀电流为1200A，电压1500V。最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为800m/min，退火电压为10V，退火电流为45A，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

本实施例中制备的电极丝成品的结构与实施例1相同，其中，快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为53％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为88％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；润滑间隙中附有金属氧化物，该金属氧化物由91％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物。进一步，润滑间隙沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层周向的1/200圆周，其深度为沿直径方向的1/30壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度为其宽度的3/4倍，并且润滑间隙之间的周向间距为1/200圆周，轴向间距为1/250圆周。本实施例中快放电切割层厚度为15μm、所述低损伤精修层厚度为3μm，所述润滑间隙的深度为3μm。

实施例7：

取制备芯材所需的铜锌合金拉伸加工成直径0.9mm的母线，将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为5um，制得第一线坯，其中电镀电流为1500A，电压1500V。对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为330℃，热处理时间为8h，在芯材形成快放电切割层，制得第二线坯。对上述制得的第二线坯进行抛光预处理，加工率为8％，抛光预处理后进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为8um，制得第三线坯，其中，电镀电流为1400A，电压180V。最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为900m/min，退火电压为60V，退火电流为20A，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

本实施例中制备的电极丝成品的结构与实施例1相同，其中，快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为61％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为95％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；润滑间隙中附有金属氧化物，该金属氧化物由98％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物。进一步，润滑间隙沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿周向1/200圆周，其深度为沿直径方向的1/20壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度为其宽度的2倍，并且润滑间隙的周向间距为1/50圆周，轴向间距为1/100圆周。本实施例中快放电切割层厚度为10μm、所述低损伤精修层厚度为5μm，所述润滑间隙的深度为1.4μm。

实施例8：

取制备芯材所需的铜锌合金拉伸加工成直径1.0mm的母线，将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为20um，制得第一线坯，其中电镀电流为3000A，电压150V。对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为440℃，热处理时间为5h，在芯材形成快放电切割层，制得第二线坯。对上述制得的第二线坯进行抛光预处理，加工率为5％，抛光预处理后进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为8um，制得第三线坯，其中，电镀电流为1400A，电压180V。最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为900m/min，退火电压为60V，退火电流为35A，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

本实施例中制备的电极丝成品的结构与实施例1相同，其中，快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为57％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为100％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；润滑间隙中附有金属氧化物，该金属氧化物由100％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物。进一步，润滑间隙沿沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层周向的1/1500圆周，其深度为沿直径方向的1/10壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度为其宽度的3/2倍，并且润滑间隙之间的周向间距为1/50圆周，轴向间距为1/100圆周。本实施例中快放电切割层厚度为10μm、所述低损伤精修层厚度为5μm，所述润滑间隙的深度为5μm。

比较例1：

取制备芯材所需的铜锌合金拉伸加工成直径1.2mm的母线，将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为5um，制得第一线坯，其中电镀电流为3000A，电压220V。对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为440℃，热处理时间为10h，在芯材形成快放电切割层，制得第二线坯。对上述制得的第二线坯直接进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为2um，制得第三线坯，其中，电镀电流为1000A，电压100V。最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为1500m/min，退火电压为80V，退火电流为45A，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

制得的电极丝成品中包括芯材和壳层，壳层包括包覆于芯材表面的快放电切割层和设置在电极丝表面的低损伤精修层。其中，快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为45％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为80％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％。进一步，快放电切割层厚度为10μm，所述低损伤精修层厚度为5μm。

比较例2：

取制备芯材所需的铜锌合金拉伸加工成直径1.2mm的母线，将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为15um，制得第一线坯，其中电镀电流为2000A，电压150V。对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为440℃，热处理时间为10h，在芯材形成快放电切割层，制得第二线坯。对上述制得的第二线坯进行抛光预处理，加工率为2％，抛光预处理后进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为5um，制得第三线坯，其中，电镀电流为1600A，电压240V。最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为1800m/min，退火电压为65V，退火电流为45A，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

制得的电极丝成品中包括芯材和壳层，壳层包括包覆于芯材表面的快放电切割层、设置在电极丝表面的低损伤精修层以及设置在该快放电切割层与低损伤精修层之间的润滑间隙。其中，快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为45％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为80％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％。进一步，润滑间隙沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层周向的1/1600圆周，其深度为沿直径方向的1/50～1/5壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度为其宽度的2倍，并且润滑间隙之间的周向间距为沿快放电切割层的1/50圆周，轴向间距为1/100圆周。本实施例中快放电切割层厚度为10μm、所述低损伤精修层厚度为5μm，所述润滑间隙的深度为0.5μm。

比较例3：

取制备芯材所需的铜锌合金拉伸加工成直径0.6mm的母线，将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为15um，制得第一线坯，其中电镀电流为1800A，电压180V。对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为200℃，热处理时间为8h，在芯材形成快放电切割层，制得第二线坯。对上述制得的第二线坯进行抛光预处理，加工率为7％，抛光预处理后进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为6um，制得第三线坯，其中，电镀电流为1800A，电压120V。最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为1200m/min，退火电压为80V，退火电流为45A，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

本实施例中制备的电极丝成品的结构与实施例1相同，其中，快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为90％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为80％％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；润滑间隙中附有金属氧化物，该金属氧化物由90％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物。进一步，润滑间隙沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层周向1/80圆周，其深度为沿直径方向的1/50～1/5壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度为其宽度的2倍，并且润滑间隙的周向间距为沿快放电切割层的1/50圆周，轴向间距为1/100圆周。本实施例中快放电切割层厚度为24μm、所述低损伤精修层厚度为4μm，所述润滑间隙的深度为1.5μm。

比较例4：

取制备芯材所需的铜锌合金拉伸加工成直径1.2mm的母线，将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为15um，制得第一线坯，其中电镀电流为1500A，电压1500V。对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为390℃，热处理时间为10h，在芯材形成快放电切割层，制得第二线坯。对上述制得的第二线坯进行抛光预处理，加工率为12％，抛光预处理后进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为2um，制得第三线坯，其中，电镀电流为2000A，电压100V。最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为1500m/min，退火电压为200V，退火电流为120A，制得直径为0.25mm的电极丝成品。

本实施例中制备的电极丝成品的结构与实施例1相同，其中，快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为50％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为50％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；润滑间隙中附有金属氧化物，该金属氧化物由94％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物。进一步，润滑间隙沿沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层周向的1/1000圆周，其深度为沿直径方向的1/20壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度与其其宽度相等，并且润滑间隙之间的周向间距为1/150圆周，轴向间距为1/100圆周。本实施例中快放电切割层厚度为12μm、所述低损伤精修层厚度为3μm，所述润滑间隙的深度为4μm。

比较例5：市售H63黄铜电极丝，直径为0.25mm。

将上述实施例1～8中制备的电极丝成品和比较例1～5中的电极丝，在万能电子拉伸仪上测试其综合力学性能(抗拉强度)，以SKD11材料作为料件测试其加工精度及加工速度，采用粗糙度检测仪检测最终切割成型的工件的表面光洁度，该表面光洁度即为工件的损伤度，所测试的数据如表1所示，其中表1中的润滑间隙情况指润滑间隙的深度。

综上，本发明的单向走丝电火花加工用电极丝的加工精度具有明显优势，抗拉强度达到甚至超越了同类产品，同时加工速度高且工件表面光洁度好。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

表1实施例和比较例中各成品电极丝的性能测试数据

注：表中的各数据均在同等条件下测试获得，其中电极丝的直径均为0.25mm，当然本领域的技术人员可有效调整各实施例中对第一线坯的连拉连退加工条件和对第二线坯的热处理条件，使得各实施例中的成品电极丝的直径在0.20～0.35mm的范围内变化。其中，以比较例5的电火花加工精度为基准，实施例1～8以及比较例1、2、3、4的加工精度与其比值作为体现它们加工精度的性能参数。

Claims (6)

1.一种单向走丝电火花加工用电极丝，包括芯材和壳层，所述芯材的材质为铜锌合金，其特征在于，所述壳层包括包覆于芯材表面的快放电切割层、设置在电极丝表面的低损伤精修层以及设置在该快放电切割层与低损伤精修层之间的润滑间隙；

所述快放电切割层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为45～65％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％；

所述低损伤精修层中各成分的质量百分数组成为：锌含量为80％～100％，余量为铜，其他为由原材料带入的不可避免杂质，且该不可避免杂质的含量之和≤0.3％。

2.如权利要求1所述的单向走丝电火花加工用电极丝，其特征在于，所述润滑间隙中附有金属氧化物，该金属氧化物由90％～100％的锌氧化物组成，余量为铜氧化物。

3.如权利要求1所述的单向走丝电火花加工用电极丝，其特征在于，所述润滑间隙沿快放电切割层周向和轴向分别间隔分布，并且，其宽度为沿快放电切割层周向的1/1600～1/80圆周，其深度为沿直径方向的1/50～1/5壳层厚度，该润滑间隙沿电极丝长度方向的长度为润滑间隙宽度的1/2～2倍。

4.如权利要求3所述的单向走丝电火花加工用电极丝，其特征在于，所述快放电切割层厚度为10～25μm、所述低损伤精修层厚度为0.8～5μm，所述润滑间隙的深度为1～5μm。

5.如权利要求3所述的单向走丝电火花加工用电极丝，其特征在于，所述润滑间隙之间的周向间距为沿快放电切割层的1/200～1/50圆周，所述润滑间隙之间的轴向间距为沿快放电切割层的1/300～1/100圆周。

6.一种如权利要求1～5中任一项所述单向走丝电火花加工用电极丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备芯材所需直径0.6～1.2mm的母线；

(2)将所制母线进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为5～20um，制得第一线坯，其中电镀电流为1500～3000A，电压150～220V；

(3)对上述制得的第一线坯进行合金化热处理，温度为390～440℃，热处理时间为2～10h，在芯材形成快放电切割层，制得第二线坯；

(4)对上述制得的第二线坯进行抛光预处理，加工率为5％～15％，抛光预处理后进行除油－酸洗－水洗－镀锌处理，锌镀层厚度为1～10um，制得第三线坯，其中，电镀电流为1000～2000A，电压100～220V；

(5)最后对上述制得的第三线坯进行连拉连退加工，拉伸速度为500～1500m/min，退火电压为10～80V，退火电流为10～45A，制得直径为0.20～0.35mm的电极丝成品。