CN111906163A - 一种多层金属包覆电火花切割丝及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层金属包覆电火花切割丝及其制造方法，该电火花切割丝由铁合金内芯、包覆在内芯外侧的紫铜层和包覆在紫铜层外侧的黄铜层组成。本发明相对于现有技术具有良好的机械加工性能和抗拉强度，导电率可达30%‑50%，能够实现快走丝加工，同时还能获得表面光洁、平滑的切割面，另外，可用于微小工件的精细加工。

Description

一种多层金属包覆电火花切割丝及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于通过使用电火花加工的金属导电部件的电极丝，特别涉及一种双层及多层复合金属材料的电极丝及其制造方法。

背景技术

电火花加工是通过电火花切割电极丝和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法。目前线切割电极丝分为慢走丝和快走丝，快走丝都用钼丝和钨丝制作切割导线，钼丝的导电率为30%左右，并且钼丝和钨丝强度高，可以进行相对快速的切割，但两种材料都是贵金属，一方面材料成本高，另一方面拉拔难度大，而且钼丝和钨丝表面不存在气化金属，其切割表面比较粗糙，通常快走丝加工过以后，还需要用慢走丝再进行表面精加工；慢走丝一半采用黄铜丝，黄铜丝的导电率为20%左右，材料强度低，拉拔性能差，因此切割导线的线径较粗、易断裂，由于锌含量高拉拔微丝直径难度高，因此无法加工极精细的零部件，此外，黄铜丝还有切割速度慢，使用过程中容易线径拉伸变化大影响使用等问题。

此外，还有部分使用铜包钢复合导线制作电极丝，但普遍具有导电率低（一般在15-25%）、脉冲电流稳定性差的缺点。而且目前市场上常用的铜包钢复合材料主要通过电镀法生产，电镀过程需要使用有毒的氰化物，生产过程会对环境带来严重的污染，产品成品也会残留有毒物质，并且铜和钢两种材料的结合力差，易损耗，切割过程中极易发生铜粉脱落，影响切割工件表面的光洁度。

以上信息仅作为背景信息被呈现，以帮助理解本公开。关于以上内容中的任何内容是否可以用作针对本公开的现有技术没有作出确定，也没有作出断言。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中快走丝切割导线表面光洁度差、成本高，慢走丝切割导线的切割速度慢、加工不精细差等问题。为此本发明提出一种多层金属包覆的电火花切割丝，还提出了该切割丝的制造方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多层金属包覆电火花切割丝，包括能够提供支撑高强度的铁合金内芯、连续包覆在所述的内芯外侧的紫铜层以及连续包覆在所述的紫铜外的黄铜层，所述的紫铜层与所述内芯之间紧密结合并形成渗铜层，所述的黄铜与所述的紫铜层之间形成原子咬合，所述的紫铜层的导电率高于所述的内芯和黄铜层，所述的黄铜层具有低于紫铜层和内芯的熔融和气化温度。

上述技术方案中，进一步的，所述的紫铜层的厚度为0.01-0.1mm，所述的紫铜层在所述的多层金属包覆电火花切割丝的截面中所占面积比为15-40%。

可选的，所述的黄铜层中含有重量百分比含量为30%-50%的锌，所述的黄铜层的厚度为0.01-0.1mm。

可选的，所述的内芯为高碳钢、中碳钢、低碳钢、合金钢或不锈钢中的一种。

可选的，所述的多层金属包覆电火花切割丝的直径在0.01-0.50mm之间。

本发明还提供了一种多层金属包覆电火花切割丝及其制造方法，它包括如下步骤：

S1. 选取原料钢杆，对钢杆进行表面清洁和预处理，使其表面清洁无油污；

S2.拉拔所述的钢杆到预定线径；

S3.配置紫铜带；

S4.用包覆机将紫铜带连续纵向变形，沿纵向连续包覆在钢杆的外侧，同时将紫铜带的接缝连续焊接形成铜包钢杆；

S5、将铜包钢杆以压缩量为10-30%的模具进行拉拔，得到紫铜包钢坯料；

S6.对紫铜包钢胚料表面清洁、磨毛；

S7.配置黄铜带，黄铜带中含有重量百分比含量为30%-50%的锌；

S8、用包覆机将黄铜带连续纵向变形，并沿纵向连续包覆在紫铜包钢坯料外侧，将黄铜带的两侧边连续焊接形成双层铜包钢杆；

S9、将包覆好的双层铜包钢杆以压缩量为10-30%的模具进行拉拔，使紫铜与黄铜形成紧密的结合，得到双层铜包钢坯料；

S10、对上述双层铜包钢坯料进行热处理，热处理的温度在500-700℃，再连续拉拔得到指定线径的多层金属包覆电火花切割丝。

上述技术方案中，进一步优选的，在步骤中S1，选取直径在7～15mm的原料钢杆；在步骤S4中，用10mm-14mm直径的包覆机将紫铜带包覆焊接在钢杆的外侧；在步骤S8中，用8mm-12mm直径的包覆机将黄铜带包覆在紫铜包钢坯料外侧。

可选的，在步骤S3中，按照拉拔好的钢杆体积的20%-50%配置紫铜带，所述的紫铜带的厚度为0.2-0.9mm。

可选的，在步骤S7中，按照紫铜包钢坯料体积的20%-50%配置黄铜带，所述的黄铜带的厚度为0.2-0.9mm。

可选的，在步骤S10中，将经过热处理的双层铜包钢坯料连续拉拔到线径0.01-0.50mm之间。

本发明采用包覆法将两种紫铜与黄铜先后包覆在钢表面，使紫铜与钢表面紧密结合，形成一层有效的物理性结合层，紫铜与黄铜之间形成原子咬合，三种金属复合各有特性，钢能够提供抗拉强度，使双层包覆线的抗拉强度可以达到2000-2600MPa，使电火花切割丝易于机械加工，进一步可以做到0.02mm直径左右的微丝；而紫铜可以提升电火花切割丝的导电率以及导电率稳定，最高可达30-50%导电率；表面的黄铜层具有较低的熔点，在线切割时，黄铜里的锌被气化，形成气流，将物件表面的蚀屑带走，使切割面保持平滑、光洁。

本发明相对于现有技术具有良好的机械加工性能和抗拉强度，导电率可达30%-50%，能够实现快走丝加工，同时还能获得表面光洁、平滑的切割面，另外，可用于微小工件的精细加工。

附图说明

附图1为本发明的工艺流程图；

附图2为本发明的多层金属包覆电火花切割丝的结构示意图。

其中：1、钢内芯；2、紫铜层；3、黄铜层；。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的制造方法作进一步描述。

首先参照图2，其出示了本发明的一种多层金属包覆电火花切割丝的剖面，从图中可以看出，该金属丝包括：能够提供支撑强度的铁合金内芯1、复合在内芯外侧的紫铜层2和包覆在紫铜层2外侧的黄铜层3，紫铜层2、黄铜层3与内芯1构成双层包覆复合金属结构。其中，内芯1可选用高碳钢、中碳钢、低碳钢、合金钢或不锈钢，内芯主要起到支撑和增加电火花切割丝的抗拉强度的作用，提高电火花切割丝的机械加工性能和走丝速度，同时还能够加工成0.02mm左右的微丝，实现对微小工件的精细加工。

所述的紫铜层的厚度为0.01-0.1mm，紫铜层在电火花切割丝的截面中所占面积比为15-40%，紫铜能够显著提升复合导线的导电率，并提高电火花切割丝导电率的稳定性，节约钼丝、钨丝等贵金属材料。紫铜层2与内芯1之间紧密结合并形成渗铜层，该渗铜层的厚度100-1500nm左右，因此紫铜层2与内芯1能够牢固的结合，切割时不会剥落。

黄铜层3的厚度为0.01-0.1mm，黄铜层3中含有重量百分比含量为30-50%的锌，比如型号为H62、H70的黄铜。黄铜层与紫铜层之间紧密的结合，形成原子咬合。在切割时，黄铜层中的锌气化，带走切割表面的碎屑，因此能够获得光洁、平滑的切割表面，同时黄铜与紫铜层结合紧密，不易剥落，也不会形成因铜层剥落导致的切割面不平整。

由于电火花切割丝的结构以及性能根据它们在制造过程中所经受的热处理而变化。本发明的电火花切割丝在加工过程中经过热处理，紫铜层中的铜原子通过扩散进入到钢中，形成渗铜层。在相互扩散的情况下，扩散金属含量从电火花切割丝的内芯到其表面是逐渐增加的，即从核到表面越来越富含铜，而相应的，从核到表面的黄铜中锌的含量越来越多。由于黄铜的每一相具有不同的性能，这就给出了沿电火花切割丝的半径的一系列具有可变性能的层。以便使浓度分布适应于在每个深度所需的性质:在表面富集锌，和向下更深地富集铜。因此，利用本发明，可以将钢、铜和锌交替地沉积在多个精细层中，即0.1-1.5微米数量级。然后热处理后得到的黄铜的不同的相出现在多个精细层（约0.1-0.5或1.5微米）中。从而获得令人满意的机械强度、导电率、断裂强度以及高耐电蚀磨损性。

由于金属复合材料关键的技术节点在于两种及两种以上材料复合的结合力，要求铜层要均匀，多层金属间结合力强，因此本发明采用如下步骤制备该电火花切割丝（参见图1）：

（1）选取直径在7-15mm的钢杆，对其进行表面清洁处理，去除所述的钢杆表面的污渍和氧化层，钢杆可以选用高碳钢、中碳钢、低碳钢、合金钢或不锈钢，其中，高碳钢、合金钢、不锈钢和中碳钢前期做好热处理，使材料软化；

（2）用砂带机对所述的钢杆进行磨光，替代传统的酸洗；

（3）高压水洗，利用15-35MPa压力的水清洗表面杂质；

（4）烘干，去除线材表面水分；

（5）拉拔到所需要的线材尺寸；

（6）除脂，去除线材拉拔残留的拉丝粉和油脂，表面磨毛；

（7）高压水洗，用15-35MPa的水压对线材表面进行冲洗；

（8）将该钢杆在线烘干待用；

（9）按照拉拔好的钢杆体积的20%-50%配置紫铜带，本实施例中，采用厚度为0.2mm-0.9mm的紫铜带制作；

（10）用10mm-14mm直径包覆机将紫铜带连续纵向变形，沿纵向连续包覆在钢杆的外侧，同时将紫铜带的接缝用氩弧焊连续焊接形成铜包钢杆；

（11）用模具将铜包钢杆进行拉拔，压缩量为10-30%，得到直径为5-10mm紫铜包钢坯料；

（12）将紫铜包钢胚料的表面进行去拉丝粉清洁处理并用砂带机磨毛表面；

（13）按照紫铜包钢胚料体积的20%-50%配置黄铜带，黄铜带的含锌量在30%-50%，本实施例中，所述的黄铜带的厚度为0.2-0.9mm；

（14）用8mm-12mm直径的包覆机将黄铜带连续变形，并沿纵向连续包覆在紫铜包钢坯料表面，将黄铜带的两侧边连续焊接形成双层铜包钢杆；

（15）将包覆好的双层铜包钢杆以10-30%压缩量的模具进行拉拔，使紫铜与黄铜形成原子咬合，得到双层铜包钢坯料；

（16）对上述双层铜包钢坯料在500-700℃下退火处理，然后连续拉拔到0.02mm，得到多层金属包覆电火花切割丝。

优选的，材料包覆焊接前，先将原料用砂带机进行表面磨毛，这样能够有利于在包覆过程中二种金属接触面的结合，使原子渗透范围更大更深。在上述多个步骤，如焊接、拉拔、热处理等过程，始终是在氩气、氮气等惰性气体保护环境下进行的。

经上述步骤最终获得线径为0.02mm的电火花切割丝，紫铜层在电火花切割丝的截面中所占面积比为25%，该电火花切割丝的抗拉强度可以达到2500MPa，导电率达到40%，而黄铜层含有30-50%的锌，能够加大切割表面的气流量，使工件表面切割后更光洁、平整，提高切割速度，稳定脉冲电流，走丝速度可达8-10m/s。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多层金属包覆电火花切割丝，其特征在于：包括能够提供支撑高强度的铁合金内芯、连续包覆在所述的内芯外侧的紫铜层以及连续包覆在所述的紫铜外的黄铜层，所述的紫铜层与所述内芯之间紧密结合并形成渗铜层，所述的黄铜与所述的紫铜层之间形成原子咬合，所述的紫铜层的导电率高于所述的内芯和黄铜层，所述的黄铜层具有低于紫铜层和内芯的熔融和气化温度。

2.根据权利要求1所述的一种多层金属包覆电火花切割丝，其特征在于：所述的紫铜层的厚度为0.01-0.1mm，所述的紫铜层在所述的多层金属包覆电火花切割丝的截面中所占面积比为15-40%。

3.根据权利要求1所述的一种多层金属包覆电火花切割丝，其特征在于：所述的黄铜层中含有重量百分比含量为30%-50%的锌，所述的黄铜层的厚度为0.01-0.1mm。

4.根据权利要求1所述的一种多层金属包覆电火花切割丝，其特征在于：所述的内芯为高碳钢、中碳钢、低碳钢、合金钢或不锈钢中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种多层金属包覆电火花切割丝，其特征在于：所述的多层金属包覆电火花切割丝的直径在0.01-0.50mm之间。

6.一种多层金属包覆电火花切割丝及其制造方法，其特征在于，它包括如下步骤：

S1. 选取原料钢杆，对钢杆进行表面清洁和预处理，使其表面清洁无油污；

S2.拉拔所述的钢杆到预定线径；

S3.配置紫铜带；

S4.用包覆机将紫铜带连续纵向变形，沿纵向连续包覆在钢杆的外侧，同时将紫铜带的接缝连续焊接形成铜包钢杆；

S5、将铜包钢杆以压缩量为10-30%的模具进行拉拔，得到紫铜包钢坯料；

S6.对紫铜包钢胚料表面清洁、磨毛；

S7.配置黄铜带，黄铜带中含有重量百分比含量为30%-50%的锌；

S8、用包覆机将黄铜带连续纵向变形，并沿纵向连续包覆在紫铜包钢坯料外侧，将黄铜带的两侧边连续焊接形成双层铜包钢杆；

S9、将包覆好的双层铜包钢杆以压缩量为10-30%的模具进行拉拔，使紫铜与黄铜形成紧密的结合，得到双层铜包钢坯料；

S10、对上述双层铜包钢坯料进行热处理，热处理的温度在500-700℃，再连续拉拔得到指定线径的多层金属包覆电火花切割丝。

7.根据权利要求6所述的一种多层金属包覆电火花切割丝及其制造方法，其特征在于，在步骤中S1，选取直径在7～15mm的原料钢杆；在步骤S4中，用10mm-14mm直径的包覆机将紫铜带包覆焊接在钢杆的外侧；在步骤S8中，用8mm-12mm直径的包覆机将黄铜带包覆在紫铜包钢坯料外侧。

8.根据权利要求6所述的一种多层金属包覆电火花切割丝及其制造方法，其特征在于，在步骤S3中，按照拉拔好的钢杆体积的20%-50%配置紫铜带，所述的紫铜带的厚度为0.2-0.9mm。

9.根据权利要求6所述的一种多层金属包覆电火花切割丝及其制造方法，其特征在于，在步骤S7中，按照紫铜包钢坯料体积的20%-50%配置黄铜带，所述的黄铜带的厚度为0.2-0.9mm。

10.根据权利要求6所述的一种多层金属包覆电火花切割丝及其制造方法，其特征在于，在步骤S10中，将经过热处理的双层铜包钢坯料连续拉拔到线径0.01-0.50mm之间。

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