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      慢走絲線切割加工中如何選用銅絲

      Author:深圳市星輝精密機械有限公司 Hit:871Time:[2019-10-19]

        電火花加作業為一種特種精細加工技能,近年來得到了迅速的開展。特別是慢走絲線切開加工,已經成為模具制造和金屬加工職業必不可少的加工手法。線切開技能的開展,離不開電極絲技能的同步開展。因為線切開機的切開功率和切開質量與電極絲的功能嚴密相關,而電極絲技能的打破往往會導致線切開機規劃的改造。從1979年鍍鋅電極絲的創造到今日,市場上不斷出現了各種各樣比一般黃銅絲功能更好的電極絲,電極絲的正確選用已經成為使線切開機的功能得到最大極限的發揮并為用戶創造更多贏利的要害。

        現在,在歐美和日本等發達國家,以鍍鋅電極絲為主的高功能電極絲正在逐漸替代放電功能遭到很大限制的黃銅絲。一起,除了早已將鍍鋅電極絲作為規范配置的線切開機制造商Agie和Charmilles外,現在Mitsubishi和Sodick公司也在最新的機型上添加了選用鍍鋅絲的形式和加工參數,使這些設備的切開速度較之選用黃銅絲有30%~50%的顯著提升。

        可是在國內,前幾年因為歐洲進口的鍍鋅電極絲價格較高,不僅簡直一切的日本、臺灣和國產慢走絲機的用戶都只用黃銅絲,一些本來使用鍍鋅電極絲的Agie機和Charmilles機用戶,也改用了"廉價"的黃銅絲,構成了相當多的用戶認為"電極絲便是黃銅絲"這一職業界的誤區。有不少國內的用戶在引進最新高功能的線切開機的一起,忽視了電極絲的重要性,認為它只不過是一種一般的消耗品。不管什么機型或加工要求,黃銅絲都以其低廉的價格好像成了唯一的挑選。從2002年起,來自韓國的性價比較好的鍍鋅電極絲在廣東區域為不少用戶所選用,取得了顯著的效益,至2003年職業界越來越多的用戶開端重視鍍鋅電極絲的使用,"不同的加工,選用不同的電極絲"這一概念開端為精明的線切開用戶所接受。實際上現在的線切開加工有著比曩昔更多的改變,從加工資料、切開速度、概括精度、外表質量到工廠的運轉形式等等。關于這些相互起作用的變數來說,只要挑選合適的電極絲才能使工廠對加工功率、加工成本和加工質量整體進行優化。
        
      一、電極絲的功能

        高功能的電極絲必須是各種有用特性的有機組合,那么電極絲有哪些有用的特性呢?

        1、電氣特性

        現代線切開電源對電極絲提出了嚴格的要求。它要能接受峰值超越700安培或平均值超越45安培的大切開電流,而且能量的傳輸必須非常有用,才能提供為到達高外表光潔度(0.2Ra以上)所需的高頻脈沖電流。這取決于電極絲的電阻或電導率。紫銅是電導率最高的資料之一,它被用來作為衡量其他資料的基準。紫銅的電導率標為100%IACS(世界退火紫銅規范),而黃銅的電導率為20%。

        2、機械特性

        拉伸強度:

        拉伸強度是衡量資料在遭到徑向負荷時抵抗斷裂的才能。它是用單位截面積所能接受的分量來標度的,如英制的PSI(磅/平方英寸)或公制的N/mm2(牛頓/平方毫米)。紫銅歸于拉伸強度最低的資料(245N/mm2),而鉬則最高(1930N/mm2)。電極絲的拉伸強度取決于資料的挑選以及各種熱處理和拉伸處理工藝。電極絲有時被分為"軟絲"和"硬絲",關于不同的設備和使用來說,各有其長處。

        記憶效應:

        這與電極絲的"軟"或"硬"直接相關。軟絲抽離線軸時沒有康復成直線的記憶才能,所以無法用于主動穿絲,但這對切開來說并沒有影響,因為加工時電極絲上是加了張力的。軟絲適用于上、下導絲咀不能歪斜的設備進行超越7度的大斜度切開。而硬絲則是主動穿絲機的最佳挑選,一起因為拉伸強度高,其抵抗因切開時電流和沖刷力構成絲的顫動的才能較強。

        延伸率:

        延伸率是切開加工中因為張力和熱量引起電極絲長度改變的百分比。軟絲的延伸率可大到20%,而硬絲則小于2%。軟絲在斜度加工時,延伸率高的電極絲能更確保斜面的幾許精度,而且較軟的電極絲在導絲咀中滑動時發生的轟動也較小。不過電極絲進入切開區后軟絲的顫動程度比硬絲大,所以還得折中考慮。

        3、幾許特性

        在線切開技能開展的早期(1969年到七十年代中期),對電極絲簡直沒有做任何的研討,用的是現成的電機和電纜上的紫銅絲。而今日,高功率高精度的線切開機要求電極絲具有差錯極小的幾許特性。電極絲制造的最終工序是選用多個寶石拉絲模來得到光滑、圓度極好、絲徑公差為+/-0.001mm的成品。另一方面,還有一些電極絲卻特意規劃成具有相對粗糙的外表,能夠進步切開速度。

        4、熱物理特性

        電極絲的熱物理特性是進步切開功率的要害。這些特性是經過合金成分的配比或基礎芯材的挑選來確定的。

        熔點:

        電極絲的熔點是一項重要的目標。因為電極絲經過導絲咀時的機械運動,以及沖刷力和放電等因素,電極絲在切開時是有顫動的。這將構成無數次的極小的短路,使切開進程減慢。電極絲作業時假如在外徑上能夠損耗一些,這樣它在面對切斷方向的空地能夠防止或削減短路效應。一起它在背對切斷方向的空地有助于改進沖刷作用,能夠更好的去除加工廢屑。電極絲外徑的損耗不會影響加工精度,因為新的電極絲在不斷的進給。這是冶金學家在研討電極絲的沖刷性時要考慮的資料的兩個特性之一。

        氣化壓力:

        電火花切開時會發生大量的熱量,其中的一些熱量被電極絲吸收走了,這會下降切開功率。假如太多的熱量損耗在電極絲上,電極絲就會因過熱而熔斷。因而需求電極絲外表能夠快速氣化,在電極絲得到冷卻的一起把熱能釋放到工件上。資料受熱到達熔點后就會氣化,發生氣化壓力。熔點低的資料更簡單氣化。電極絲所應該具有的另一個特性便是低熔點和高氣化壓力,能夠協助把廢渣吹離切縫。這便是電極絲沖刷性好所應該具有的另一個特性。當電極絲和工件在切開外表處是氣化而不是熔化時,發生的是氣體而不是熔化的金屬顆粒。這反過來又改進了沖刷進程,因為要沖走的顆粒少了。
        
      二、電極絲的品種與使用

        目前,市場上可選用的電極絲可分為以下幾類:

        1、黃銅絲

        黃銅絲是線切開領域中第一代專業電極絲。1977年,黃銅絲開端進入市場。這種電極絲曾帶來了切開速度上的打破,其時關于厚度為50mm的工件,切開速度從12mm2/分鐘進步到25 mm2/分鐘。是什么使速度翻了一倍呢?黃銅是紫銅與鋅的合金,最常見的配比是65%的紫銅和35%的鋅。其時發現黃銅絲中的鋅因為熔點較低(420℃,而紫銅為1080℃)能夠改進沖刷性。在切開進程中,鋅因為高溫而氣化使得電極絲的溫度下降并把熱量傳送到工件的加工面上。理論上講,鋅的份額越高越好,不過在黃銅絲的制造進程中,當鋅的份額超越40%后,電極絲的α單相結晶結構變成了α和β雙相結晶結構。這時資料變得太脆而不合適把它拉成直徑很小的細絲。

        黃銅絲能夠有不同的拉伸強度來滿足不同的設備和使用場合。這是經過一系列的拉絲(淬火作用)和熱處理(退火)工序來完成的。一般黃銅絲的拉伸強度在490-900N/mm2之間。

        黃銅絲的首要缺陷:

        (1) 加工速度無法進步:因為黃銅中鋅的份額一定,所以放電時的能量轉化功率無法進一步進步;以0.25mm黃銅絲切開30-60mm厚的鋼材為例,國內許多用戶的主切速度都在120mm2/分鐘左右。

        (2) 外表質量欠安:黃銅絲外表的銅粉和放電時因為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構成外表積銅。一起因為沖刷性欠好而在工件外表發生較厚的蛻變層,這些都會影響工件的外表硬度和粗糙度;

        (3) 加工精度不高:特別是在加工較厚的工件時,因為沖刷性不良,會發生較大的直線度差錯(上下端尺度差錯和鼓形差)。

        此外,因為價格競爭的原因,目前國內的低價黃銅絲普遍存在著各種質量問題,例如因選用的銅材胚料原料不良以及拉絲設備和工藝上的原因導致黃銅絲外表銅粉較多,截面幾許差錯太大等等,這些都會導致放電安穩性下降,嚴重影響加工速度和質量。一起,還會污染設備部件加大設備的損耗。

        黃銅絲的使用場合:

        (1) 加工量不足,不是24小時開機的用戶。因為加工功率關于這些用戶來說不是首要問題;

        (2) 對加工精度特別是外表質量要求不高的用戶;

        (3) 以加工小尺度、薄厚度為主的用戶。因為工件裝夾調整的時刻占總加工時刻的份額較高,切開時刻較少,對加工功率的影響不顯著。

        (4) 工件的資料硬度不高或厚度不超越80-100mm。

        盡管跟著各種更好功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,可是,因為它成本低廉,而且能滿足一般的加工需求,因而還會持續得到廣泛的使用。一起,市場上還出現了一些在功能上有不同程度改進的且價格低于鍍層電極絲的新式黃銅絲:

        (1) 超凈型黃銅絲:針對一般黃銅絲外表銅份過多這一壞處,經過在后道工序中添加特其他清洗工藝而制成;

        (2) 超硬型黃銅絲:經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。這種絲在加工超厚或超硬工件時能夠改進加工精度和速度;

        (3) 高速型黃銅絲:將黃銅中鋅的份額加大到極限的40%,能夠改進沖刷性,進步切開速度??墒?,其切開速度還是比鍍鋅電極絲要慢。

        2、鍍層電極絲

        因為低熔點的鋅關于改進電極絲的放電功能有著顯著的作用,而黃銅中鋅的份額又遭到限制,所以人們想到了在黃銅絲外面再加一層鋅,這就發生了鍍鋅電極絲。1979年瑞士幾位工程師創造的這種辦法,使電極絲的開展向前邁進了一大步,并導致了更多新式鍍層電極絲的出現。

        鍍層電極絲的首要長處:

        (1) 切開速度高,不易斷絲。品質好的鍍鋅電極絲切開速度可比優質黃銅絲快30-50%,目前廣東區域許多用戶選用0.25mm的鍍鋅電極絲,切開速度平均在150-180mm2/分鐘。

        (2) 加工工件的外表質量好,無積銅,蛻變層得到改進,因而工件外表的硬度更高,模具的壽數延長。

        (3) 加工精度進步,特別是尖角部位的形狀差錯、厚工件的直線度差錯等均比黃銅絲有改進。

        (4) 導絲咀等部件的損耗減小。鋅的硬度比黃銅低,一起鍍鋅絲不象黃銅絲那樣有許多銅粉,所以不簡單堵塞導絲咀,污染相關部件。
        
        鍍層電極絲出產工藝首要有浸漬、電鍍和分散退火這三種辦法。電極絲的芯材首要有黃銅、紫銅和鋼。鍍層的資料則有鋅、紫銅、銅鋅合金和銀。目前市場上較為成熟的這類電極絲按使用區別首要有以下幾種:

        一般鍍鋅電極絲:

        因為浸漬這種工藝相對比較簡單,所以許多電極絲制造商都選用這種辦法來出產鍍鋅電極絲??墒清冧\后再拉絲,其最大的問題是無法操控鍍層的均勻性,所以用這種工藝出產的電極絲放電功能不夠安穩,速度只比黃銅絲進步不到10%。有些品質較差的鍍鋅電極絲其色彩往往不是均勻的銀灰色,能夠看到一些淺黃色相間其中,這便是所謂"露銅"現象。這類電極絲盡管價格比較廉價,只比黃銅絲稍貴一些,可是選用的人不多。

        高精度加工用鍍鋅電極絲:

        這類電極絲多是選用電鍍的辦法,所以能夠較好的操控鍍鋅層的厚度,放電功能安穩,不易斷絲,合適四次切開以上的精細加工。切開速度一般能夠比黃銅絲快30%左右。這種電極絲的剖面見。常見的品牌有德國Berkenhoff公司的COBRA CUT A、MEGACUT A,德國Heinrich Stamm公司的STAMMCUT ZC900和ZC950等等。

        韓國OPEC公司的ZINCO系列鍍鋅電極絲,盡管也是選用的浸漬工藝,可是其工藝辦法異乎尋常,請求到了美國、日本、歐洲和中國的創造專利。該工藝的特點是先將黃銅芯材拉制到了挨近最終直徑的時候進行鍍層,然后再拉絲。其鍍層由多層銅鋅合金組成,鋅的份額從里到外呈梯度漸變,以外層的鋅為最多,且外表是有利于改進沖刷功能的微觀多孔結構。這種電極絲已為線切開機制造商Sodick和Agie-Charmilles所選用。一起也是目前國內最暢銷的鍍鋅電極絲。

        今年開端韓國有幾家電極絲制造商也在測驗用電鍍的辦法出產鍍鋅電極絲,假如能構成批量進入市場的話,信任會給國內用戶帶來更多的實惠。

        高速度加工用鍍層電極絲

        這種電極絲以分散退火工藝制造,是一種復合電極絲,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進程,其色彩因鍍層分散而從亮銀色變為黃褐色。這種電極絲的芯為α結構而鍍層則為β結構,它最終經過一道拉伸加工經過冷壓把鍍層壓進芯材中。分散過的電極絲外表是多孔的,它有助于改進沖刷性。這種電極絲的切開速度是目前最快的。常見的品牌有COBRA CUT D、BRONCO CUT X、MEGACUT D、SWX、STAMMCUT Xi等。

        韓國OPEC公司針對Charmilles的線切開機研制的HUNT-X電極絲,盡管不是選用分散退火工藝,可是其切開功能與這類電極絲非常相似,也歸于高速電極絲,能夠用于對速度有較高要求的加工。

        高難度加工用鍍層電極絲

        鋼芯電極絲是一種復合絲。它由鋼制的芯加上中心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,可是跟著溫度的升高黃銅絲的拉伸強度迅速下降,而鋼的拉伸強度則高于黃銅絲了??墒?,因為港的導電功能欠好,因而在鋼芯外面包了一層紫銅用以進步電導率。而外面的黃銅層則起到了改進沖刷功能的作用。
        
        關于難度較高的線切開加工,盡管選用較粗直徑(0.30mm)的電極絲,或選用鍍鋅電極絲能夠使情況有所改進,可是要想到達較高的加工要求,最佳的挑選便是這種鋼芯電極絲了。

        1、 高厚度加工:一般來說,當加工的工件較厚時(通常超越100mm以上),加工速度顯著下降,而且加工面的直線度差錯會很大。此時選用鋼芯絲加工,能夠顯著改進速度和精度。

        2、 沖水不良狀況的加工:例如大斜度加工、工件厚度不規則,改變范圍較大的加工和多個工件疊加起來的加工等等。沖水不良簡單構成斷絲,加工速度因而下降。一起,也會導致二次放電添加,影響外表質量。
        
        3、工件資料難以加工:例如石墨、銅、鋁合金等較難切開的資料。

        常見的品牌有:日本FUJIKURA公司的COMPEED鋼芯電極絲。

        超精細加工用電極絲

        黃銅絲或鍍層絲的直徑一般在0.30mm至0.07mm之間。而關于一些電子、光學和鐘表職業的微細零件或超精細的加工,要求電極絲的直徑在0.10mm至 0.03mm。曩昔這種電極絲是選用鎢絲或鉬絲制造的,價格非常貴重?,F在則普遍選用高拉伸強度的鋼絲(100碳鋼琴線)外面加鍍黃銅來制造,俗稱"鋼琴線"。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。常見的品牌有德國的MICRO CUT,日本的SPWire。
        
      三、怎樣考慮不同的電極絲對加工成本的影響

        "欲工其效,先利其器"。在制造業里層出不窮的新設備、新東西和新資料帶來的是更好的加工作用和更高的加工功率,一起也意味著更好的經濟效益。職業界最先得益的總是那些熟知技能開展動向而首先選用先進技能的企業。這關于線切開來說也是徹底相同的。跟著線切開技能的不斷開展和人們對功率和質量的追求,新的高功能電極絲必定替代黃銅絲而成為市場的主角。積極的選用高效電極絲將對線切開機用戶的財務報表或競爭才能發生深入的影響。咱們從以下方面來研討一下工廠加工現狀與加工成本的關系:

        1、工廠現有設備的加工才能是否滿足業務添加的需求?

        設備是否24小時運轉?

        是否需求經常性外發加工?

        是否預備添置新的設備?

        假如在選用黃銅絲的情況下,設備即使24小時運轉也不能滿足加工需求,而不得不靠外發加工來補償,一起也在考慮添加更多的設備,那么這樣的工廠首先能夠測驗換用功率更高的電極絲,或許能夠即刻緩解迫在眉睫的加工對立而不用一下投入太多的資金。在設備數量不變的情況下,削減外發加工量還能夠帶來直接的效益。

        2、工廠線切開加工的工時費率在同職業界處于什么水平?

        這直接反映出工廠的競爭才能。因為工時費率往往受職業平均水平的限制,相同的費率水平下,贏利的多少取決于工廠最大極限的進步出產功率和下降費用的才能。

        3、工廠對現在的加工質量滿足嗎?

        假如長期以來都是使用黃銅電極絲而加工質量經常出現問題,需求返工,構成延期交貨,導致客戶的不滿,那么換上其他電極絲能不能進步加工精度和外表質量?關于不同的工件原料,有沒有考慮過選用不同的電極絲而得到有更好的加工作用?這同樣會影響到工廠的加工成本和效益。

        下面,咱們經過一個加工實例來核算一下電極絲對加工成本的影響:
        測驗機型:SODICK AQ325L(2000年出廠)
        測驗工件:資料SKH-9鋼,厚度60mm,切開長度29.99mm
        測驗結果對比:
        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
        切開次數 3 3 切1修2
        尺度精度 尺度差錯:6微米 尺度差錯:1微米 加工精度顯著進步
        直線度差錯 4微米 2微米
        尖角部位形狀差錯 顯著可見形狀差錯 有顯著改進 用鍍鋅絲切開時不用補償,角部差錯顯著減小
        外表質量(直觀) 有積銅 有顯著進步
        切開厚度(mm) 60 60
        切開長度(mm) 29.99 29.99
        切開面積(mm2) 1799.4 1799.4
        加工時刻(分鐘) 39.5 27.3 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
        
        
        經濟效益核算:
        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
        分量長度換算系數(克/米) 0.27(關于直徑為0.20mm的電極絲)
        每小時耗絲量(公斤) 780x0.27/1000=0.211
        每月實際放電時刻(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=3038.40 101.28x98=9925.44
        選用鍍鋅絲后每月添加費用(元) 9925.44-3038.40=6887.04元
        "切1修2"的速度(mm2/分鐘) 45.6 65.9
        每月可加工面積(mm2) 45.6x480x60=1313280 65.9x480x60=1897920
        "切1修2"加工費率 ¥0.045/ mm2
        每月每臺機加工收入 1313280x0.045=59,097.60 1897920x0.045=85406.40
        扣除電極絲添加的費用后,每月每臺機添加的收入(元) 85406.40-59097.60-6887.04=19421.76元 增幅33%

        說明

        1、以上核算假設了放電時刻占加工時刻的2/3,且加工的零件大致相同,以"切一修二"為主。

        2、用戶能夠依據各自情況進行測算,盡管結果各不相同,可是依據咱們與廣東區域幾十家用戶的交流得知,關于加工量足夠的用戶,收入肯定有添加的。
        
        經過上述實例能夠知道,盡管測驗所用的鍍鋅電極絲比黃銅絲單價貴了2倍,可是因為加工功率進步了31%,加工效益事實上是凈添加,故選用鍍鋅電極絲后直接經濟效益是顯著的。

        綜上所述,廉價的黃銅絲其實并不是最經濟的挑選,經過改造規劃的高功能電極絲與現代先進的線切開機合作可完成比規范的黃銅絲更高的出產功率,更優越的性價比。

        所以,不同的加工,請選用不同的電極絲。 

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