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  • 2022-08-04

线切割WEDM如何选择铜线

& nbsp电火花加工是一种特殊的精细加工技术,近年来发展很快。特别是慢走丝切割已经成为模具制造和金属加工中不可缺少的加工技术。线切割技能的发展离不开电极丝技能的同步发展。因为线切割机的切割功率和切割质量与电极丝的功能密切相关,而电极丝技能的断档往往会导致线切割机启动计划的转变。从1979年镀锌线电极问世到今天,市场上出现了各种性能优于一般黄铜丝的线电极。电极丝的正确选择成为最大限度发挥线切割启动功能,为用户创造更多利润的关键。 现在在欧美日等发达国家,以镀锌电极丝为主的高功能电极丝正逐渐取代放电功能受到极大限制的黄铜丝。同时,除了Agie和Charmilles这些长期以镀锌电极丝为标准配置的线切割初创厂商,三菱和Sodick现在也在最新机型中加入了选用镀锌丝的形式和工艺参数,使这些设备的切割速度比选用黄铜丝显著提高了30%~50%。 而在国内,前几年因为欧洲进口的镀锌电极丝价格高,不仅日本、台湾省和国内线切割机的用户全部只用黄铜丝,一些原本使用镀锌电极丝的Agie机和Charmilles机的用户也改用“便宜”的黄铜丝,构成了相当一部分用户以为“电极丝就是黄铜丝”的职业误区。国内很多用户在引进最新的高功能线切割机的同时,却忽略了电极丝的重要性,以为它只是一个普通的耗材。无论什么类型或加工要求,黄铜丝由于价格低廉,似乎是唯一的选择。自2002年以来,性价比高的韩国镀锌焊丝被广东众多用户选用,并取得了显著的效益。到了2003年,越来越多的专业界用户开始关注镀锌线电极的使用,“不同加工,不同线电极”的理念被智能线切割用户所接受。螺纹切削其实比过去有更多的变化,从加工数据、切削速度、概括精度、外观质量到工厂的运营形式等等。就这些交互变量而言,只有选择合适的电极丝,工厂才能从整体上优化加工能力、加工成本和加工质量。 一、焊丝电极的作用 高功能电极丝一定是各种有用特性的有机结合,那么电极丝的有用特性有哪些呢? 1.电特性 现代线切割电源对电极丝提出了严格的要求。它应能接受峰值超过700 A或平均值超过45 A的大切割电流,能量的传递必须非常有用,才能提供达到高表面光洁度(0.2Ra以上)所需的高频脉冲电流。这取决于电极线的电阻或导电性。铜是电导率最高的数据之一,它被用作衡量其他数据的基准。铜的电导率为100%IACS(退火紫铜的世界标准),而黄铜的电导率为20%。 2.机械特性 拉伸强度: 抗拉强度是衡量数据在承受径向载荷时抗断裂的能力。它是按单位横截面积可接受的分量来缩放的,如英制的PSI(磅每平方英寸)或公制的N/mm2(牛顿每平方毫米)。铜的抗拉强度最低(245N/mm2),而钼的抗拉强度最高(1930N/mm2)。线材的抗拉强度取决于数据的选择以及各种热处理和拉伸工艺。电极有时分为“软线”和“硬线”,在不同的设备和用途方面各有优势。 记忆效应: 这与电极线的“柔软度”或“硬度”直接相关。当软丝从线轴上拉下时,它没有记忆能力恢复成一条直线,因此不能用于主动穿线,但对切割没有影响,因为在加工过程中电极丝被加上了张力。软丝适用于上下导丝不能歪斜的设备,可以超过7度的大角度切割。硬丝是主动穿线机的最佳选择。因其抗拉强度高,能抵抗切割时电流和冲刷力引起的丝的振动。 伸长率: 伸长率是在切割中由张力和热量引起的电极丝长度变化的百分比。软丝的伸长率最高可达20%,硬丝的伸长率不到2%。在斜面中加工软丝时,延伸率高的电极丝更能保证斜面的精度,软电极丝在导丝嘴中滑动时感觉较小。但是电极丝进入切口区域后,软丝比硬丝震动更大,我们只好妥协。 3.有多少特点? 在线切割技能早期(1969年到70年代中期),几乎没有关于电极线的讨论,使用的是现有的电机和电缆上的铜线。如今,大功率、高精度的线切割机床要求电极丝具有误差最小的特点。电极丝制造的最后一道工序是选择几个宝石拉丝模,得到圆整光滑,线径公差0.001mm的成品,另一方面,有些电极丝是专门规划出来的,外观比较粗糙,可以提高切割速度。 4.热物理特性 金属丝的热物理性能是提高切割力的关键。这些特性是由合金成分的比例或基本芯材的选择决定的。 焊丝的熔点是一个重要的目标。由于电极丝通过导丝嘴时的机械运动、冲刷力和放电,切割时电极丝振动。这会无数次地构成微小短路,减缓切割过程。如果线电极在操作期间可以损失一些外径,则可以防止或减少在空处面对切割方向的短路效应。一起在空地面上背向切削方向,有助于提高冲刷效果,能更好的去除加工屑。线电极外径的损失不会影响加工精度,因为新的线电极是连续进给的。这是冶金学家在研究焊条可洗性时应该考虑的数据的两个特征之一。 气化压力: 切割时会产生大量热量,其中一部分热量会被电极丝吸收,降低切割功率。如果电极线上损失过多热量,电极线会因过热而熔化。因此,要求电极丝表面能够快速汽化,并且在电极丝冷却时能够向工件释放热能。当加热到熔点时,数据会气化,产生气化压力。熔点低的材料更容易气化。丝状电极的另一个特点是其低熔点和高气化压力,这有助于将废渣吹离狭缝。这是具有良好可清洗性的电极丝应该具有的另一个特征。当电极线和工件在切割表面气化而不是熔化时,产生气体而不是熔化的金属颗粒。这反过来改善了冲刷过程,因为有更少的颗粒被冲走。 二、焊条焊丝的品种和用途 目前,市场上可买到的电极丝可分为以下几类: 1.黄铜丝 黄铜丝是线切割领域的第一代专业电极丝。1977年,黄铜丝开始进入市场。这种电极丝带来了切割速度的突破,当厚度为50毫米的工件的切割速度从12毫米2/分钟提高到25毫米2/分钟。是什么让速度翻倍了?黄铜是紫铜和锌的合金。最常见的比例是65%紫铜和35%锌。发现黄铜丝中的锌具有较低的熔点(420℃,而紫铜的熔点为1080℃),这可以改善可洗性。在切割过程中,锌由于高温而气化,降低了电极丝的温度,并将热量传递给工件的加工表面。理论上锌含量越高越好。但在黄铜丝的制造过程中,当锌含量超过40%时,电极丝的α单相晶体结构变为α和β双相晶体结构。这时,数据变得太脆,不能被拉成直径很小的细丝。 黄铜丝可以有不同的抗拉强度,以满足不同的设备和使用场合。这是通过一系列拉丝(淬火)和热处理(退火)完成的。一般黄铜丝的抗拉强度在490-900N/mm2之间。 黄铜的主要缺陷: (1)加工速度无法提高:由于黄铜中锌含量不变,放电时的能量转换功率无法进一步提高;以0.25mm的黄铜丝切割30-60mm厚的钢材为例,国内很多用户的主切割速度在120mm2/ min左右。 (2)表面质量不安全:黄铜丝表面的铜粉和放电时电极丝表面气化带出的铜颗粒会堆积在工件的加工表面,形成表面沉积铜。工件表面因可洗性差而出现较厚的变质层,会影响工件的表面硬度和粗糙度; (3)加工精度不高:特别是加工较厚的工件时,因为可洗性差,会产生较大的直线度误差(上下端刻度误差和鼓形不良)。 此外,由于价格竞争,目前国内低价黄铜丝存在各种质量问题。比如由于铜坯原料差,拉丝设备和工艺的原因,黄铜丝表面的铜粉较多,截面有些误差等等。,会导致放电稳定性下降,严重影响加工速度和质量。同时会污染设备部件,增加设备损耗。 黄铜丝的用途: (1)处理能力不足,不是24小时开机用户。因为处理能力对于这些用户来说不是首要问题; (2)对加工精度特别是外观质量要求不高的用户; (3)主要加工小尺度、薄厚度的用户。由于工件的装夹和调整时间占总加工时间的份额较高,切削时间较少,对加工功率没有显著影响。 (4)工件数据硬度不高或厚度不超过80-100mm。 虽然随着各种性能更好的涂层电极线的出现和普及,黄铜丝的市场份额在下降,但由于其成本低,能满足一般加工要求,仍将继续被广泛使用。与此同时,市场上出现了一些新的黄铜丝,其性能有所改进,价格比涂层电极丝低: (1)超净黄铜丝:针对一般黄铜丝表面含铜过多的缺点,在后续工艺中加入特殊的清洗技术制成; (2)超硬黄铜丝:通过在黄铜中添加其他微量元素,黄铜丝的抗拉强度可达1200 N/mm2。这种丝在加工超厚或超硬工件时,可以提高加工精度和速度; (3)高速黄铜丝:将黄铜中锌的份额提高到极限的40%,可以改善可洗性,提高切削速度。但其切割速度仍比镀锌电极丝慢。 2.涂层电极线 由于低熔点的锌对改善电极丝的放电功能有显著作用,而锌在黄铜中的份额有限,所以人们想到在黄铜丝外再加一层锌,这就产生了镀锌电极丝。这种方法是由几位瑞士工程师在1979年发明的,它使电极丝的发展向前迈进了一大步,并导致了更多新型涂层电极丝的出现。 涂层钢丝的主要优点: (1)切割速度高,不易断丝。优质镀锌电极丝的切割速度比优质黄铜丝快30-50%。目前广东很多用户选择0.25mm镀锌电极丝,平均切割速度150-180mm2/ min。 (2)加工后的工件外观质量好,无铜沉积,变质层得到改善,工件硬度更高,模具寿命延长。 (3)加工精度的提高,特别是尖角的形状误差和粗工件的直线度误差,优于黄铜丝。 (4)减少了导丝嘴等部件的损耗。锌的硬度比黄铜低,镀锌丝没有黄铜丝那么多铜粉,不容易堵塞导丝嘴,污染相关零件。 包覆丝的生产工艺主要包括浸渍、电镀和分散退火。电线的芯材是黄铜、铜和钢。涂层材料包括锌、紫铜、铜锌合金和银。目前,市场上成熟的电极丝按用途不同分为以下几种: 普通镀锌焊丝: 由于浸渍工艺相对简单,很多线电极生产厂家选择这种方法生产镀锌线电极。但镀锌后拉丝最大的问题是镀层的均匀性无法控制,所以这种工艺生产的电极丝放电功能不够稳定,速度只比黄铜丝快不到10%。一些质量差的镀锌电极丝颜色往往不是均匀的银灰色,其中还能看到一些淡黄色,这就是所谓的“露铜”现象。虽然这种电极丝比较便宜,只比黄铜丝稍微贵一点,但是选择的人并不多。 高精度加工用镀锌电极丝: 这种电极丝多为电镀,能更好的控制镀锌层厚度,放电功能稳定,不易断丝。适用于四刀以上的精加工。一般切割速度可以比黄铜丝快30%左右。该电极线的外形如所示。常见的品牌有德国Berkenhoff公司的COBRA CUT A和MEGACUT A,德国Heinrich Stamm公司的STAMMCUT ZC900和ZC950等。 南韩石油输出国组织公司生产的ZINCO系列镀锌电极丝,虽然也选用浸渍工艺,但其工艺方法与众不同,获得了美国、日本、欧洲和中国的发明专利。该工艺的特征在于,首先将黄铜芯材拉拔至最终直径进行包覆,然后拉拔线材。镀层由多层铜锌合金组成,锌的比例由内向外逐渐变化,外层锌最多,外观为有利于提高精练功能的微孔结构。这种电极丝已被线切割机床制造商Sodick和Agie-Charmilles选用。也是目前国内销量最好的镀锌电极丝。 今年年初,韩国几家电极丝生产厂家也在试验用电镀的方法生产镀锌电极丝。如果能够批量进入市场,相信会给国内用户带来更多的实惠。 高速加工用涂层电极丝 这种电极丝是用弥散退火工艺制成的。这是一种复合电极线,具有包含50%锌和50%紫铜的厚涂层。这种涂层要经过一系列的热处理过程,由于涂层的分散,其颜色由亮银色变为黄褐色。这种电极丝的芯为α结构,涂层为β结构,最终通过拉伸工艺和冷压压制成芯材。分散的电极线在外观上是多孔的,这有助于改善可清洗性。这种电极丝的切割速度是目前最快的。常见品牌有COBRA CUT D、BRONCO CUT X、MEGACUT D、SWX、STAMMCUT Xi等。 韩国石油输出国组织公司为Charmilles线切割机开发的HUNT-X电极丝,虽然没有采用弥散退火工艺,但具有与这种电极丝非常相似的切割功能,属于高速电极丝,可用于有高速要求的加工。 用于难加工的涂层电极线 钢芯焊丝是一种复合焊丝。它由一个钢芯加上中心的紫铜涂层和外部的黄铜涂层组成。钢芯的室温抗拉强度与黄铜丝相近,但随着温度的升高,黄铜丝的抗拉强度迅速下降,而钢的抗拉强度高于黄铜丝。但由于端口导电性能差,在钢芯周围包裹一层紫铜来提高导电性能。外层黄铜层起到提高洗涤功能的作用。 关于线切割难的问题,虽然可以通过选择更粗直径(0.30mm)的电极丝或镀锌电极丝来改善这种情况,但如果要满足更高的加工要求,最好的选择就是这种钢芯电极丝。 1.高厚度加工:一般来说,当要加工的工件较厚时(通常超过100mm),加工速度明显下降,加工表面的直线度误差会很大。这时,钢芯线加工可以显著提高速度和精度。 2.不良冲洗条件的加工:如倾斜度大、工件厚度不规则、变化范围大、多工件叠加加工等。冲洗不良只会导致断丝,从而降低加工速度。一起还会导致二次放电的增加,影响外观质量。 3.工件材料难加工:如石墨、铜、铝合金等难切削材料。 常见品牌有:日本藤仓公司的COMPEED钢芯焊丝。 超细加工用电极丝 黄铜丝或包覆丝的直径一般在0.30mm-0.07mm之间,但一些电子、光学、钟表专业的微零件或超精密加工,要求电极丝直径在0.10mm-0.03mm。以前这种电极丝是钨丝或者钼丝,价格很贵。现在广泛使用的高抗拉强度钢丝(100碳钢琴丝)是在外面镀黄铜制成的,俗称“钢琴丝”。这种电极丝的抗拉强度是普通电极丝的两倍,高达2000 N/mm2以上。常见品牌有德国的MICRO CUT和日本的SPWire。 3.如何考虑不同电极丝对加工成本的影响? “如果你想有效地工作,首先要磨快你的工具”。在制造业中,新设备、新事物、新材料的层出不穷带来了更好的加工功能和更高的加工能力,这些加在一起也意味着更好的经济效益。行业总是第一个受益于那些熟悉技能发展趋势,优先选择高级技能的企业。和剪线一模一样。随着线切割技术的不断发展和人们对功率和质量的追求,新型高功能电极丝将取代黄铜丝,成为市场的主角。高效电极丝的主动选择将对开机用户的财务报表或竞争能力产生深远影响。我们从以下几个方面来讨论工厂加工状态与加工成本的关系: 1.工厂现有设备的加工能力能否满足业务增加的需要? 设备一天24小时运转吗? 需要正规外包加工吗? 你打算购买新设备吗? 如果选用黄铜丝,设备即使24小时运转也无法满足加工需求,只能通过外包加工来弥补。同时,正在考虑更多的设备。那么,这样的工厂可以先进行测试,改用更高功率的电极线,可能会在不花太多钱的情况下,立即缓解迫在眉睫的加工反对。在设备数量不变的情况下,减少外发加工量也能带来直接效益。 2.工厂线切割加工的工时率在同行业中处于什么水平? 这直接体现了工厂的竞争力。因为工时的费率往往受到行业平均水平的限制,在相同的费率水平下,利润取决于工厂提高最大输出功率和降低成本的能力。 3.工厂对目前的加工质量满意吗? 如果黄铜电极丝使用时间较长,加工质量经常出现问题,需要返工,构成延期交货,导致客户不满,是否可以使用其他电极丝来提高加工精度和外观质量?关于不同的工件原料,有没有考虑过选择不同的电极丝来获得更好的加工效果?这也会影响工厂的加工成本和效益。 下面,我们通过一个加工实例来计算电极丝对加工成本的影响: 测试型号:so dick AQ 325 l(2000年制造) 工件:数据SKH-9钢,厚度60毫米,切割长度29.99毫米 测试结果对比: 项目用黄铜丝镀锌电极丝说明 焊条厂品牌a国产硬线锌 钢丝直径(毫米)0.20 0.20 切的次数是3,3,1,2。 精度刻度误差:6微米刻度误差:1微米加工精度有显著提高。 直线度误差4微米±2微米。 尖部形状误差明显,形状误差明显改善。用镀锌丝切割时,不需要补偿,边角误差明显减小。 外观(直观)有铜沉积和显著进步。 切割厚度(毫米)60 60 切割长度(毫米)29.99 29.99 切割面积(mm2) 1799.4 1799.4 处理时间(分钟)39.5 27.3快了31%。 加工速度(mm2/ min) 45.6 65.9切割1和修补2的平均加工速度 经济效益会计: 黄铜电极线镀锌电极线 线速度(米/分钟)13 灯丝长度(米/小时)13x60=780 成分换算系数(克/米)0.27(直径为0.20毫米的焊条) 每小时电线消耗量(千克)780x0.27/1000=0.211 每月实际放电时间(小时)30天x16小时/天=480小时 月丝绸消耗量(公斤)0.211x480=101.28 单价(人民币/公斤)30.00 98.00 每月线电极成本(人民币)为101.28 x30 = 3038.40 101.28 x98 = 9925.44。 镀锌线选定后,每月增加费用为(人民币)9925.44-3038.40 = 6887.04元。 “切割1和修复2”的速度(mm2/ min) 45.6 65.9 每月可加工面积(mm2)45.6 x480x 60 = 1313280 65.9 x480x 60 = 1897920 “割1补2”加工率为¥0.045/ mm2。 月加工收入1313280 x 0.045 = 59097.60 1897920 x 0.045 = 85406.40。 扣除添加电极丝的成本,每台机器月新增收入为85406.40-59097.60-6887.04 = 19421.76元,同比增长33%。 1.以上核算假设放电时间占加工时间的2/3,加工的零件大致相同,主要是“切一补二”。 2.用户可以根据自己的情况来计算。虽然结果不一样,但是根据我们和广东几十个用户的交流,我们知道处理能力足够的用户收入肯定会增加。 从上面的例子可以知道,虽然试验中使用的镀锌电极丝的单价比黄铜丝贵一倍,但选择镀锌电极丝后的直接经济效益是显著的,因为加工能力提高了31%,加工效益实际上是净增加。 综上所述,便宜的黄铜丝其实并不是最经济的选择。改造后的高功能电极丝与现代先进的线切割机配合,可以获得比标准黄铜丝更高的输出功率和更好的性价比。 因此,请选择不同的电极丝进行不同的加工。& nbsp

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