用于放電切割物體的電極絲的制作方法
【專利說(shuō)明】用于放電切割物體的電極絲
[0001] 本發(fā)明涉及用于電火花電蝕（Funkenerosion)的電極絲（Drahtelektrode)，其 具有0. 05-0. 4mm的總直徑、由鋼制成的內(nèi)部鋼芯和圍繞該鋼芯的外部覆層 Mantel)〇
[0002] 本發(fā)明還涉及制造所述電極絲的方法。
[0003] 引言所述類型的電極絲由DE 196 35 775 A1而已知。其中公開(kāi)的電極絲包括由 黃銅層所圍繞的鋼芯。所述黃銅形成了所謂的α相。該α黃銅進(jìn)而被由β黃銅形成的 外層圍繞。
[0004] US 2004 089 636公開(kāi)了具有鋼芯的電極絲，所述鋼芯被設(shè)計(jì)成細(xì)絲并且被由鋅 或鋅-錯(cuò)合金形成的覆層（Mantelschicht)圍繞。
[0005] EP 0 794 026描述了具有鋼芯和圍繞該鋼芯的由銅、鎳或鋅形成的覆層的電極 絲。
[0006] FR 2 936 727描述了具有金屬芯的電極絲，其具有由鐵-鋅合金形成的外部覆 層。由于連續(xù)地拉伸電極絲會(huì)使所述鐵-鋅合金斷裂，從而所述覆層呈現(xiàn)裂紋。
[0007] 對(duì)于在這些產(chǎn)權(quán)（Schutzrechten)中所描述的電線（Drillte.)，芯由碳鋼或合金 鋼形成。所提供的鋼芯設(shè)被計(jì)成高拉伸強(qiáng)度的，從而能夠可靠地經(jīng)受住甚至在加工區(qū)域中 的高機(jī)械應(yīng)力。實(shí)際中，盡可能高的電線的抗拉應(yīng)力會(huì)是有利的，因?yàn)楸容^張緊的電線在加 工工件時(shí)較少受干擾并且不太會(huì)從所需的位置偏離。由于該原因，所述電線的制造者嘗試 使鋼的拉伸強(qiáng)度最大化，由所述鋼來(lái)制造所提出的電極絲的芯。
[0008] 然而，所提出的電線存在以下缺點(diǎn)：常規(guī)的電火花電蝕機(jī)都配備有用于退繞、送料 和引導(dǎo)電線的機(jī)械裝置，該裝置配備有一系列的易斷裂的塑性滑輪和傳送帶。因?yàn)檫@些裝 置曾被設(shè)計(jì)用于由較軟的黃銅制成的電線，所以鋼電線的應(yīng)用導(dǎo)致了會(huì)帶來(lái)停機(jī)的過(guò)早磨 損并且之后導(dǎo)致了維護(hù)成本的增加。
[0009] 實(shí)際中，具有鋼芯的電極絲的直徑應(yīng)當(dāng)能夠隨要求而變。盡管較細(xì)的頭發(fā)絲尺寸 的電線具有足夠的柔韌性。然而，它們必須充溢高的拉伸強(qiáng)度（Bruchspannung)以避免在 工件的加工過(guò)程中斷裂。相較之下，較厚的電極絲對(duì)斷裂更具抗性。然而，其柔韌性和延展 性對(duì)于滿足退繞系統(tǒng)、自動(dòng)穿入系統(tǒng)、引導(dǎo)系統(tǒng)和電線切碎系統(tǒng)（Hacksysteme (英語(yǔ):wire chopping system))的要求來(lái)說(shuō)往往較差的。
[0010] 此外，鋼芯具有差的導(dǎo)電性。這會(huì)導(dǎo)致不希望的局部變熱，從而以這種方式被加熱 的電極絲可發(fā)生斷裂。
[0011] 已知的黃銅電極絲在其面向待加工的工件的表面具有有效的鋅含量。鋅的即時(shí)蒸 發(fā)和氧化阻止了工件的熔融金屬粒子沉積在電極絲背面的加工槽中。這種沉積會(huì)導(dǎo)致不希 望的電線斷裂并且會(huì)顯著地降低電極絲加工性能。因此，使用其覆蓋材料在加工期間立即 氧化的細(xì)線是更加有利的。在上下文中，黃銅中包含的銅是差的選擇，盡管其具有與其導(dǎo)電 性相關(guān)的優(yōu)勢(shì)。與鋅合金的鐵因其氧化性而曾被視為銅的良好替代物。然而，迄今為止所 提出的電極絲具有以過(guò)早磨損為特征的覆層，這阻礙了這些覆層的合金效果。
[0012] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題，提供引言所述類型的電極絲，其成本低廉且同時(shí)滿足 針對(duì)其的機(jī)械和電氣要求。
[0013] 本發(fā)明通過(guò)以下解決了這一技術(shù)問(wèn)題，即所述覆層具有鐵-鋅合金層，并且該 鐵-鋅合金層在其最薄處的厚度大于總直徑的5%且在其最厚處的厚度小于總直徑的 25%〇
[0014] 本發(fā)明提供了具有鋼芯的電極絲，所述鋼芯主要賦予電極絲用于電火花電蝕所要 求的機(jī)械性質(zhì)。電極絲主要通過(guò)含鐵-鋅合金層的覆層來(lái)提供為此同樣所要求的以充足的 導(dǎo)電性為形式的電學(xué)性能，為此所須的層厚為所述電極絲的總直徑的5% -25%。在本發(fā)明 上下文中所要求的鐵-鋅合金層的最小和最大厚度代表針對(duì)電極絲的總直徑范圍的最佳 折衷方案（Kompromiss)。以這種方式，可提供兩種上述性質(zhì)達(dá)到對(duì)于電火花電蝕來(lái)說(shuō)足夠 的程度。一方面，根據(jù)本發(fā)明的電極絲的導(dǎo)電性接近于黃銅電線的導(dǎo)電性。此外，也實(shí)現(xiàn)了 與市售的電火花電蝕機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)兼容的抗斷強(qiáng)度。厚度超出所要求范圍的鐵-鋅合金層的確 會(huì)為電極絲提供足夠大的導(dǎo)電性。然而，過(guò)于厚的鐵-鋅合金層會(huì)降低電極絲的抗斷強(qiáng)度， 從而導(dǎo)致電極絲在電火花電蝕期間斷裂。與此相對(duì)，過(guò)于薄的鐵-鋅合金層則意味著電極 絲所具有的導(dǎo)電性不足，因?yàn)殍b于導(dǎo)電相對(duì)較差的鋼芯，電流主要流經(jīng)鐵-鋅合金層。
[0015] 如果鐵-鋅合金層的厚度為電線直徑的約5%，那么就有必要設(shè)置電火花電蝕機(jī) 的加工參數(shù)，以使電線斷裂的風(fēng)險(xiǎn)降低。然而，這種參數(shù)上的改變可損害加工性能。
[0016] 另外，根據(jù)本發(fā)明的電極絲的鐵-鋅合金層確保了足夠體積的鐵和鋅被引入加工 區(qū)域，使得這些對(duì)于加工來(lái)說(shuō)絕對(duì)必須的金屬在使用期間不會(huì)被過(guò)快地消耗。
[0017] 術(shù)語(yǔ)層的"厚度"被理解為所述層在電極絲一側(cè)上的單一厚度。
[0018] 有利地，根據(jù)本發(fā)明的電極絲在覆層中形成了在電極絲的縱向方向上連續(xù)傳導(dǎo)的 電流通路。為了這一目的，將鐵-鋅合金層設(shè)計(jì)成連續(xù)導(dǎo)電的并且無(wú)中斷。通過(guò)這種連續(xù) 導(dǎo)電的設(shè)計(jì)保證了具有所須尺寸的鐵-鋅合金層在覆層中連續(xù)地形成具有低電阻的電流 通路。在本發(fā)明的上下文中，如何帶來(lái)所述層的電連續(xù)基本上是任意的。因此，在本發(fā)明的 上下文中，鐵-鋅合金層例如可以具有多個(gè)合金相，其在橫截面中形成圍繞鋼芯的同心環(huán)。 鐵-鋅合金層也可由以其中兩相為主的三相組成。
[0019] 然而，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，鐵-鋅合金層形成層元件的緊密堆積，其中 所述層元件彼此接觸。所述層元件之間的接觸是必要的，因?yàn)?，如若不然的話，在所述層?件之間沒(méi)有導(dǎo)電連接而且電流不能夠無(wú)阻礙地流經(jīng)鐵-鋅合金。換言之，鐵-鋅合金層保 證了電流密度于電極絲的運(yùn)行期間在覆層中沒(méi)有降為0。術(shù)語(yǔ)層元件應(yīng)包括任何形狀的合 金截面，即例如薄膜、薄片（Schuppen)、片晶、顆粒、簇（Klumpen)等。例如，可借助顯微鏡確 定層元件，其中顯微鏡分析任選地通過(guò)合適的化學(xué)處理來(lái)進(jìn)行。換言之，層元件形成了例如 由不同合金相組成的薄膜、薄片、片晶、顆粒、簇的致密組織。有利地，所述緊密堆積為氣密 的堆積。
[0020] 鐵-鋅合金層的連續(xù)的形成以及彼此接觸的層元件的氣密組裝（Verband)兩者改 善了對(duì)鋼芯的保護(hù)使其免受不希望的氧化過(guò)程。由于芯中的鐵是易于氧化的金屬，從而存 儲(chǔ)欠佳且保護(hù)不當(dāng)?shù)碾娋€會(huì)劣化并變得不可使用?？稍诰€圈的繞組上形成的氧化物會(huì)具有 多種不希望的影響。首先，電線的直徑不均勻地且不可控制地增加，從而導(dǎo)致電火花電蝕機(jī) 的退繞系統(tǒng)（Abspulsystem)的操作故障。此外，損害了加工的精確度，因?yàn)榫€圈會(huì)彼此粘 合，從而使電極絲從其纏繞的線圈上退繞受阻。另外，表面處被氧化的電線導(dǎo)致電蝕放電 (Erosionsentladungen)，其可損傷或甚至破壞將電流輸送至加工電線的裝置。
[0021] 因此，鋼芯的氧化保護(hù)是至關(guān)重要的并要求本發(fā)明所定義的鐵-鋅合金層的厚 度。與此相對(duì)，在現(xiàn)有技術(shù)中提出的局部撕裂的芯涂層會(huì)使芯向外暴露，從而可導(dǎo)致如上所 述的鐵銹形成。
[0022] 為了允許在電火花電蝕機(jī)中盡可能高效地使用電極絲，必須使電線的機(jī)械性質(zhì)和 各要求準(zhǔn)確地相匹配。對(duì)于全部應(yīng)用來(lái)說(shuō)并不是都能使用相同的電極絲。相反，有必要根 據(jù)各項(xiàng)要求有針對(duì)性地選擇電極絲的性質(zhì)。這適用于電極絲的尺寸和其冶金組成兩者，其 中應(yīng)使這些因素相互協(xié)調(diào)。對(duì)于總直徑大的電極絲，例如，有必要降低電極絲的剛度。與此 相對(duì)，對(duì)于總直徑小的電極絲，應(yīng)該增大抗斷強(qiáng)度。從這個(gè)意義上說(shuō)，可將總直徑劃分為兩 個(gè)范疇（類別，Kategorien)，其中在第一范疇中的電極絲具有大于0. 2mm的總直徑，而在第 二范疇中的電極絲具有小于或等于0. 2mm的總直徑。
[0023] 在本發(fā)明的進(jìn)一步變型中，總直徑同樣小于0. 20_，其中鐵在鐵-鋅合金層中的 含量至多為50重量％。這任選地適用于鐵-鋅合金層中鐵-鋅合金的全部相。在本發(fā)明 的上下文內(nèi)，鐵-鋅合金層除鐵和鋅之外還可具有雜質(zhì)或故意引入的附加材料。必須仔細(xì) 稱量這些后來(lái)的金屬的含量，以便于在加工期間任意設(shè)定所期望的效果。
[0024] 有利地，鐵-鋅合金層中的鋅含量向外（即，朝著鐵-鋅合金層背離鋼芯的一側(cè)的 方向）不斷增加。
[0025] 如果鐵-鋅合金層中的鋅含量大于或等于60重量％，則會(huì)帶來(lái)特別的優(yōu)勢(shì)。
[0026] 在總直徑小于0. 20mm的情形中，鋼芯的鋼包含0. 2-0. 6重量％的碳也是有利的。
[0027] 對(duì)于具有相應(yīng)尺寸的電極絲，鋼芯具有1000_3000N/mm2的抗斷強(qiáng)度是進(jìn)一步有利 的。
[0028] 如果總直徑大于或等于0. 20mm，那么鋼芯的鋼有利地包含至多0. 2重量％的碳。
[0029] 有利地，具有總直徑大于或等于0. 20mm的電極絲的抗拉強(qiáng)度（Zugfestigkeit)為 300-1100N/mm2〇
[0030] 有利地，這樣來(lái)設(shè)計(jì)鋼芯，使得它在張力（牽引力Zugkraft)的作用下在塑性區(qū) 域（plastischen Bereich)可塑地變形，并且在其塑性區(qū)域可延伸至少10%。如果使所述 電線經(jīng)歷更大的張力，則存在電極絲于其中可彈性變形的張力范圍。在彈性變形中，電極絲 的伸長(zhǎng)而總直徑減小。