[发明专利]一种高效低损耗电火花腐蚀加工用电极丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电火花腐蚀加工领域，尤其涉及一种高效低损耗电火花腐蚀加工用电极丝及其制备方法。

背景技术

电火花线切割加工(Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM，WC)又称线切割，是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型，从而完成工件的加工的方法。

电火花线切割加工的物理原理如下：被切割的工件作为工件电极，上述细金属丝(即电极丝)作为工具电极，为了在两个电极之间产生火花，其上所施加的电压必须高于GAP(电极丝和工件之间的间隙)击穿电压，而在此过程的开始阶段形成强电场，并在电极丝与工件最靠近的地方形成最高浓度的正、负离子。在强电场作用下，电子和正离子被加速达到很高的速度，很快形成一个导电的电离通道，此时两电极(电极丝和工件)之间通过电流而产生火花，引起了粒子间无数次的碰撞，形成等离子区，同时，由于“电极”和工作液的汽化而形成了气泡，并且其压力上升到很高的值，因而已形成的等离子区，很快就达到了8000℃～12000℃的极高温。在碰撞数持续增长作用下形成的高温，可在两导体表面瞬时局部熔化一定量的材料。当电流被切断时，温度的突然下降引起了气泡的爆炸，产生的动力把熔化的材料从放电坑中抛出，被蚀除下来的材料随后在工作液中重新凝结成小球体，构成了污染物，由工作液排走。加工过程中，电极和工件上的蚀除量是不相等的，这主要取决于电极的极性，材料的热传导性、熔点，放电的持续时间和强度，以及走丝速度等，其中在电极丝上发生的蚀除称为损耗，而在工件上发生的蚀除则称为材料去除量。

电火花线切割加工过程中，人们希望电极丝上发生的损耗越少越好，这是因为电极丝是运动着的长金属丝，在相同的切割面积下，单位长度电极丝损耗越少，则能耗越低，可回收利用的电极丝越多，同时对工作液环境的污染程度越小，从而实现清洁、环保的低损耗线切割。目前，人们常常利用极性效应来减少电极损耗(精加工时工具电极接负极，粗加工时反之)，如申请号为201010102045.1(申请公布号为CN 101829822 A)的中国发明专利《一种通过与极间串联二极管以减少微细电火花加工工具电极损耗的方法》，该发明中在距离工具电极或工件最近的地方接入高速开关二极管或超快恢复二极管，二极管正向偏置，二极管、极间和脉冲电源三者形成一个串联回路，能显著减少微细电火花加工中工具电极的损耗。然而，目前对电极丝本身进行改进以减少其在电火花腐蚀加工中损耗还未见报道，本发明从电极丝本身出发，该电极丝通过其上的电极点实现快速放电切割，腐蚀金属，并通过设置在电极点周围和/或靠近电极丝心部内侧的通道改善气泡爆炸力冲出方向，使得被蚀除下来的材料从放电坑两侧迅速抛出，防止与电极丝心部接触，产生二次放电，起到保护电极丝作用，从而减少电极丝损耗。

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切割效率高、损耗小且精度高的高效低损耗电火花腐蚀加工用电极丝。

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电极丝的制备方法。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种高效低损耗电火花腐蚀加工用电极丝，包括芯材和壳层，所述芯材的材质为Cu或铜合金，所述壳层的材质为Zn或锌合金，其特征在于，所述壳层包括包覆于芯材表面的壳层基底、电极点以及包覆于壳层基底表面的保护层，所述电极点为嵌设于壳层基底的电极微粒，该电极微粒由大量铜锌合金电子化合物聚集而成，同时所述壳层基底于电极点周围和/或壳层基底中心处分布由内向外延伸的通道，该通道呈微孔状且100nm≤孔径≤1000nm。

作为优选，所述壳层中各成分的质量百分数组成为：Zn 42.5～52.5％，余量为Cu，其他为由原材料带入的不可避免的杂质，且不可避免杂质的含量之和≤0.3％，该锌含量设置可使切割放电时的气化性能得到加强，有助于提高切割工件的表面光洁度。

本发明中的壳层的厚度为10～50μm，同时还具有良好的导电率且导电率为22～25％IACS，壳层的壳层基底相对韧性良好，能避免了电极丝在切割放电过程中由于韧性不足而造成的断线，另外该壳层基底具有良好的导电性能，能更加有效地传输放电能量，提高切割效率。