低硼氧单向走丝用切割线及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种低硼（硼：〇· 001-0. 〇3wt% )氧单向走丝用切割线（电火花放电 加工（electro discharge machining)用切割线）及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 单向走丝电火花放电加工法是近年来迅速发展起来的一种精密机械加工方法。电 火花加工技术最早是由前苏联学者拉扎连科夫妇1943年研究发明的，之后，随着脉冲电 源和控制系统的改进而迅速发展起来。电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放 电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称 EDM(Electrical Discharge Machining)〇
[0003] 按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方式分为 五类：电火花线切割加工；电火花成形加工；电火花磨削；电火花共轭回转加工；小孔加工、 刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。而电火花线切割加工根据走丝速度的不 同，可分为：快走丝电火花加工、中走丝电火花加工、单向走丝电火花加工，本发明主要阐述 的是最后一种电火花线切割加工。
[0004] 慢走丝电火花加工（国内叫单向走丝电火花加工）的发展，离不开切割线技术的 同步发展，现在国际上所流行的单向走丝机床的设计理念是根据切割线的工作特性来设计 的，而切割线技术的突破往往会带动线切割机设计的革新。从最初使用的无氧铜丝切割到 现在的切割线进行切割，单向走丝切割的发展经历了从低效率、低质量到高效率、高质量、 自动化、专业化生产的一个漫长的历程。我国的线切割技术发展是在逐步引进吸收国外先 进技术的基础上发展起来的，从最早的快走丝、中走丝加工到现在已经逐渐在普遍使用的 单向走丝电火花加工，经历了一个从低到高的发展历程。如前所述，切割线技术的发展决定 了切割技术的发展方向，如何研究开发切割线，这里首先要理解电火花加工的原理。
[0005] 电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有 一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水，单向走丝线切割加工常用去离 子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很 小的放电间隙（〇. 01~〇. 〇5mm)。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点 的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集 中（10~107W/mm)，放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个个 电腐蚀小凹坑。在第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极 间最近点击穿放电，如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的行 走的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工形状。与此同时，总能量的一小部分也释 放到工具电极上，从而造成工具损耗。而损耗的工具电极不断地排出，新的没有损耗的工具 电极持续不断的供给，使切割用的工具电极的形状始终存在一个动态的平衡，从而保证工 件的尺寸精度和表面光洁度。
[0006] 随着材料加工技术及机械加工技术的不断进步，切割线经历了从普通黄铜切割线 到镀层切割线的使用转换，甚至现在正在研究的多层复合切割线，这些镀层切割线的研究 无不依据放电加工的原理应运而生，不同组织的涂层及涂层结构，适合于切割不同类型的 料件。
[0007] 对于机械加工而言，追求精度是当前面临的一个主要课题，对于生产管理者来讲， 考虑的是如何提高效率，而对于单向走丝放电加工方法来讲，提高速度的同时可能会降低 加工的精度，而提高加工精度的同时，必然会降低加工效率，因此，本发明所述的切割线即 是在不影响加工精度的同时，适合于切割尺寸形状不规则或者中间镂空的料件，切割出来 的料件表面光洁度高，尺寸精度、形位公差不低于其它类型的单向走丝用切割线，并且切割 速度得到提高。
[0008] 下面阐述一下国内外所使用切割线的具体技术状况：
[0009] -、普通黄铜切割线：这种切割线是铜锌二元合金，因为受到黄铜中锌含量的限 制，它的切割速度受到了制约，而随着黄铜中锌含量增多，其切割速度也会有小的提升， 但它的提升速度是有限的，因为锌的含量越高材料的加工难度会约大。这种切割线一般被 现在的国内普通用户所使用，但如果采用这种切割线去切割尺寸形状不规则或者中间镂空 的料件，其加工精度、表面质量会受到限制，而还经常断线，增加工人操作的难度。
[0010] 二、镀锌切割线：芯材为普通黄铜，外面镀一层锌，由于锌在切割过程中的气化作 用，这种切割线的放电会比较稳定，切割表面会比普通黄铜丝光滑。国际上比较成熟的制造 国家主要分布在欧洲，目前国内也有个别厂家能够生产，但是这种切割线在使用过程中常 见的问题是掉粉问题，国内外生产厂家同样面临。因为掉粉的原因，会延长切割时的辅助工 序时间，降低了加工效率，同时这种电极丝在切割尺寸形状不规则或者中间镂空的料件时， 掉锌粉的情况更甚。
[0011] 三、速度型镀层切割线：芯材为普通黄铜，镀层为铜锌合金，厚度比普通镀锌切割 线的镀层要厚一些。这种镀层切割线的速度比普通镀锌切割线的切割速度要快一些，适合 于高效率的加工，因为这种切割线芯材为普通黄铜，抗拉强度会比较低，切割时形位公差不 容易保证。
[0012] 四、β型切割线：研究发现，表面有均匀小坑洞（裂纹）的切割线会改善切割线的 放电效果，应运而生，就产生了这种表面多孔结构的切割线。扩散退火型切割线芯材为无氧 铜或者黄铜合金，并通过扩散退火在外层包一层铜锌合金，其中铜和锌的比例接近为1 :1， 由于芯材为无氧铜或者黄铜合金，表层是采用扩散退火形成的多孔结构，其切割线材料表 层的组织为β相，因此这种切割线通常叫法为β型切割线，众所周知，常温下，β相的锌 含量小于50%。这种切割线的表层金属为β相组织，β相是脆性相，因此这种切割切割线 的韧性较差，在切割尺寸形状不规则或者中间镂空的料件时，常常切不动或者断线。
[0013] 五、Y型切割线：研究发现，表层组织为Y相的切割线，表面切割精度会较高，因 为Y相的锌含量在60%左右，这种切割线通常叫法为Y型切割线，这种结构在切割线锌含 量比较多，电火花放电时间隔会比较小，微观上，电腐蚀的坑洞会较小，反应到宏观上，这种 丝的切割光洁度会比较高。另一方面，因为Y相中锌含量比较高，而锌的电腐蚀速度会比 较快，锌会在切割过程中迅速的消耗，同样，这种切割线在切割尺寸形状不规则或者中间镂 空的料件时，常常切不动或者断线。
[0014] 六、复合相型切割线：这种切割线表面同时含有β相和Y相，因此又叫复合相型 切割线，这种切割线结合β型切割线和Y型切割线切割线的优点，使切割速度和切割精度 同时得到提高，这种切割线现在在国际上只有少数几个工业发达国家能够生产，因为要同 时生产β相和Y相的混合物，因此其制造成本会比较高，现在这种切割线因为使用成本的 原因，几乎没有厂家使用。
【发明内容】
[0015] 本发明针对现有技术的上述不足，提供一种制造成本低，适合于切割尺寸形状不 规则或者中间镂空的料件的切割，并且切割效率和切割精度高的低硼氧单向走丝用切割 线。
[0016] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种低硼氧单向走丝用切 割线，包括芯材和覆盖在芯材外的表层金属层，芯材的合金组成为：铜：55-65wt%，硼： 0. 001-0. 03wt %，其它元素的含量为0.05-1. Owt %，其它元素为钛、铁、硅、镍、锰、铝、 锡、磷、稀土中的至少两种（上述的其它元素，彼此以任意比例添加，只要保证总含量 在0.05-1. Owt %范围即可），不可避免的杂质元素含量小于0.5wt %，其余为锌；所述 的表层金属层的合金组成为：铜：35. 0-45. Owt%，氧：0.001-3. Owt%，其它元素含量为 0.0005-0. 5wt%，其它元素为钛、铁、硅、镍、锰、铝、锡、磷、稀土中的至少两种，不可避免