用于放電切割物體的電極絲的制作方法
【專利說明】用于放電切割物體的電極絲
[0001] 本發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、由鋼制成的內部鋼芯和圍繞該鋼芯的外部覆層 Mantel)〇
[0002] 本發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黃銅進而被由β黃銅形成的 外層圍繞。
[0004] US 2004 089 636公開了具有鋼芯的電極絲，所述鋼芯被設計成細絲并且被由鋅 或鋅-錯合金形成的覆層（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。由于連續地拉伸電極絲會使所述鐵-鋅合金斷裂，從而所述覆層呈現裂紋。
[0007] 對于在這些產權（Schutzrechten)中所描述的電線（Drillte.)，芯由碳鋼或合金 鋼形成。所提供的鋼芯設被計成高拉伸強度的，從而能夠可靠地經受住甚至在加工區域中 的高機械應力。實際中，盡可能高的電線的抗拉應力會是有利的，因為比較張緊的電線在加 工工件時較少受干擾并且不太會從所需的位置偏離。由于該原因，所述電線的制造者嘗試 使鋼的拉伸強度最大化，由所述鋼來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：常規的電火花電蝕機都配備有用于退繞、送料 和引導電線的機械裝置，該裝置配備有一系列的易斷裂的塑性滑輪和傳送帶。因為這些裝 置曾被設計用于由較軟的黃銅制成的電線，所以鋼電線的應用導致了會帶來停機的過早磨 損并且之后導致了維護成本的增加。
[0009] 實際中，具有鋼芯的電極絲的直徑應當能夠隨要求而變。盡管較細的頭發絲尺寸 的電線具有足夠的柔韌性。然而，它們必須充溢高的拉伸強度（Bruchspannung)以避免在 工件的加工過程中斷裂。相較之下，較厚的電極絲對斷裂更具抗性。然而，其柔韌性和延展 性對于滿足退繞系統、自動穿入系統、引導系統和電線切碎系統（Hacksysteme (英語:wire chopping system))的要求來說往往較差的。
[0010] 此外，鋼芯具有差的導電性。這會導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。鋅的即時蒸 發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。這種沉積會導致不希 望的電線斷裂并且會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，盡管其具有與其導電 性相關的優勢。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] 本發明所解決的技術問題，提供引言所述類型的電極絲，其成本低廉且同時滿足 針對其的機械和電氣要求。
[0013] 本發明通過以下解決了這一技術問題，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 求的機械性質。電極絲主要通過含鐵-鋅合金層的覆層來提供為此同樣所要求的以充足的 導電性為形式的電學性能，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達到對于電火花電蝕來說足夠 的程度。一方面，根據本發明的電極絲的導電性接近于黃銅電線的導電性。此外，也實現了 與市售的電火花電蝕機的標準兼容的抗斷強度。厚度超出所要求范圍的鐵-鋅合金層的確 會為電極絲提供足夠大的導電性。然而，過于厚的鐵-鋅合金層會降低電極絲的抗斷強度， 從而導致電極絲在電火花電蝕期間斷裂。與此相對，過于薄的鐵-鋅合金層則意味著電極 絲所具有的導電性不足，因為鑒于導電相對較差的鋼芯，電流主要流經鐵-鋅合金層。
[0015] 如果鐵-鋅合金層的厚度為電線直徑的約5%，那么就有必要設置電火花電蝕機 的加工參數，以使電線斷裂的風險降低。然而，這種參數上的改變可損害加工性能。
[0016] 另外，根據本發明的電極絲的鐵-鋅合金層確保了足夠體積的鐵和鋅被引入加工 區域，使得這些對于加工來說絕對必須的金屬在使用期間不會被過快地消耗。
[0017] 術語層的"厚度"被理解為所述層在電極絲一側上的單一厚度。
[0018] 有利地，根據本發明的電極絲在覆層中形成了在電極絲的縱向方向上連續傳導的 電流通路。為了這一目的，將鐵-鋅合金層設計成連續導電的并且無中斷。通過這種連續 導電的設計保證了具有所須尺寸的鐵-鋅合金層在覆層中連續地形成具有低電阻的電流 通路。在本發明的上下文中，如何帶來所述層的電連續基本上是任意的。因此，在本發明的 上下文中，鐵-鋅合金層例如可以具有多個合金相，其在橫截面中形成圍繞鋼芯的同心環。 鐵-鋅合金層也可由以其中兩相為主的三相組成。
[0019] 然而，根據本發明的優選的實施方式，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，因為，如若不然的話，在所述層元 件之間沒有導電連接而且電流不能夠無阻礙地流經鐵-鋅合金。換言之，鐵-鋅合金層保 證了電流密度于電極絲的運行期間在覆層中沒有降為0。術語層元件應包括任何形狀的合 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合適的化學處理來進行。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 善了對鋼芯的保護使其免受不希望的氧化過程。由于芯中的鐵是易于氧化的金屬，從而存 儲欠佳且保護不當的電線會劣化并變得不可使用。可在線圈的繞組上形成的氧化物會具有 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，從而導致電火花電蝕機 的退繞系統（Abspulsystem)的操作故障。此外，損害了加工的精確度，因為線圈會彼此粘 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，鋼芯的氧化保護是至關重要的并要求本發明所定義的鐵-鋅合金層的厚 度。與此相對，在現有技術中提出的局部撕裂的芯涂層會使芯向外暴露，從而可導致如上所 述的鐵銹形成。
[0022] 為了允許在電火花電蝕機中盡可能高效地使用電極絲，必須使電線的機械性質和 各要求準確地相匹配。對于全部應用來說并不是都能使用相同的電極絲。相反，有必要根 據各項要求有針對性地選擇電極絲的性質。這適用于電極絲的尺寸和其冶金組成兩者，其 中應使這些因素相互協調。對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，對于總直徑小的電極絲，應該增大抗斷強度。從這個意義上說，可將總直徑劃分為兩 個范疇（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] 在本發明的進一步變型中，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。在本發明 的上下文內，鐵-鋅合金層除鐵和鋅之外還可具有雜質或故意引入的附加材料。必須仔細 稱量這些后來的金屬的含量，以便于在加工期間任意設定所期望的效果。
[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％，則會帶來特別的優勢。
[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] 對于具有相應尺寸的電極絲，鋼芯具有1000_3000N/mm2的抗斷強度是進一步有利 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的電極絲的抗拉強度（Zugfestigkeit)為 300-1100N/mm2〇
[0030] 有利地，這樣來設計鋼芯，使得它在張力（牽引力Zugkraft)的作用下在塑性區 域（plastischen Bereich)可塑地變形，并且在其塑性區域可延伸至少10%。如果使所述 電線經歷更大的張力，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 的伸長而總直徑減小。