一种微细电火花加工用电极丝、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种微细电火花加工用电极丝，包括芯材和包覆在芯材外的表层，所述芯材的材质为黄铜，所述表层包含包覆于芯材外表面的内层和包覆于内层外表面的外层，所述外层为非晶态层。通过短程有序、长程无序的非晶态层，该电极丝不仅可以提高加工精度，还可以消除应力、减少变形，使得加工表面无灼伤，光滑且无微裂纹，达到提高微细工具电极的在线加工精度和表面质量。本发明专利技术还提供上述微细电火花加工用电极丝的制备方法及应用，能够解决现有技术中微细电火花加工精度不够的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种微细电火花加工用电极丝、制备方法及应用
本专利技术属于机械制造领域，尤其涉及一种微细电火花加工用电极丝、制备方法及应用。
技术介绍
随着产品日益向小型化和精密化的发展趋势，微细电火花加工技术作为非接触式精微制造方法之一，以其超精细和高精度的加工特点倍受学术界和工业界关注，目前已经成为微机械制造领域的重要组成部分，在制造业中存在广泛的应用。微细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，又称微细放电加工或微细电蚀加工，主要用于加工具有复杂形状的微型孔和型腔的模具和零件，例如航空发动机叶片上的气膜孔加工、发动机喷油嘴打孔、化纤喷丝板孔加工、钟表的齿轮或装饰等精密零件孔加工、医疗器械上仪器内零件孔加工、微细模具加工等等。影响微细电火花加工的因素很多，如高频电源、工具电极、装配精度、控制系统、工艺设计以及工作介质等，这些因素都会对微小孔和微细型腔的加工精度和表面质量产生直接的影响。其中，工具电极是实现微细电火花超精细和高精度加工的制约性关键。因为要加工出尺寸很小的微小孔和微细型腔，必须先获得比其更小的高精度的工具电极。对微细电火花在线制作工具电极进行研究，使其最大限度的满足微细电火花加工的高精度需求，是实现加工微小孔和微细件的专用微细电火花加工的超精细和高精度加工技术的关键。电火花线电极磨削加工(WEDG)是一种在微细电火花加工中在线制作工具电极的方法，它依靠铜/黄铜电极丝与工具电极之间的点放电不断蚀除工具电极的多余部分，加工出各种微细和异形工具电极。然而，由于传统电极丝的电容效应造成的高能量释放、不均匀的电火花分布和不连续的电火花腐蚀、放电爆炸力的干扰以及排屑不畅等的影响，会使电极丝与工具电极的间隙发生变化，进而影响到工具电极的表面质量，光洁度差以及存在很多微裂纹，并且严重降低了微细电火花工具电极的加工精度。因此，虽然WEDG方法可以加工出微米级的工具电极，但是对于给定设计尺寸的工具电极，在相同的加工电参数、相同的工作液、相同的机床以及电极材料下重复试验，所得到的工具电极精度仍然无法满足需求，特别是电极定位精度和形状精度(这里指真圆度)存在很大的偏差范围内波动，有待进一步提升。
技术实现思路
本专利技术提供一种微细电火花加工用电极丝，有利于提高在线加工精度和表面质量。本专利技术还提供上述微细电火花加工用电极丝的制备方法，能够制备外层为非晶态的电极丝，且适用于高精度微细电火花加工。本专利技术还提供了上述微细电火花加工用电极丝的应用，能够提高微细电火花加工精度。本专利技术的技术解决方案之一如下：一种微细电火花加工用电极丝，包括芯材和包覆在芯材外的表层，所述芯材的材质为黄铜，其特征在于：所述表层包含包覆于芯材外表面的内层和包覆于内层外表面的外层，所述外层为非晶态层。本专利技术所述的非晶态是指结构呈无定形或者玻璃态，微观结构短程有序、长程无序。非晶态层的原子呈无规则排列，远程无序，电阻率高，并且具有很高的抗电容效应，大大减少了电极丝由于电容效应造成的高能量释放，使得放电过程形成均匀的电火花分布；非晶态层的组织结构呈短程有序的无定形或玻璃态结构，结构中有大量的微细空间，密度比较低，其熔点也更高，几乎不会造成高温烧蚀现象；由于是无定形或玻璃态结构，其组织不具连续性，质地偏硬呈脆性，因此该电极丝热膨胀系数比较大，且承受高峰值电流的能力较强，从而防止电极丝放电过程的本身烧断或变形，减轻工具电极表面热蚀以及凹凸不平现象。进而，该结构的电极丝可以提高在线加工精度和表面质量。进一步的，上述内层外表面呈弛豫和/或重构表面结构。这里弛豫或重构表面结构是指内层外表面原子的纵向和横向排列与其内部相比发生了变化。纵向上，铜、锌、铁、硫和硅等原子相对于原来的位置发生了位移，即发生了表面弛豫，弛豫的结果使得微量元素原子位于表面的最外区域；横向上，这些原子间距不规则，表面发生了重构，重构的结果使得两个或更多原子靠近，形成原子聚集体。因此内层外表面原子排布变得非常不规则，晶胞体积膨胀，表面发生弛豫，晶体结构发生重构。这种结构可以降低体系的能量，非常有利于能吸附外来原子或分子形成外层为非晶态层。同时，根据表面张力理论，气泡就会从弛豫或重构表面结构逸出，大大减少瞬间爆炸力对电极丝与微细电极间隙的直接干扰，有利于提高微细电火花加工精度。进一步的，所述非晶态层由以下化学元素组成：49.5～90wt％Zn、1.5～42wt％Cu、0.158～6.6％X，余量为O；其中X至少包括三种不同的元素X1、X2、X3，X1为Fe、Al或Ca，X2为Si、C、S或B，X3为Fe、Al、Ca、Si、C、S或B中不同于X1、X2的任意一种，所述非晶态层还可能存在不可避免的、含量之和≤0.3wt％的杂质。非晶态层的混合组织降低电极丝本身的放电损耗，可以实现连续稳定的微细电火花腐蚀，保证电极丝与微细工具电极的间隙恒定，从而提高了微细工具电极的表面质量，光洁度高且无微裂纹产生。且表层金属主元素为锌，锌的气化效果很好，有助于提升放电效率，可以提升加工速度，节省加工时间。进一步的，上述内层为β或β’相铜锌合金，导电性能良好，有利于微细电火花点放电腐蚀工具电极。进一步的，上述非晶态层完全或未完全覆盖在内层外表面。进一步的，上述非晶态层的厚度为1～10μm，所述内层的厚度为5～50μm。该技术方案的有益效果如下：该特殊结构的非静态层具有电阻率高、熔点高、膨胀系数小和抗电容效应高的特点，使得整体电极丝具有更好的导电率、抗拉强度和产品塑韧性，不仅可以提高加工精度，还可以消除应力、减少变形，使得加工表面无灼伤，光滑且无微裂纹，达到提升加工品质目的(如表面粗糙度可达Ra0.05μm)。本专利技术的另一技术方案如下：一种微细电火花加工用电极丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备芯材：形成直径为0.5～1.5mm的黄铜母线；(2)电镀：将步骤(1)得到的母线进行除油－酸洗－水洗－电镀处理，在母线上形成厚度为0.5～50um的锌镀层，制得第一线坯；(3)合金化：对步骤(2)制得的第一线坯在50～550℃进行合金化处理，形成由黄铜芯材、内层和初始外层构成的第二线坯；(4)粉末冶金：对步骤(3)制得的第二线坯通过粉末冶金覆层处理，处理温度为300-1000℃，处理过程中温度波动在20℃以内，然后冷却至100℃及以下出炉，形成由黄铜芯材、内层和非晶态外层形成的第三线坯；(5)拉伸至成品：对步骤(4)制得的第三线坯进行多模连续拉伸及在线去应力退火加工，制得直径为0.05～0.25mm的电极丝成品。进一步的，步骤(2)的电镀镀液化学成分包含：浓度总和为0.1～400g/L的碳、氮、氧、氢，浓度总和为0.5～600g/L的硼、硫、氯，浓度为1.2～1000g/L的铝，浓度为100-1500g/L的锌；所述步骤(2)的电镀速度为10-500m/min，电流为1200～2500A，电压120～220V。进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微细电火花加工用电极丝，包括芯材和包覆在芯材外的表层，所述芯材的材质为黄铜，其特征在于：所述表层包含包覆于芯材外表面的内层和包覆于内层外表面的外层，所述外层为非晶态层。/n

【技术特征摘要】
1.一种微细电火花加工用电极丝，包括芯材和包覆在芯材外的表层，所述芯材的材质为黄铜，其特征在于：所述表层包含包覆于芯材外表面的内层和包覆于内层外表面的外层，所述外层为非晶态层。


2.根据权利要求1所述的微细电火花加工用电极丝，其特征在于，所述内层外表面呈弛豫和/或重构表面结构。


3.根据权利要求1所述的微细电火花加工用电极丝，其特征在于，所述非晶态层由以下化学元素组成：49.5～90wt％Zn、1.5～42wt％Cu、0.158～6.6％X，余量为O；其中X至少包括三种不同的元素X1、X2、X3，X1为Fe、Al或Ca，X2为Si、C、S或B，X3为Fe、Al、Ca、Si、C、S或B中不同于X1、X2的任意一种。


4.根据权利要求1所述的微细电火花加工用电极丝，其特征在于，所述内层为β或β’相铜锌合金。


5.根据权利要求1所述的微细电火花加工用电极丝，其特征在于，所述非晶态层完全或未完全覆盖在内层外表面。


6.根据权利要求1所述的微细电火花加工用电极丝，其特征在于，所述非晶态层的厚度为1～10μm，所述内层的厚度为5～50μm。


7.一种微细电火花加工用电极丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备芯材：形成直径为0.5～1.5mm的黄铜母线；
(2)电镀：将步骤(1)得到的母线进行除油-酸洗-水洗一电镀处理，在母线上形成厚度为0.5～50um的锌镀层，制得第一线坯；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁志宁，万林辉，林火根，吴桐，顾洪方，陈益波，
申请(专利权)人：宁波博德高科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33