電火花線切割鉬絲質(zhì)量特性研究

李世偉，黃立峰，孟慶樂

（金堆城鉬業(yè)光明(山東)股份有限公司，山東淄博 255300）

電火花線切割加工是利用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬絲作為電極，對工件進(jìn)行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成形。往復(fù)走絲電火花線切割的應(yīng)用廣泛，由于鉬絲具有良好的耐高溫性能和強(qiáng)度，故被用作加工電極絲，俗稱線切割鉬絲。在使用過程中，鉬絲最大的質(zhì)量問題就是斷絲，使加工中斷，重新繞絲和穿絲會(huì)影響生產(chǎn)效率，使加工精度變差，甚至?xí)斐蓮U品[1]。發(fā)生斷絲的因素主要有鉬絲特性、運(yùn)絲系統(tǒng)、冷卻液系統(tǒng)、脈沖電源、工件材質(zhì)等，本文重點(diǎn)研究鉬絲質(zhì)量特性對電火花線切割加工的影響。

1 線切割鉬絲生產(chǎn)流程

目前，國內(nèi)線切割鉬絲的生產(chǎn)工藝流程主要有兩種：一種是直徑17 mm鉬條的“旋鍛+拉絲”加工，中間需焊接以提高單重，其加工流程為：鉬條→旋鍛→焊接→旋鍛→粗拉絲→退火→細(xì)拉絲；另一種是大單重鉬棒的“軋制+拉絲”加工[2]，單根重量25 kg或50 kg，不需焊接，生產(chǎn)效率高，其加工流程為：鉬棒→軋制→粗拉絲→退火→細(xì)拉絲。

這兩種加工方式同屬壓力加工范疇，都能獲得表面光滑、組織致密、機(jī)械性能和高溫性能良好的各種規(guī)格鉬絲[3]，常用直徑范圍為0.10～0.25 mm，最主要的規(guī)格是0.18 mm。

2 線切割鉬絲的質(zhì)量特性分析和對比試驗(yàn)

2.1 鉬絲主要質(zhì)量特性

國家標(biāo)準(zhǔn)《鉬絲》（GB/T 4182—2003）對線切割鉬絲的技術(shù)要求并不明確，線切割鉬絲的生產(chǎn)廠家根據(jù)各自多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要質(zhì)量特性包括：材質(zhì)成分、直徑偏差、抗拉強(qiáng)度、直線性、表面質(zhì)量等[4]。

（1）鉬絲的材質(zhì)主要有純鉬和鑭鉬合金兩大類，純鉬絲要求鉬含量不低于99.95%，鑭鉬合金的鑭含量一般在1.0%以下。

（2）直徑偏差是保證切割工件尺寸精度的前提，一般要求在直徑的±1.5%范圍內(nèi)，如直徑0.18±0.002 mm。

（3）抗拉強(qiáng)度是鉬絲在拉伸斷裂前所能承受的最大拉應(yīng)力，它與鉬絲的材質(zhì)成分、加工方式等有關(guān)。線切割鉬絲的抗拉強(qiáng)度一般要求在2000 N/mm2以上，同種規(guī)格相比，合金鉬絲的抗拉強(qiáng)度比純鉬絲高。

（4）直線性常用絲環(huán)直徑來代替，絲環(huán)直徑應(yīng)大于鉬絲線盤的尺寸，一般在80 mm以上。

（5）表面質(zhì)量要求光滑均勻，呈黑亮色，無裂紋、劃痕、毛刺、凹坑及嚴(yán)重的氧化現(xiàn)象。

2.2 對線切割加工的影響分析

往復(fù)走絲電火花線切割的工作原理是通過連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬絲作為電極，對工件進(jìn)行脈沖火花放電，電火花產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫使金屬工件局部熔化、氧化而被腐蝕掉，從而實(shí)現(xiàn)對工件的切割。加工時(shí)，除了線切割機(jī)床電氣參數(shù)、冷卻工作液、工件材質(zhì)等因素外，鉬絲的質(zhì)量特性尤其是抗拉強(qiáng)度和直線性，是影響線切割斷絲的主要因素，合理控制這些質(zhì)量特性，對減少線切割斷絲、提高鉬絲工作壽命有很大幫助。

2.2.1 鉬絲抗拉強(qiáng)度的影響

鉬絲的抗拉強(qiáng)度對線切割斷絲的影響最直接。當(dāng)進(jìn)行切割加工時(shí)的鉬絲承載電流量達(dá)到150 A/mm2時(shí)，其抗拉強(qiáng)度將被降低到原來強(qiáng)度的1/4～1/3。若鉬絲本身抗拉強(qiáng)度較低，小于上絲時(shí)的張緊力（一般為12～15 N），鉬絲就會(huì)被拉長，最終造成斷絲。

使用相同的線切割機(jī)床和工作參數(shù)（機(jī)床型號(hào)DK7740，鉬絲直徑0.18 mm，切割工件材質(zhì)Cr12Mo，工件厚度150 mm），取樣不同抗拉強(qiáng)度的鉬絲進(jìn)行線切割加工試驗(yàn)，對比數(shù)據(jù)見表1。

當(dāng)鉬絲抗拉強(qiáng)度超過2200 N/mm2時(shí)，鉬絲使用壽命超過100 h，而強(qiáng)度低的鉬絲壽命僅有50 h左右，差距十分明顯。在鉬絲生產(chǎn)過程中，可通過調(diào)整退火工藝、加工溫度、拉絲速度來控制抗拉強(qiáng)度。此外，提高鉬絲抗拉強(qiáng)度的方式還有摻雜合金元素強(qiáng)化和冷加工強(qiáng)化，都能使鉬絲強(qiáng)度提高20%以上。

表1 不同抗拉強(qiáng)度的鉬絲進(jìn)行線切割試驗(yàn)對比

2.2.2 鉬絲直線性的影響

鉬絲直線性是指放開絲后的絲環(huán)直徑大小，它會(huì)影響線切割機(jī)床貯絲筒的上絲質(zhì)量。良好的直線性可保證運(yùn)絲系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)和電火花放電間隙的穩(wěn)定，不會(huì)造成因鉬絲與工件的意外短路而導(dǎo)致的異常斷絲。使用相同的線切割機(jī)床和工作參數(shù)（機(jī)床型號(hào)DK7740，鉬絲直徑0.18 mm，切割工件材質(zhì)Cr12Mo，工件厚度150 mm），取樣不同直線性的鉬絲進(jìn)行線切割加工試驗(yàn)，對比數(shù)據(jù)見表2。

可看出，直線性大于100 mm的鉬絲，其使用壽命超過100 h，且直線性越好的鉬絲使用壽命越長。在鉬絲生產(chǎn)過程中，影響直線性的因素較多，包括加工溫度、變形量的均勻性、拉絲模質(zhì)量、拉絲“三點(diǎn)一線”平穩(wěn)性等。

2.2.3 其他鉬絲質(zhì)量特性的影響

鉬絲的材質(zhì)、直徑偏差和表面質(zhì)量等特性，也間接影響電火花線切割的加工質(zhì)量。鉬絲材質(zhì)的不同會(huì)使抗拉強(qiáng)度、高溫性能發(fā)生變化，純鉬絲由于抗拉強(qiáng)度低、高溫性能較差，在電火花線切割領(lǐng)域已逐步被鉬合金絲代替。鉬絲直徑偏差是保證線切割工件尺寸精度的前提，直徑偏差較大的鉬絲只能用于簡單的工件切割，直徑偏差小的高精密鉬絲可應(yīng)用于模具加工。鉬絲表面質(zhì)量的好壞，影響線切割放電的穩(wěn)定性，還會(huì)影響鉬絲本身的耐磨損、耐腐蝕性。

表2 不同直線性的鉬絲進(jìn)行線切割試驗(yàn)對比

鉬絲材質(zhì)的不同在于粉末冶金原料的制取，主要通過對鉬粉摻雜和燒結(jié)工藝控制來獲得。鉬絲直徑偏差和表面質(zhì)量與拉絲模具有直接關(guān)系，必須保證所用拉絲模的孔徑偏差、壓縮角、光潔度等參數(shù)良好，此外還與加工溫度、拉絲潤滑條件有關(guān)。

3 結(jié)論和建議

通過以上分析和對比試驗(yàn)，對于線切割鉬絲本身而言，為保證電火花線切割工作正常、電極絲使用壽命良好，其質(zhì)量特性需滿足以下要求：

（1）直徑0.18 mm的鉬絲，其抗拉強(qiáng)度需＞2200 N/mm2。

（2）放開后的絲環(huán)直徑即鉬絲的直線性需＞100 mm，最好為大波浪的直絲。

（3）鉬絲材質(zhì)為鑭鉬合金，直徑偏差控制在±1%以內(nèi)，表面光滑，無裂紋、溝槽等缺陷。

對于線切割鉬絲的生產(chǎn)工藝控制，建議重點(diǎn)加強(qiáng)加工溫度管理、拉絲模使用管理、拉絲“三點(diǎn)一線”操作等，保證鉬絲具有良好的抗拉強(qiáng)度、直線性、直徑偏差和表面質(zhì)量。

[1] 王冬生，李哲，胡桂珍.快走絲數(shù)控線切割加工中的斷絲分析和預(yù)防措施[J].模具工業(yè)，2007，37（12）：66-69.

[2] 薛康營.軋制鉬桿在旋鍛-拉伸工藝中的應(yīng)用研究[J].中國鉬業(yè)，2001，25（4）：66-67.

[3] 白淑文，張勝華.鎢鉬絲加工原理[M].北京：輕工業(yè)出版社，1983.

[4] 詹志洪.鉬絲質(zhì)量的影響因素分析及工藝改進(jìn)措施[J].中國鉬業(yè)，2006，30（2）：28-31.