電火花加工作為一種特種精密加工技術(shù)，近年來得到了迅速的發(fā)展。特別是慢走絲線切割加工，已經(jīng)成為模具制造和金屬加工行業(yè)必不可少的加工手段。線切割技術(shù)的發(fā)展，離不開電極絲技術(shù)的同步發(fā)展。因?yàn)榫€切割機(jī)的切割效率和切割質(zhì)量與電極絲的性能緊密相關(guān)，而電極絲技術(shù)的突破往往會(huì)導(dǎo)致線切割機(jī)設(shè)計(jì)的革新。從1979年鍍鋅電極絲的發(fā)明到今天，市場上不斷出現(xiàn)了各種各樣比普通黃銅絲性能更好的電極絲，電極絲的正確選用已經(jīng)成為使線切割機(jī)的性能得到最大限度的發(fā)揮并為用戶創(chuàng)造更多利潤的關(guān)鍵。


  現(xiàn)在，在歐美和日本等發(fā)達(dá)國家，以鍍鋅電極絲為主的高性能電極絲正在逐漸取代放電性能受到很大局限的黃銅絲。同時(shí)，除了早已將鍍鋅電極絲作為標(biāo)準(zhǔn)配置的線切割機(jī)制造商Agie和Charmilles外，現(xiàn)在Mitsubishi和Sodick公司也在最新的機(jī)型上增加了采用鍍鋅絲的模式和加工參數(shù)，使這些設(shè)備的切割速度較之采用黃銅絲有30%~50%的顯著提升。


  但是在國內(nèi)，前幾年由于歐洲進(jìn)口的鍍鋅電極絲價(jià)格較高，不僅幾乎所有的日本、臺(tái)灣和國產(chǎn)慢走絲機(jī)的用戶都只用黃銅絲，一些本來使用鍍鋅電極絲的Agie機(jī)和Charmilles機(jī)用戶，也改用了"便宜"的黃銅絲，造成了相當(dāng)多的用戶以為"電極絲就是黃銅絲"這一行業(yè)內(nèi)的誤區(qū)。有不少國內(nèi)的用戶在引進(jìn)最新高性能的線切割機(jī)的同時(shí)，忽視了電極絲的重要性，以為它只不過是一種普通的消耗品。不管什么機(jī)型或加工要求，黃銅絲都以其低廉的價(jià)格似乎成了唯一的選擇。


  從2002年起，來自韓國的性價(jià)比較好的鍍鋅電極絲在廣東地區(qū)為不少用戶所采用，取得了明顯的效益，至2003年行業(yè)內(nèi)越來越多的用戶開始關(guān)注鍍鋅電極絲的應(yīng)用，"不同的加工，采用不同的電極絲"這一概念開始為精明的線切割用戶所接受。實(shí)際上現(xiàn)在的線切割加工有著比過去更多的變化，從加工材料、切割速度、輪廓精度、表面質(zhì)量到工廠的運(yùn)行模式等等。對(duì)于這些相互起作用的變數(shù)來說，只有選擇合適的電極絲才能使工廠對(duì)加工效率、加工成本和加工質(zhì)量整體進(jìn)行優(yōu)化。


  一、電極絲的性能
  高性能的電極絲必須是各種有用特性的有機(jī)組合，那么電極絲有哪些有用的特性呢？
  1、電氣特性
  現(xiàn)代線切割電源對(duì)電極絲提出了嚴(yán)格的要求。它要能承受峰值超過700安培或平均值超過45安培的大切割電流，而且能量的傳輸必須非常有效，才能提供為達(dá)到高表面光潔度（0.2Ra以上）所需的高頻脈沖電流。這取決于電極絲的電阻或電導(dǎo)率。紫銅是電導(dǎo)率最高的材料之一，它被用來作為衡量其他材料的基準(zhǔn)。紫銅的電導(dǎo)率標(biāo)為100%IACS（國際退火紫銅標(biāo)準(zhǔn)），而黃銅的電導(dǎo)率為20%。
  2、機(jī)械特性
  拉伸強(qiáng)度：
  拉伸強(qiáng)度是衡量材料在受到徑向負(fù)荷時(shí)抵抗斷裂的能力。它是用單位截面積所能承受的重量來標(biāo)度的，如英制的PSI（磅/平方英寸）或公制的N/mm2(牛頓/平方毫米)。紫銅屬于拉伸強(qiáng)度最低的材料（245N/mm2），而鉬則最高（1930N/mm2）。電極絲的拉伸強(qiáng)度取決于材料的選擇以及各種熱處理和拉伸處理工藝。電極絲有時(shí)被分為"軟絲"和"硬絲"，對(duì)于不同的設(shè)備和應(yīng)用來說，各有其長處。
  記憶效應(yīng)：
  這與電極絲的"軟"或"硬"直接相關(guān)。軟絲抽離線軸時(shí)沒有恢復(fù)成直線的記憶能力，所以無法用于自動(dòng)穿絲，但這對(duì)切割來說并沒有影響，因?yàn)榧庸r(shí)電極絲上是加了張力的。軟絲適用于上、下導(dǎo)絲咀不能傾斜的設(shè)備進(jìn)行超過7度的大斜度切割。而硬絲則是自動(dòng)穿絲機(jī)的最佳選擇，同時(shí)因?yàn)槔鞆?qiáng)度高，其抵抗因切割時(shí)電流和沖洗力造成絲的抖動(dòng)的能力較強(qiáng)。
  延伸率：
  延伸率是切割加工中由于張力和熱量引起電極絲長度變化的百分比。軟絲的延伸率可大到20%，而硬絲則小于2%。軟絲在斜度加工時(shí)，延伸率高的電極絲能更保證斜面的幾何精度，并且較軟的電極絲在導(dǎo)絲咀中滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)也較小。不過電極絲進(jìn)入切割區(qū)后軟絲的抖動(dòng)程度比硬絲大，所以還得折中考慮。
  3、幾何特性
  在線切割技術(shù)發(fā)展的早期（1969年到七十年代中期），對(duì)電極絲幾乎沒有做任何的研究，用的是現(xiàn)成的電機(jī)和電纜上的紫銅絲。而今天，高效率高精度的線切割機(jī)要求電極絲具有誤差極小的幾何特性。電極絲制造的最后工序是采用多個(gè)寶石拉絲模來得到光滑、圓度極好、絲徑公差為+/-0.001mm的成品。另一方面，還有一些電極絲卻特意設(shè)計(jì)成具有相對(duì)粗糙的表面，可以提高切割速度。
  4、熱物理特性
  電極絲的熱物理特性是提高切割效率的關(guān)鍵。這些特性是通過合金成分的配比或基礎(chǔ)芯材的選擇來確定的。
  熔點(diǎn)：
  電極絲的熔點(diǎn)是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。由于電極絲通過導(dǎo)絲咀時(shí)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以及沖洗力和放電等因素，電極絲在切割時(shí)是有抖動(dòng)的。這將造成無數(shù)次的極小的短路，使切割過程減慢。電極絲工作時(shí)如果在外徑上能夠損耗一些，這樣它在面對(duì)切口方向的空隙可以防止或減少短路效應(yīng)。同時(shí)它在背對(duì)切口方向的空隙有助于改善沖洗作用，可以更好的去除加工廢屑。電極絲外徑的損耗不會(huì)影響加工精度，因?yàn)樾碌碾姌O絲在不斷的進(jìn)給。這是冶金學(xué)家在研究電極絲的沖洗性時(shí)要考慮的材料的兩個(gè)特性之一。
  氣化壓力：
  電火花切割時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，其中的一些熱量被電極絲吸收走了，這會(huì)降低切割效率。如果太多的熱量損耗在電極絲上，電極絲就會(huì)因過熱而熔斷。因此需要電極絲表面能夠快速氣化，在電極絲得到冷卻的同時(shí)把熱能釋放到工件上。材料受熱達(dá)到熔點(diǎn)后就會(huì)氣化，產(chǎn)生氣化壓力。熔點(diǎn)低的材料更容易氣化。電極絲所應(yīng)該具有的另一個(gè)特性就是低熔點(diǎn)和高氣化壓力，可以幫助把廢渣吹離切縫。這就是電極絲沖洗性好所應(yīng)該具備的另一個(gè)特性。當(dāng)電極絲和工件在切割表面處是氣化而不是熔化時(shí)，產(chǎn)生的是氣體而不是熔化的金屬顆粒。這反過來又改善了沖洗過程，因?yàn)橐獩_走的顆粒少了。
  二、電極絲的種類與應(yīng)用
  目前，市場上可選用的電極絲可分為以下幾類：
  1、黃銅絲
  黃銅絲是線切割領(lǐng)域中第一代專業(yè)電極絲。1977年，黃銅絲開始進(jìn)入市場。這種電極絲曾帶來了切割速度上的突破，當(dāng)時(shí)對(duì)于厚度為50mm的工件，切割速度從12mm2/分鐘提高到25 mm2/分鐘。是什么使速度翻了一倍呢？黃銅是紫銅與鋅的合金，最常見的配比是65%的紫銅和35%的鋅。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)黃銅絲中的鋅由于熔點(diǎn)較低（420℃，而紫銅為1080℃）能夠改善沖洗性。在切割過程中，鋅由于高溫而氣化使得電極絲的溫度降低并把熱量傳送到工件的加工面上。理論上講，鋅的比例越高越好，不過在黃銅絲的制造過程中，當(dāng)鋅的比例超過40%后，電極絲的α單相結(jié)晶結(jié)構(gòu)變成了α和β雙相結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這時(shí)材料變得太脆而不適合把它拉成直徑很小的細(xì)絲。
  黃銅絲可以有不同的拉伸強(qiáng)度來滿足不同的設(shè)備和應(yīng)用場合。這是通過一系列的拉絲（淬火作用）和熱處理（退火）工序來實(shí)現(xiàn)的。普通黃銅絲的拉伸強(qiáng)度在490-900N/mm2之間。
  黃銅絲的主要缺點(diǎn)：
(1) 加工速度無法提高：由于黃銅中鋅的比例一定，所以放電時(shí)的能量轉(zhuǎn)換效率無法進(jìn)一步提高；以0.25mm黃銅絲切割30-60mm厚的鋼材為例，國內(nèi)很多用戶的主切速度都在120mm2/分鐘左右。
(2) 表面質(zhì)量不佳：黃銅絲表面的銅粉和放電時(shí)由于電極絲表層氣化而帶出的銅微粒會(huì)積存在工件的加工面上形成表面積銅。同時(shí)由于沖洗性不好而在工件表面產(chǎn)生較厚的變質(zhì)層，這些都會(huì)影響工件的表面硬度和粗糙度；
(3) 加工精度不高：特別是在加工較厚的工件時(shí)，由于沖洗性不良，會(huì)產(chǎn)生較大的直線度誤差（上下端尺寸誤差和鼓形差）。
  此外，由于價(jià)格競爭的原因，目前國內(nèi)的低價(jià)黃銅絲普遍存在著各種質(zhì)量問題，例如因采用的銅材胚料材質(zhì)不良以及拉絲設(shè)備和工藝上的原因?qū)е曼S銅絲表面銅粉較多，截面幾何誤差太大等等，這些都會(huì)導(dǎo)致放電穩(wěn)定性下降，嚴(yán)重影響加工速度和質(zhì)量。同時(shí)，還會(huì)污染設(shè)備部件加大設(shè)備的損耗。
  黃銅絲的應(yīng)用場合：
(1) 加工量不足，不是24小時(shí)開機(jī)的用戶。因?yàn)榧庸ば蕦?duì)于這些用戶來說不是主要問題；
(2) 對(duì)加工精度特別是表面質(zhì)量要求不高的用戶；
(3) 以加工小尺寸、薄厚度為主的用戶。因?yàn)楣ぜb夾調(diào)整的時(shí)間占總加工時(shí)間的比例較高，切割時(shí)間較少，對(duì)加工效率的影響不明顯。
(4) 工件的材料硬度不高或厚度不超過80-100mm。
  雖然隨著各種更好性能的鍍層電極絲的出現(xiàn)和普及，黃銅絲的市場份額呈不斷下降的趨勢，但是，由于它成本低廉，并且能滿足普通的加工需求，因此還會(huì)繼續(xù)得到廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，市場上還出現(xiàn)了一些在性能上有不同程度改善的且價(jià)格低于鍍層電極絲的新型黃銅絲：
(1) 超凈型黃銅絲:針對(duì)普通黃銅絲表面銅份過多這一弊端，通過在后道工序中增加特別的清洗工藝而制成；
(2) 超硬型黃銅絲:通過在黃銅中加入其他微量元素，使黃銅絲的拉伸強(qiáng)度高達(dá)1200 N/mm2。這種絲在加工超厚或超硬工件時(shí)可以改善加工精度和速度；
(3) 高速型黃銅絲:將黃銅中鋅的比例加大到極限的40%，可以改善沖洗性，提高切割速度。但是，其切割速度還是比鍍鋅電極絲要慢。
  2、鍍層電極絲
  由于低熔點(diǎn)的鋅對(duì)于改善電極絲的放電性能有著明顯的作用，而黃銅中鋅的比例又受到限制，所以人們想到了在黃銅絲外面再加一層鋅，這就產(chǎn)生了鍍鋅電極絲。1979年瑞士幾位工程師發(fā)明的這種方法，使電極絲的發(fā)展向前邁進(jìn)了一大步，并導(dǎo)致了更多新型鍍層電極絲的出現(xiàn)。
  鍍層電極絲的主要優(yōu)點(diǎn)：
(1) 切割速度高，不易斷絲。品質(zhì)好的鍍鋅電極絲切割速度可比優(yōu)質(zhì)黃銅絲快30-50%，目前廣東地區(qū)很多用戶采用0.25mm的鍍鋅電極絲，切割速度平均在150-180mm2/分鐘。
(2) 加工工件的表面質(zhì)量好，無積銅，變質(zhì)層得到改善，因此工件表面的硬度更高，模具的壽命延長。
(3) 加工精度提高，特別是尖角部位的形狀誤差、厚工件的直線度誤差等均比黃銅絲有改善。
(4) 導(dǎo)絲咀等部件的損耗減小。鋅的硬度比黃銅低，同時(shí)鍍鋅絲不象黃銅絲那樣有很多銅粉，所以不容易堵塞導(dǎo)絲咀，污染相關(guān)部件。
  鍍層電極絲生產(chǎn)工藝主要有浸漬、電鍍和擴(kuò)散退火這三種方法。電極絲的芯材主要有黃銅、紫銅和鋼。鍍層的材料則有鋅、紫銅、銅鋅合金和銀。目前市場上較為成熟的這類電極絲按應(yīng)用區(qū)分主要有以下幾種：
  普通鍍鋅電極絲：
  由于浸漬這種工藝相對(duì)比較簡單，所以很多電極絲制造商都采用這種方法來生產(chǎn)鍍鋅電極絲。但是鍍鋅后再拉絲，其最大的問題是無法控制鍍層的均勻性，所以用這種工藝生產(chǎn)的電極絲放電性能不夠穩(wěn)定，速度只比黃銅絲提高不到10%。有些品質(zhì)較差的鍍鋅電極絲其顏色往往不是均勻的銀灰色，可以看到一些淺黃色相間其中，這就是所謂"露銅"現(xiàn)象。這類電極絲雖然價(jià)格比較便宜，只比黃銅絲稍貴一些，但是采用的人不多。
  高精度加工用鍍鋅電極絲：
  這類電極絲多是采用電鍍的方法，所以可以較好的控制鍍鋅層的厚度，放電性能穩(wěn)定，不易斷絲，適合四次切割以上的精密加工。切割速度一般可以比黃銅絲快30%左右。這種電極絲的剖面見。常見的品牌有德國Berkenhoff公司的COBRA CUT A、MEGACUT A，德國Heinrich Stamm公司的STAMMCUT ZC900和ZC950等等。                     
  韓國OPEC公司的ZINCO系列鍍鋅電極絲，雖然也是采用的浸漬工藝，但是其工藝方法與眾不同，申請(qǐng)到了美國、日本、歐洲和中國的發(fā)明專利。該工藝的特點(diǎn)是先將黃銅芯材拉制到了接近最后直徑的時(shí)候進(jìn)行鍍層，然后再拉絲。其鍍層由多層銅鋅合金組成，鋅的比例從里到外呈梯度漸變，以外層的鋅為最多，且表面是有利于改善沖洗性能的微觀多孔結(jié)構(gòu)。這種電極絲已為線切割機(jī)制造商Sodick和Agie-Charmilles所采用。同時(shí)也是目前國內(nèi)最暢銷的鍍鋅電極絲。
  今年開始韓國有幾家電極絲制造商也在嘗試用電鍍的方法生產(chǎn)鍍鋅電極絲，如果能形成批量進(jìn)入市場的話，相信會(huì)給國內(nèi)用戶帶來更多的實(shí)惠。
  高速度加工用鍍層電極絲
  這種電極絲以擴(kuò)散退火工藝制作，是一種復(fù)合電極絲，有較厚的含有50%的鋅和50%的紫銅的鍍層。這種鍍層需經(jīng)過一系列的熱處理過程，其顏色因鍍層擴(kuò)散而從亮銀色變?yōu)辄S褐色。這種電極絲的芯為α結(jié)構(gòu)而鍍層則為β結(jié)構(gòu)，它最后經(jīng)過一道拉伸加工通過冷壓把鍍層壓進(jìn)芯材中。擴(kuò)散過的電極絲表面是多孔的，它有助于改善沖洗性。這種電極絲的切割速度是目前最快的。常見的品牌有COBRA CUT D、BRONCO CUT X、MEGACUT D、SWX、STAMMCUT Xi等。                            
  韓國OPEC公司針對(duì)Charmilles的線切割機(jī)研制的HUNT-X電極絲，雖然不是采用擴(kuò)散退火工藝，但是其切割性能與這類電極絲非常相似，也屬于高速電極絲，可以用于對(duì)速度有較高要求的加工。
  高難度加工用鍍層電極絲
  鋼芯電極絲是一種復(fù)合絲。它由鋼制的芯加上中間的紫銅鍍層和外面的黃銅鍍層組成。鋼芯在常溫下的拉伸強(qiáng)度與黃銅絲差不多，但是隨著溫度的升高黃銅絲的拉伸強(qiáng)度迅速降低，而鋼的拉伸強(qiáng)度則高于黃銅絲了。但是，由于鋼的導(dǎo)電性能不好，因此在鋼芯外面包了一層紫銅用以提高電導(dǎo)率。而外面的黃銅層則起到了改善沖洗性能的作用。                                                  
  對(duì)于難度較高的線切割加工，雖然采用較粗直徑（0.30mm）的電極絲，或采用鍍鋅電極絲可以使情況有所改善，但是要想達(dá)到較高的加工要求，最佳的選擇就是這種鋼芯電極絲了。
1、 高厚度加工：一般來說，當(dāng)加工的工件較厚時(shí)（通常超過100mm以上），加工速度明顯降低，并且加工面的直線度誤差會(huì)很大。此時(shí)采用鋼芯絲加工，可以明顯改善速度和精度。
2、 沖水不良狀態(tài)的加工：例如大斜度加工、工件厚度不規(guī)則，變化范圍較大的加工和多個(gè)工件疊加起來的加工等等。沖水不良容易造成斷絲，加工速度因而下降。同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致二次放電增加，影響表面質(zhì)量。
3、 工件材料難以加工：例如石墨、銅、鋁合金等較難切割的材料。
常見的品牌有：日本FUJIKURA公司的COMPEED鋼芯電極絲。
  超精密加工用電極絲
  黃銅絲或鍍層絲的直徑一般在0.30mm至0.07mm之間。而對(duì)于一些電子、光學(xué)和鐘表行業(yè)的微細(xì)零件或超精密的加工，要求電極絲的直徑在0.10mm至 0.03mm。過去這種電極絲是采用鎢絲或鉬絲制作的，價(jià)格非常昂貴。現(xiàn)在則普遍采用高拉伸強(qiáng)度的鋼絲（100碳鋼琴線）外面加鍍黃銅來制作，俗稱"鋼琴線"。這種電極絲的拉伸強(qiáng)度為一般電極絲的2倍，高達(dá)2000 N/mm2以上。常見的品牌有德國的MICRO CUT,日本的SPWire。
  三、怎樣考慮不同的電極絲對(duì)加工成本的影響
  "欲工其效，先利其器"。在制造業(yè)里層出不窮的新設(shè)備、新工具和新材料帶來的是更好的加工效果和更高的加工效率，同時(shí)也意味著更好的經(jīng)濟(jì)效益。行業(yè)內(nèi)最先得益的總是那些熟知技術(shù)發(fā)展動(dòng)向而首先采用先進(jìn)技術(shù)的企業(yè)。這對(duì)于線切割來說也是完全一樣的。隨著線切割技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)效率和質(zhì)量的追求，新的高性能電極絲必然取代黃銅絲而成為市場的主角。積極的采用高效電極絲將對(duì)線切割機(jī)用戶的財(cái)務(wù)報(bào)表或競爭能力產(chǎn)生深刻的影響。我們從以下方面來研究一下工廠加工現(xiàn)狀與 加工成本的關(guān)系：
1、工廠現(xiàn)有設(shè)備的加工能力是否滿足業(yè)務(wù)增長的需要？
a)設(shè)備是否24小時(shí)運(yùn)行？
b)是否需要經(jīng)常性外發(fā)加工？
c)是否準(zhǔn)備添置新的設(shè)備？
如果在采用黃銅絲的情況下，設(shè)備即使24小時(shí)運(yùn)行也不能滿足加工需求，而不得不靠外發(fā)加工來彌補(bǔ)，同時(shí)也在考慮增加更多的設(shè)備，那么這樣的工廠首先可以嘗試換用效率更高的電極絲，也許可以即刻緩解迫在眉睫的加工矛盾而不必一下投入太多的資金。在設(shè)備數(shù)量不變的情況下，減少外發(fā)加工量還可以帶來直接的效益。
2、工廠線切割加工的工時(shí)費(fèi)率在同行業(yè)內(nèi)處于什么水平？
這直接反映出工廠的競爭能力。由于工時(shí)費(fèi)率往往受行業(yè)平均水平的制約，相同的費(fèi)率水平下，利潤的多少取決于工廠最大限度的提高生產(chǎn)效率和降低費(fèi)用的能力。
3、工廠對(duì)現(xiàn)在的加工質(zhì)量滿意嗎？
如果長期以來都是使用黃銅電極絲而加工質(zhì)量經(jīng)常出現(xiàn)問題，需要返工，造成延期交貨，導(dǎo)致客戶的不滿，那么換上別的電極絲能不能提高加工精度和表面質(zhì)量？對(duì)于不同的工件材質(zhì)，有沒有考慮過選用不同的電極絲而得到有更好的加工效果？這同樣會(huì)影響到工廠的加工成本和效益。
下面，我們通過一個(gè)加工實(shí)例來計(jì)算一下電極絲對(duì)加工成本的影響：
測試機(jī)型：SODICK和 AQ325L（2000年出廠），
測試工件：材料SKH-9鋼，厚度60mm，切割長度29.99mm，
測試材料：黃銅絲（某國產(chǎn)硬絲）和ZINCO鍍鋅電極絲，
電極絲直徑（mm）為0.20， 
切割次數(shù)均3，切1修2，
尺寸精度：黃銅絲尺寸誤差：6微米，直線度誤差4微米，鍍鋅絲尺寸誤差：1微米，直線度誤差2微米；加工精度明顯提高；
尖角部位形狀誤差：黃銅絲明顯可見形狀誤差，鍍鋅絲則有明顯改善，用鍍鋅絲切割時(shí)不用補(bǔ)償，角部誤差明顯減小；
表面質(zhì)量（直觀）：黃銅絲有積銅，鍍鋅絲有明顯提高；
切割厚度（mm）：均為60，
切割長度（mm）：均為29.99， 
切割面積（mm2）：均為1799.4， 
加工時(shí)間（分鐘）：黃銅絲為39.5，鍍鋅絲為27.3，快了31%；
加工速度（mm2/分鐘）：黃銅絲為45.6，鍍鋅絲為65.9，此為切1修2的平均加工速度。