“數(shù)控機床用單向走絲電火花加工用黃銅線”的國產(chǎn)化進程
2018-10-29 來源：寧波博德高科有限公司 作者：陳小軍，孟憲旗，鐘杰，呂和寧
摘 要 ：數(shù)控機床用單向走絲電火花加工用黃銅線又稱電極絲、切割線，本文從分析數(shù)控機床用單向走絲電火花加工用黃銅線的性能及使用狀況著手，闡述了電極絲國內(nèi)外的使用情況及我國電極絲產(chǎn)品從無到有，從小到大的發(fā)展歷程，論述了電極絲國產(chǎn)化的必要性。
關(guān)鍵詞 ：數(shù)控機床 ；單向走絲 ；電極絲 ；黃銅線 ；放電加工
數(shù)控機床用單向走絲電火花加工用黃銅線又稱電極絲、切割線，數(shù)控機床用單向走絲電火花加工的發(fā)展，離不開電極絲材料加工技術(shù)的同步發(fā)展，現(xiàn)在國際上所遵循的慢走絲機床的設(shè)計理念是根據(jù)組成電極絲材料的物理化學(xué)特性來設(shè)計的，而電極絲技術(shù)的突破往往會帶動慢走絲線切割機設(shè)計理念的變革。一個國家精密機械加工工業(yè)的進步，離不開精密加工技術(shù)的應(yīng)用，而單向走絲電火花放電切割加工作為一種新型的精密加工技術(shù)，將推動我國機械加工工業(yè)的發(fā)展，電極絲作為這種新技術(shù)的必然產(chǎn)物，其推廣應(yīng)用將對我國銅加工制品向延伸方面發(fā)展提供有益支撐，同時對新材料的研發(fā)也有一定的借鑒價值。
1、電極絲特性及應(yīng)用領(lǐng)域
1.1 電極絲特性
⑴力學(xué)性能要求 ：切割時電極絲是作為一種工具電極材料來使用，必須要滿足抗拉強度、延伸率、韌性等力學(xué)性能的基本要求。
⑵物理性能要求 ：物理特性是通過電極絲材料的基礎(chǔ)成分融合及芯材的組成金屬所決定的，這里所說的物理性能通常是指組成電極絲材料的熔點及材料的基本物理特性。
⑶氣化性能要求 ：作為電極，在切割使用時是要產(chǎn)生熱量的，且這種熱量隨著加工過程的持續(xù)是不斷地在電極表層積累的，若產(chǎn)生的熱量不能夠通過其它介質(zhì)及時釋放出去，電極絲材料會被熔化掉（電極絲應(yīng)用領(lǐng)域所講的熔斷絲），就不能持續(xù)切割，因此組成電極絲的材料或者表層結(jié)構(gòu)必須擁有將這些熱量排放出去的功效。電極絲材料作為一種金屬載體，就要求有優(yōu)異的氣化特性，電極絲材料含有的鋅和表層結(jié)構(gòu)決定氣化特性的高低。
⑷幾何尺寸特性要求 ：電極絲作為一種工具電極材料，其尺寸特性決定了切割工件線性尺寸精度及形位公差，而今天電極絲機床的設(shè)計也要求電極絲的外形幾何尺寸誤差不大于 0.002mm。
⑸電氣及導(dǎo)電性能方面的要求 ：電火花加工是靠瞬間的放電腐蝕來電蝕工件的，瞬間的放電間隙越短，所電蝕出來的工件表面光潔度就會越高，因此就必須要求電極絲能夠承受瞬間高脈沖電流和大切割電流的能力，故就要求所使用的電極絲擁有穩(wěn)定的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，這種性能同樣也是構(gòu)成電極絲的銅合金材料性能來決定。
⑹直線度與記憶特性 ：電極絲作為單向走絲電火花線切割數(shù)控機床的耗材，在加工過程中要求走絲穩(wěn)定，加工工件的精度要求高，加工工件效率要求高基本都在 120 平方毫米 / 分鐘以上，因此在加工過程中都要求能夠自動穿絲。要實現(xiàn)自動穿絲，電極絲的直線度必須達到機床的要求，同時必須具有記憶特性，因為電極絲是繞在線軸上的，放絲后電極絲必須是一條直線才能達到機床對自動穿絲的要求。
1.2 電極絲應(yīng)用領(lǐng)域
電極絲的應(yīng)用領(lǐng)域由之前只是應(yīng)用于模具行業(yè)加工的精密模具，逐步發(fā)展為各行業(yè)加工精密零部件。精密模具主要應(yīng)用行業(yè)是步進電機、汽車、手機、電子電訊、艦船制造等，精密零件主要應(yīng)用行業(yè)是航空航天、船舶制造、軍工、高鐵、汽車、微電子、工業(yè)機器人、醫(yī)療器械、鐘表、微小齒輪、微小花鍵、微小連接器、PCD 刀具等。
2 、電極絲的技術(shù)關(guān)鍵點及國產(chǎn)化進程
2.1 電極絲國內(nèi)、國外應(yīng)用情況
目前國內(nèi)電極絲 80%~90% 以黃銅電極絲為主，為步進電機、汽車、手機、電子電訊、艦船制造等行業(yè)加工精密模具，部分使用鍍層電極絲加工高精密零部件及模具。而歐美等發(fā)達國家電極絲 50~60% 使用黃銅電極絲，為步進電機、汽車、手機、電子電訊、艦船制造等行業(yè)加工精密模，40%~60% 使用鍍層電極絲加工高精密零部件及模具。
2.2 電極絲的技術(shù)關(guān)鍵點
切割時電極絲是作為一種工具電極材料來使用，必須要滿足抗拉強度、延伸率、韌性等力學(xué)性能的基本要求之外，還必須有卓越的直線度與記憶特性及在垂直切割工件時強度大于 980MPa。
在《銅及銅合金線》國家標準中，對小規(guī)格硬態(tài)黃銅線的性能要求為大于 800Mpa，對于直線度與記憶特性無具體要求。電極絲在垂直切割工件時強度大于 980Mpa，因此對電極絲的性能進行重新定義將成為材料性能研究的一種趨勢。電極絲在切割工作過程中需要實現(xiàn)自動穿絲，電極絲的直線度必須達到機床的要求，同時必須具有記憶特性確保繞在線軸上的電極絲在放絲后也是一條直線。對于鍍層電極絲的關(guān)鍵技術(shù)點是在黃銅電極絲的基礎(chǔ)上制作特殊的表面成份與結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)提升切割精度與效率的功能，對復(fù)合材料的研究提供借鑒價值。
2.3 電極絲的國產(chǎn)化進程
真正的單向走絲電火花線切割技術(shù)進入中國是在 90 年代初，而最早使用單向走絲電火花線切割加工的廠家是在珠三角的幾家外商獨資企業(yè)，對于一項新的技術(shù)革新到普及，經(jīng)歷了從引進吸收到自產(chǎn)的摸索之路，因為當時中國的有色金屬加工技術(shù)還不成熟，所使用的原材料依賴進口，故在二十世紀之前的發(fā)展速度一直很慢，進入 2000 年之后，隨著中國冶煉、壓力加工技術(shù)的發(fā)展，電極絲的發(fā)展才呈逐漸加速之勢。中國生產(chǎn)電極絲產(chǎn)品從 90 年代末期開始，到目前生產(chǎn)的企業(yè)大大小小不少于 30 家，而加工高端裝備制造業(yè)所需的高精度部件所用的高端電極絲仍以進口為主。博德高科先后引進國際先進的高強的電極絲的生產(chǎn)線，從 2004年銷售具有記憶功能的高端單向走絲黃銅線 500 噸，到2016 年銷售單向走絲黃銅線 10000.0 多噸及高端鍍層電極絲 1000.0 多噸，其中出口量達到了 50% 左右。高端鍍層電極絲是博得高科從 2004 年開始研發(fā)，于2007 年在國內(nèi)推向市場，在國內(nèi)進行了一場電極絲的顏色革命，也是國內(nèi)唯一一家能夠自主生產(chǎn)高端鍍層電極絲的企業(yè)。從 2007 年開始引導(dǎo)國內(nèi)企業(yè)使用高端鍍層電極絲，由 2007 年的年銷量不超過 100.0 噸到 2016 年實現(xiàn)年銷量1000.0 多噸。博德高科組建專門的研發(fā)機構(gòu)，加快對電極絲產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)，先后獲得 5 項發(fā)明專利，其中一項為美國專利，先后與知名機床商阿奇夏米爾、三菱建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，共同研發(fā)電極絲產(chǎn)品配套機床，不斷提升機床的切割效率與精度的結(jié)果。電極絲產(chǎn)品的國產(chǎn)化進程也從“引進—落后—再引進”模式轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;需求—創(chuàng)新驅(qū)動”模式。
3 、電極絲標準化及專利情況
根據(jù)博德高科研發(fā)部門的研究分析，在中國專利局授權(quán)的發(fā)明專利主要為德國的 Berkenhoff 公司、法國的Thermocompact、韓國的 OPEC、PAPS、日本的 OKT、日立以及博德高科公司的專利，其專利的主要保護方向為高精度的黃銅線、復(fù)合鍍層線、多相多功能線，但電極絲在國際范圍內(nèi)尚沒有形成統(tǒng)一的標準。我國的單向走絲電火花線切割加工技術(shù)是在逐步引進吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，雖然我國已經(jīng)成為單向走絲電火花線切割加工技術(shù)應(yīng)用的大國，但不是強國。
為解決如上問題，電極絲標準化已經(jīng)成為一種世界范圍內(nèi)的必然趨勢，《單向走絲電火花加工用黃銅線》作為行業(yè)標準在 2013 年 9 月頒布實施，但其作為行業(yè)標準，覆蓋面有限，將其上升為國家標準，來促進我國電極絲行業(yè)的健康發(fā)展，助推中國制造的轉(zhuǎn)型升級，為我國的航空航天、艦船制造、國防軍工、高速鐵路、微電子、工業(yè)機器人、醫(yī)療器械、汽車工業(yè)等行業(yè)提供質(zhì)量優(yōu)異的工業(yè)糧食。
4 、結(jié)論
高端裝備制造業(yè)是國家重點項目，數(shù)控單向走絲電火花線切割機床作為高端裝備的重要組成部分。電極絲作為數(shù)控單向走絲電火花線切割機床必須的耗材，雖然每年的用量不超過 10 萬噸左右，但在高端裝備的應(yīng)用中占有重要的地位。隨著我國一帶一路建設(shè)、供給側(cè)改革的深入推進，電極絲在高端裝備制造業(yè)各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，對電極絲提出了更高要求，也推動了電極絲新材料的發(fā)展。及時建立電極絲材料的國家標準，規(guī)范電極絲的生產(chǎn)和使用，為國家“一帶一路”戰(zhàn)略規(guī)劃任務(wù)、目標的實現(xiàn)和世界現(xiàn)代高端裝備制造業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻，提升中國工業(yè)制造的精度，助推中國制造 2025 有著重要意義.
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