Типы проволоки используемые в электроэрозионной обработке

Электроэрозионная обработка является эффективным способом обработки металлических деталей и изделий, который использует электрический разряд для удаления материала. Один из ключевых компонентов этого процесса — проволока, которая служит электродом в электроэрозионной машине и осуществляет срезание материала из обрабатываемой детали. Существуют разные типы проволоки.

Раньше выбор проволоки для электроэрозионной обработки был простым, так как было всего несколько вариантов; медь или латунь. Сегодня существует больше вариантов электродов для проволочной электроэрозионной обработки. Существует проволока экономичного и общего назначения, проволока для скорости, проволока для твердого сплава и PCD, проволока для конусной и тонкой обработки. В этой статье мы сначала рассмотрим различные свойства электроэрозионной проволоки, а затем кратко рассмотрим различные типы проволоки и их применение.

Свойства проволоки

Предел прочности

Прочность на растяжение — это максимальная несущая способность материала, основанная на его способности сопротивляться растяжению и разрыву. Он определяется максимальной нагрузкой в МПа (мегапаскалях) или Н/мм² деленой на площадь поперечного сечения проволоки или в фунтов на квадратный дюйм для британской системы счисления. ​​Высокопрочная проволока для электроэрозионной обработки обеспечивает перепендикулярность кромок и поэтому является хорошим выбором для однопроходных деталей, а также для проволоки малого и тонкого диаметра, чтобы уменьшить обрыв проволоки. Резка высоких деталей проволокой — еще одно применение, требующее хорошей перепендикулярности и устойчивости к обрыву проволоки. Высокопрочная проволока также хороша для предварительного пропила, обеспечивая перепендикулярность и геометрическую точность деталей.

Сопротивление разрушению

Не существует истинного индекса или «рейтинга» сопротивления излому, поэтому сопротивление излому проволоки для электроэрозионной обработки лучше было бы описать как ударную вязкость или упругость проволоки. Это способность проволоки сопротивляться воздействию невероятно динамичной среды искрового разрядника.

Проводимость

Это мера способности материала проводить электрический ток. В электроэрозионной обработке чем выше проводимость проволоки, тем большую мощность можно передать на заготовку. Поскольку более высокая проводимость более эффективна, обычным результатом является увеличение скорости резания.

Температура испарения

Низкая температура плавления/испарения проволоки лучше всего подходит для промывки. Мы хотим, чтобы поверхность проволоки испарялась, быстро превращалась в газы, а не загрязняла зазор застывшей «стружкой». Вся стружка имеет массу и поэтому будут «занимать место». Искровой промежуток уже достаточно мал, и нам не нужно, чтобы в нем плавали «кусочки». При более длительном включении (черновая обработка) произойдет плавление. Несмотря на то, что при плавлении образуется стружка, низкотемпературные электродные сплавы (оцинкованные) будут образовывать более крупные кратеры на поверхности проволоки, чтобы отводить больше воды и загрязняющих веществ из зазора, способствуя промывке. Следовательно, молибденовая и вольфрамовая проволоки с высокими температурами плавления/испарения режут медленно и плохо промываются, но подходят для обезжиривания, где важна не скорость, а прямолинейность детали и четкая геометрия.

Твердость

Термин твердость часто ошибочно принимают за прочность на растяжение. Твердость или состояние проволоки относится к пластичности проволоки или ее способности подвергаться удлинению. В этой категории электроэрозионные проволоки называются мягкими или жесткими. На станках с закрытыми направляющими жесткая проволока продевается лучше, чем более мягкая проволока, но мягкая проволока лучше режет на конус. Жесткая проволока также обеспечит наилучшую надежность автоматической заправки нити.

Типы провлоки

Медная проволока

Проволока из меди — самый распространенный тип проволоки, используемый в электроэрозионной обработке. Она имеет высокую электропроводность и высокую теплопроводность, что делает ее идеальной для использования в машинах с высокой скоростью резки. Она также устойчива к коррозии и может использоваться с большинством металлов.

Первой проволокой, использованной для электроэрозионной обработки, была медь. Его доступность и высокая проводимость (100% IACS) сделали его логичным выбором в качестве электрода электроэрозионной обработки в то время, но по мере того, как генераторы становились все более мощными, ограниченная скорость резки меди и низкая прочность на растяжение (34 000–60 000 фунтов на квадратный дюйм) быстро выявили ее ограничения. За исключением старых машин, в которых указано использование медного провода, этот провод рекомендуется редко. В этих машинах эта проволока должна использоваться для резки всех материалов просто потому, что другой альтернативы нет.

Латунная проволока

Элемент цинка добавляется к меди для производства латунной проволоки для электроэрозионной обработки, которая сегодня является наиболее распространенной проволокой для электроэрозионной обработки. Латунная проволока для электроэрозионной обработки обычно представляет собой сплав с соотношением Cu/Zn от 63/37 (американский и европейский) до 65/35 (азиатский). Цинк имеет более низкую температуру плавления/испарения, что делает его лучшим материалом для электродов, чем медь, поэтому чем больше цинка на поверхности электроэрозионной проволоки, тем быстрее она будет резаться. Однако производственные трудности возникают, когда объем цинка приближается к 40% и его кристаллическая структура переходит в гамма-фазу, в результате чего проволока становится очень хрупкой и ее трудно протягивать. Однако производятся две проволоки с содержанием Cu/Zn 60/40 для более высоких скоростей резки.

Прочность на растяжение латунной проволоки варьируется от 54 000 до 173 000 фунтов на квадратный дюйм, в зависимости от состава сплава и его состояния. Латунные проволоки обычно имеют блестящий латунный цвет. Латунная проволока с тусклой, матовой поверхностью или с пятнами или обесцвечиванием указывает на окисление или загрязнение.

Латунная проволока — это хорошая универсальная служебная проволока, которую можно использовать в большинстве современных машин. Экономичная резка инструментальных сталей и большинства металлов возможна простой латунной проволокой. Доступны варианты твердости в диапазоне от <2% до более 30%.

Проволока с покрытием

Проволока с покрытием для электроэрозионной обработки — это проволока с очень тонким слоем (2-3 мкм) чистого цинка, нанесенным на латунный или медный сердечник. Электрогальванизация является наиболее точным методом нанесения, нанося чистый цинк атом за атомом на тело проволоки, обеспечивая равномерную толщину и однородность поверхности. Горячее погружение — еще один метод покрытия проволоки. Это более быстрый и менее точный метод покрытия, и такая проволока обычно стоит дешевле.

Эти проволоки доступны с пределом прочности на разрыв от 61 000 до 130 000 фунтов на квадратный дюйм и могут иметь покрытие из чистого цинка или оксида цинка в зависимости от применения. Покрытия из чистого цинка будут иметь блестящий серебристый цвет, в то время как покрытие из оксида цинка будет выглядеть тускло-серым. Проволока с цинковым покрытием режется намного быстрее и реже ломается, чем простая латунная проволока, и рекомендуется для быстрой черновой и чистовой обработки сталей. Проволока с цинковым покрытием обеспечивает превосходное качество поверхности и лучшую целостность поверхности, особенно в отношении карбидов и поликристаллических алмазов.

Проволока диффузионно-отожженная

Проволока с высоким содержанием цинка является лучшим электродом для электроэрозионной обработки, но проволока для электроэрозионной обработки с процентным содержанием цинка, приближающимся к 40%, сложна в производстве, поэтому был разработан специальный метод производства проволоки с более высокой поверхностью цинка. На внешнюю поверхность (18-35 мкм) медного или латунного сердечника наносится толстое покрытие из чистого цинка. При отжиге в специальной печи чистое цинковое покрытие диффундирует в смесь почти 50% латуни и 50% цинка (на самом деле содержание цинка составляет примерно 45-47%), что выше порогового значения 40%, которое было предыдущим производственным ограничением.

Проволока, подвергнутая диффузионному отжигу, доступна с пределом прочности при растяжении от 62 000 до 128 000 фунтов на квадратный дюйм и имеет цвет от желто-коричневого до коричневого. Эти проволоки подходят для быстрой резки высоких заготовок, серийного производства и плохих условий промывки. Их можно использовать для обработки широкого спектра материалов, включая инструментальные стали, алюминий и графит.

Молибденовая проволока

Это очень высокопрочная проволока с пределом прочности на разрыв более 275 000 фунтов на квадратный дюйм. Но поскольку молибденовая проволока имеет очень высокие температуры плавления и испарения, 4 757 ° F (2 625 ° C) и 10 040 ° F (5 560 ° C) соответственно, это относительно плохой электродный материал. Из-за высоких рабочих температур кратеры EDM, оставленные на поверхности проволоки, очень малы по сравнению с теми, что остаются на латунной проволоке, и, следовательно, не будут промываться так же эффективно.

Эта проволока часто используется в малых (от 0,15 до 0,1 мм) и тонких (<0,1 мм) диаметрах, чтобы соответствовать требованиям чертежа к узким пропилам и почти острым внутренним радиусам углов. Из-за своей высокой прочности на растяжение молибденовая проволока помогает поддерживать превосходную прямолинейность стенок и снижает количество обрывов проволоки, характерных для многих маленьких и тонких латунных проволок.

В особых случаях, как правило, в медицинских и военных целях, на поверхности реза не может быть загрязнения медью или цинком. Этот критерий исключает все медные провода и требует использования молибдена или вольфрама.

Примечание. Использование молибденовой проволоки должно зависеть от конкретного применения из-за ее высокой стоимости и медленной обработки.

Стальная проволока

Этот тип проволоки имеет сердечник из углеродистой стали для обеспечения высокой прочности и устойчивости к излому и покрыт толстым слоем обогащенной цинком латуни, прошедшей диффузионный отжиг, для обеспечения хороших режущих свойств. Сочетание прочности на разрыв с характеристиками латуни 50/50 может сделать эту проволоку решением проблем для сложных применений. Тонкая проволока со стальным сердечником (0,02–0,1 мм) имеет предел прочности при растяжении 290 000 фунтов на квадратный дюйм, что выше, чем у молибдена, но с гораздо лучшими режущими характеристиками. Большие диаметры (0,2–0,3 мм) имеют прочность на растяжение в диапазоне 116 000–145 000 фунтов на квадратный дюйм. Проволока со стальным сердечником подходит для обработки очень высоких деталей, деталей, требующих хорошей прямолинейности, а также при плохих условиях промывки.

Вольфрамовая проволока

Вольфрамовая проволока часто является одним из последних вариантов при попытке решения сложной задачи. Хотя эта проволока очень дорогая, плохо режет и с ней трудно работать, иногда это единственное решение проблемы электроэрозионной обработки. С еще более высокими температурами плавления и испарения, чем у молибдена, 6170 ° F (3410 ° C) и 10 706 (5930 ° C) соответственно, это проволочный электрод с наименее эффективными режущими характеристиками. Вольфрамовая проволока небольшого диаметра (0,02–0,05 мм) обладает самой высокой прочностью на растяжение среди всех электроэрозионных проволок. Это позволяет ей вырезать очень тонкие детали с очень прямыми стенками с огромной точностью. Как и молибденовая проволока, вольфрамовая проволока также используется в тех случаях, когда поверхности реза не должны содержать меди или цинка.

Проволока из титана

Проволока из титана имеет высокую прочность и износостойкость, что делает ее идеальной для обработки сложных деталей. Также она устойчива к коррозии и может использоваться с большинством металлов. Однако, проволока из титана является более дорогой, чем другие виды проволоки.

Типы проволоки. Общие рекомендации по выбору проволоки и поиску и устранению неисправностей*

Проблема	Средство*	Проволока
Чтобы уменьшить обрыв провода.	Используйте проволоку большего диаметра. Уменьшите напряжение во время черновой обработки. Используйте «мягкие» сервоприводы.Увеличить прочность на растяжение. Повысить вязкость разрушения.	Латунный сплав Al или Mg.Стальной сердечник с покрытием.
Для увеличения скорости резания.	Используйте проволоку большего диаметра. Увеличьте мощность. Увеличьте проводимость электрода. Лучше промывка.	Медь с цинковым покрытием.Латунь с цинковым покрытием.
Для резки крутых конусов.	Повысить пластичность.	Мягкая латунь. Мягкая латунь с цинковым покрытием. Диффузионно отожженная латунь.
Для резки более толстых заготовок.	Используйте проволоку большего диаметра. Увеличьте мощность. Увеличьте проводимость электрода Лучше промывка. Увеличить прочность на растяжение.	Диффузионно отожженная медь. Диффузионно отожженная латунь. Стальной сердечник с покрытием.
Для увеличения прямолинейности.	Увеличить прочность на растяжение.	Латунный сплав Al или Mg. Молибденовая или вольфрамовая проволока. Стальной сердечник с покрытием.
Для повышения точности.	Увеличить прочность на растяжение.Повысить вязкость разрушения.	Сплав алюминия или магния/латуни. Стальной сердечник с покрытием.