“數控機床用單向走絲電火花加工用黃銅線”的國產化進程
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，闡述了電極絲國內外的使用情況及我國電極絲產品從無到有，從小到大的發展歷程，論述了電極絲國產化的必要性。
關鍵詞 ：數控機床 ；單向走絲 ；電極絲 ；黃銅線 ；放電加工
數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，數控機床用單向走絲電火花加工的發展，離不開電極絲材料加工技術的同步發展，現在國際上所遵循的慢走絲機床的設計理念是根據組成電極絲材料的物理化學特性來設計的，而電極絲技術的突破往往會帶動慢走絲線切割機設計理念的變革。一個國家精密機械加工工業的進步，離不開精密加工技術的應用，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，將推動我國機械加工工業的發展，電極絲作為這種新技術的必然產物，其推廣應用將對我國銅加工制品向延伸方面發展提供有益支撐，同時對新材料的研發也有一定的借鑒價值。
1、電極絲特性及應用領域
1.1 電極絲特性
⑴力學性能要求 ：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生熱量的，且這種熱量隨著加工過程的持續是不斷地在電極表層積累的，若產生的熱量不能夠通過其它介質及時釋放出去，電極絲材料會被熔化掉（電極絲應用領域所講的熔斷絲），就不能持續切割，因此組成電極絲的材料或者表層結構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，就要求有優異的氣化特性，電極絲材料含有的鋅和表層結構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定的導電導熱性能，這種性能同樣也是構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控機床的耗材，在加工過程中要求走絲穩定，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 電極絲應用領域
電極絲的應用領域由之前只是應用于模具行業加工的精密模具，逐步發展為各行業加工精密零部件。精密模具主要應用行業是步進電機、汽車、手機、電子電訊、艦船制造等，精密零件主要應用行業是航空航天、船舶制造、軍工、高鐵、汽車、微電子、工業機器人、醫療器械、鐘表、微小齒輪、微小花鍵、微小連接器、PCD 刀具等。
2 、電極絲的技術關鍵點及國產化進程
2.1 電極絲國內、國外應用情況
目前國內電極絲 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 電極絲的技術關鍵點
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，對小規格硬態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鍵技術點是在黃銅電極絲的基礎上制作特殊的表面成份與結構，實現提升切割精度與效率的功能，對復合材料的研究提供借鑒價值。
2.3 電極絲的國產化進程
真正的單向走絲電火花線切割技術進入中國是在 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，對于一項新的技術革新到普及，經歷了從引進吸收到自產的摸索之路，因為當時中國的有色金屬加工技術還不成熟，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、壓力加工技術的發展，電極絲的發展才呈逐漸加速之勢。中國生產電極絲產品從 90 年代末期開始，到目前生產的企業大大小小不少于 30 家，而加工高端裝備制造業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，于2007 年在國內推向市場，在國內進行了一場電極絲的顏色革命，也是國內唯一一家能夠自主生產高端鍍層電極絲的企業。從 2007 年開始引導國內企業使用高端鍍層電極絲，由 2007 年的年銷量不超過 100.0 噸到 2016 年實現年銷量1000.0 多噸。博德高科組建專門的研發機構，加快對電極絲產品的創新研發，先后獲得 5 項發明專利，其中一項為美國專利，先后與知名機床商阿奇夏米爾、三菱建立戰略合作關系，共同研發電極絲產品配套機床，不斷提升機床的切割效率與精度的結果。電極絲產品的國產化進程也從“引進—落后—再引進”模式轉變為“需求—創新驅動”模式。
3 、電極絲標準化及專利情況
根據博德高科研發部門的研究分析，在中國專利局授權的發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、復合鍍層線、多相多功能線，但電極絲在國際范圍內尚沒有形成統一的標準。我國的單向走絲電火花線切割加工技術是在逐步引進吸收國外先進技術的基礎上發展起來的，雖然我國已經成為單向走絲電火花線切割加工技術應用的大國，但不是強國。
為解決如上問題，電極絲標準化已經成為一種世界范圍內的必然趨勢，《單向走絲電火花加工用黃銅線》作為行業標準在 2013 年 9 月頒布實施，但其作為行業標準，覆蓋面有限，將其上升為國家標準，來促進我國電極絲行業的健康發展，助推中國制造的轉型升級，為我國的航空航天、艦船制造、國防軍工、高速鐵路、微電子、工業機器人、醫療器械、汽車工業等行業提供質量優異的工業糧食。
4 、結論
高端裝備制造業是國家重點項目，數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，但在高端裝備的應用中占有重要的地位。隨著我國一帶一路建設、供給側改革的深入推進，電極絲在高端裝備制造業各個領域的應用越來越廣泛，對電極絲提出了更高要求，也推動了電極絲新材料的發展。及時建立電極絲材料的國家標準，規范電極絲的生產和使用，為國家“一帶一路”戰略規劃任務、目標的實現和世界現代高端裝備制造業的發展做出更大的貢獻，提升中國工業制造的精度，助推中國制造 2025 有著重要意義.
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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