線切割電極絲及線切割裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種線切割電極絲及應(yīng)用該線切割電極絲的電火花線切割裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著機(jī)械加工技術(shù)日新月異，線切割電火花加工作為一種特種精密機(jī)械 加工技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。電火花線切割的基本原理是利用不斷移動的細(xì)金屬導(dǎo)線作為 工具電極，工具電極與工件之間形成脈沖性放電腐蝕工件來實現(xiàn)加工。電火花線切割具有 加工精密度高、微細(xì)化、高效率、加工成本低等特點。
[0003] 線切割電極絲在電火花線切割中起著重要的作用。線切割電極絲需要具有耐磨性 好、耐高溫、表面粗糙度好、耐腐蝕性好、拉伸強(qiáng)度大、導(dǎo)電率高等特點。目前常用的線切割 電極絲主要有鑰絲和黃銅絲。目前線切割電極絲的直徑一般在30微米到50微米之間，然 而，當(dāng)達(dá)到這一數(shù)量級時，其抗拉強(qiáng)度會顯著降低從而使耐用性較差，特別是當(dāng)其直徑達(dá)小 于30微米時，其抗拉強(qiáng)度會顯著降低，難以滿足實際應(yīng)用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，確有必要提供一種抗拉強(qiáng)度較高且直徑較小的線切割電極絲以及使用 所述線切割電極絲的電火花線切割裝置。
[0005] -種線切割電極絲，用于電火花線切割，包括一碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，該碳納米管復(fù) 合導(dǎo)線的拉伸應(yīng)變率小于等于3%，該碳納米管復(fù)合導(dǎo)線包括一碳納米管單紗以及一金屬 層，所述碳納米管單紗由多個碳納米管沿該碳納米管單紗軸向旋轉(zhuǎn)加捻構(gòu)成，該碳納米管 單紗的捻度為10轉(zhuǎn)/厘米到300轉(zhuǎn)/厘米，該碳納米管單紗的直徑為1微米到30微米；所 述金屬層包覆于所述碳納米管單紗的外表面，該金屬層厚度為1微米到5微米。
[0006] -種電火花線切割裝置，包括一線切割電極絲、一待加工工件以及一脈沖電源，所 述線切割電極絲與所述待加工工件之間存在一放電間隙，所述線切割電極絲用于切割所述 待加工工件；所述脈沖電源的兩級分別與所述線切割電極絲和所述待加工工件電連接，所 述脈沖電源用于提供一脈沖電壓，所述線切割電極絲包括一碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，該碳納米 管復(fù)合導(dǎo)線的拉伸應(yīng)變率小于等于3%，該碳納米管復(fù)合導(dǎo)線包括一碳納米管單紗以及一金 屬層，所述碳納米管單紗由多個碳納米管沿該碳納米管單紗軸向旋轉(zhuǎn)加捻構(gòu)成，該碳納米 管單紗的捻度為10轉(zhuǎn)/厘米到300轉(zhuǎn)/厘米，該碳納米管單紗的直徑為1微米到30微米； 所述金屬層包覆于所述碳納米管單紗的外表面，該金屬層厚度為1微米到5微米。
[0007] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的線切割電極絲及電火花線切割裝置具有以下優(yōu) 點：其一，由于碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)性能，因此，相同直徑的碳納米管復(fù)合線比純金屬 導(dǎo)線具有更高的機(jī)械強(qiáng)度，并可通過優(yōu)化所述碳納米管單紗的直徑和捻度，使所述碳納米 管復(fù)合導(dǎo)線的拉伸應(yīng)變率達(dá)到3%以下，從而可以顯著提高所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的拉伸 強(qiáng)度，使所線切割電極絲具有更好的抗拉伸性能，避免線切割時因線切割電極絲的抖動而 導(dǎo)致的電路短路，而且不易出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，損耗較??；其二，通過優(yōu)化所述碳納米管單紗的 直徑和捻度，可以使線切割電極絲的直徑達(dá)到2到35微米，可以實現(xiàn)對精度要求更高，尺寸 要求更小的工件進(jìn)行線切割。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明第一實施例提供的線切割電極絲橫截面的示意圖。
[0009] 圖2為本發(fā)明第一實施例提供的線切割電極絲中碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的掃描電鏡 照片。
[0010] 圖3為本發(fā)明第一實施例提供的線切割電極絲中碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的拉伸應(yīng)力 曲線。
[0011] 圖4為本發(fā)明第二實施例提供的電火花線切割裝置示意圖。
[0012] 主要元件符號說明
如下【具體實施方式】將結(jié)合所述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
【具體實施方式】
[0013] 下面將結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明提供的線切割電極絲作進(jìn)一步的詳細(xì)說 明。
[0014] 請參閱圖1，本發(fā)明第一實施例提供一種線切割電極絲10,用于電火花線切割。該 線切割電極絲10包括一碳納米管復(fù)合導(dǎo)線1。
[0015] 所述線切割電極絲10可以由一根碳納米管復(fù)合導(dǎo)線1形成，也可為多根碳納米管 復(fù)合導(dǎo)線1組成的絞線。所述線切割電極絲10的直徑范圍為2到35微米。
[0016] 具體地，該碳納米管復(fù)合導(dǎo)線1由一碳納米管單紗2以及一包覆于所述碳納米管 單紗外表面的金屬層3組成。所述碳納米管單紗2由多個碳納米管沿該碳納米管單紗2的 軸向旋轉(zhuǎn)加捻構(gòu)成。所述碳納米管單紗2可以通過從一碳納米管陣列中拉取獲得一碳納米 管線，并將所述碳納米管線的兩端相對回轉(zhuǎn)形成。由于從碳納米管陣列中直接拉取獲得的 碳納米管線中的碳納米管基本沿所述碳納米管線的軸向延伸，且在所述碳納米管線的軸向 方向通過范德華力首尾相連。故，在將所述碳納米管線的兩端相對回轉(zhuǎn)的過程中，該碳納米 管線中的碳納米管會沿碳納米管線的軸向方向螺旋狀排列，且在延伸方向通過范德華力首 尾相連，進(jìn)而形成所述碳納米管單紗2。另外，在將所述碳納米管線的兩端相對回轉(zhuǎn)的過程 中，所述碳納米管線中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距會變小，接觸面積增大，從而 使所述碳納米管單紗2中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的范德華力顯著增加，并緊密相 連。所述碳納米管單紗2中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距小于等于10納米。優(yōu)選 地，所述碳納米管單紗2中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距小于等于5納米。更優(yōu) 選地，所述碳納米管單紗2中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距小于等于1納米。由 于所述碳納米管單紗2中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距較小且通過范德華力緊 密相連，故，所述碳納米管單紗2具有光滑且致密的表面結(jié)構(gòu)。
[0017] 所述碳納米管單紗2的直徑為1微米到30微米。所述碳納米管單紗2的捻度為 10轉(zhuǎn)/厘米到300轉(zhuǎn)/厘米。所述捻度是指單位長度碳納米管線回轉(zhuǎn)的圈數(shù)。當(dāng)所述碳 納米管單紗2的直徑確定時，適當(dāng)?shù)哪矶瓤梢允顾鎏技{米管單紗2具有較好的機(jī)械性能。 這是由于，隨著捻度的增加，所述碳納米管單紗2中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間間距 的降低，從而使沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的作用力會增強(qiáng)；但是，當(dāng)捻度過大時，所 述碳納米管單紗2中沿軸向方向相鄰的碳納米管之間的作用力反而會降低。當(dāng)所述碳納米 管單紗2的直徑小于10微米時，所述碳納米管單紗2的捻度優(yōu)選為250轉(zhuǎn)/厘米到300轉(zhuǎn) /厘米；而當(dāng)所述碳納米管單紗2的直徑為10微米到20微米時，所述碳納米管單紗2的捻 度優(yōu)選為200轉(zhuǎn)/厘米到250轉(zhuǎn)/厘米；而當(dāng)所述碳納米管單紗2的直徑為25微米到30 微米時，所述碳納米管單紗2的捻度優(yōu)選為100轉(zhuǎn)/厘米到150轉(zhuǎn)/厘米。所述碳納米管 單紗2的機(jī)械強(qiáng)度可以達(dá)到相同直徑的金線的機(jī)械強(qiáng)度的5-10倍。本實施例中，所述碳納 米管單紗2的直徑約為25微米，且其捻度約為100轉(zhuǎn)/厘米。
[0018] 由于所述碳納米管單紗2具有光滑且致密的表面結(jié)構(gòu)，故，所述金屬層3可以和所 述碳納米管單紗2形成良好的結(jié)合，不易脫落。所述金屬層3均勻的包覆于所述碳納米管 單紗2的外表面，其厚度為1微米到5微米。當(dāng)所述金屬層3的厚度為1微米到5微米時， 所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線1的電導(dǎo)率可以到達(dá)所述金屬層3中金屬的電導(dǎo)率的50%以上。當(dāng) 所述金屬層3的厚度太小時，例如小于1微米，一方面不能顯著提高所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線 1的電導(dǎo)率，另一方面，還會使得該金屬層3在使用時容易被氧化，進(jìn)一步降低所述碳納米 管復(fù)合導(dǎo)線1的電導(dǎo)率及使用壽命。另外，實驗證明當(dāng)所述金屬層3的厚度大于一定值時， 例如大于5微米，所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線1的電導(dǎo)率不但不會顯著增加，還會額外增加所述 碳納米管復(fù)合導(dǎo)線1的直徑。所述金屬層3的材料可以為金、銀、銅、鑰、鎢等導(dǎo)電性較好的 金屬或合金。本實施例中，所述金屬層3為厚度約