一旦实验室样本得到认可,浇铸就可以开始了。大部分质量的线切割电极丝是用连续浇铸法制造的。连续浇铸是一种不间断的工艺过程,其中熔融材料从炉中倒入一个水冷式石墨模具的浇铸池内,然后通过模具的圆柱形通道使熔融的金属转变成连续的固体铜棒。(见图2A和图2B)。铜棒脱离模具(通常直径为16mm)后,在空气中自然冷却,并绕到一个大卷轴上。这个过程中需要仔细地控制工艺参数来保证铜棒的性质,诸如结晶粒度和材料完整性等,使后续的多个工序因此得到优化。
轧制
这些巨大的线圈被送到轧机上,把横截面缩小到适合进行首次拉丝的尺寸。横截面的实际形状因厂家不同而各异,其中切角正方形是比较常见的。经过一系列的轧制站后,铜棒的横截面大致上从16mm缩小到8mm并成为铜线,并再次被绕到大卷轴上。由于铜线在轧制过程中变形很严重,其硬度上升到了不退火就无法进行后续加工的程度。这时,整个线轴会被放入一个大退火炉中,加热到再结晶的温度后再慢慢冷却,使材料软化以便进行进一步的加工。此后,再被送到实验室检测冶金完整性和结晶粒度。
预拉丝
退火完成以后,方形的合金线被浸没在一种特殊的润滑液中拉过一连串的拉丝模(通常为10至20只)从而截面缩小到直径0.9mm左右。相邻拉丝模的直径缩小量、拉丝速度、润滑液种类和润滑状况、拉丝模开口的几何轮廓(见图3)以及拉丝模本身的材料等都对成品的质量起着关键作用。预拉丝过程中也可能加入额外的退火步骤。然后再次取样在实验室检测冶金完整性、结晶粒度、表面光洁度、拉伸强度和延伸率。这个阶段出来的成品被称为“母线”。
需要注意的是,由于浇铸、轧制和预拉丝工艺需要巨大的投资,很多电极丝制造商不能自己生产母线,而要向专门生产母线的工厂采购。因此对于这类不能一条龙生产的厂家来说,挑选高质量的炼铜厂购买母线是至关重要的,因为质量不稳定的母线是不可能生产出稳定的高品质电极丝来的。
精拉丝
把0.9mm的线拉制到最终尺寸的过程叫做精拉丝。精拉丝操作与预拉丝操作相似,区别在于精拉丝的所有工艺参数都必须严格控制,因为这个过程的产出的就是最终产品了。母线浸没在特殊的润滑液中被拉过一连串大约10到20只的拉丝模。在精拉丝阶段,所有拉丝模的芯材都是合成或天然钻石。
拉丝润滑液的工况和维护在精拉丝阶段极其重要。由于铜线横截面被强制缩小,拉丝模表面上的微观裂纹会产生铜粉,这些铜粉必须从润滑液中过滤出来,以免被带入下一个拉丝站。同时,因为润滑液吸收了拉丝过程中产生的大部分热量,所以它的温度要被严格控制。
线切割电极丝的直线度是由精拉丝中的最后一个拉丝站决定的。这只拉丝模孔的位置和姿态被调整到可以拉出直丝来。线切割电极丝拉制中没有校直过程,拉出来的丝,要么是直的,要么就不直。 从最后一个拉丝模中出来的电极丝又硬又脆,这是精拉丝过程的冷加工变形导致的。(注意在精拉丝过程中间是没有热处理步骤的)。因此拉丝完成后,必须立刻进行退火处理得到硬丝、半硬丝和软丝以符合不同的应用需求。这个退火工艺因厂家而异。
有些厂家采用电阻加热退火,给浸没在水基冷却液中的电极丝加上电流。另一些厂家则让电极丝通过管状的退火炉,炉内充有惰性气体用以防止氧化。
退火后,电极丝被清洗、干燥,然后绕到一个“中转线轴”上,大约每卷100公斤至200公斤。
在卷丝之前,电极丝成品会被取样送实验室检测以下指标::
直径、真圆度、拉伸强度、延伸率、直线度、清洁度、表面状况。 |