线切割电极丝及线切割装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种线切割电极丝及应用该线切割电极丝的电火花线切割装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着机械加工技术日新月异，线切割电火花加工作为一种特种精密机械 加工技术也得到了迅速发展。电火花线切割的基本原理是利用不断移动的细金属导线作为 工具电极，工具电极与工件之间形成脉冲性放电腐蚀工件来实现加工。电火花线切割具有 加工精密度高、微细化、高效率、加工成本低等特点。
[0003] 线切割电极丝在电火花线切割中起着重要的作用。线切割电极丝需要具有耐磨性 好、耐高温、表面粗糙度好、耐腐蚀性好、拉伸强度大、导电率高等特点。目前常用的线切割 电极丝主要有钥丝和黄铜丝。目前线切割电极丝的直径一般在30微米到50微米之间，然 而，当达到这一数量级时，其抗拉强度会显著降低从而使耐用性较差，特别是当其直径达小 于30微米时，其抗拉强度会显著降低，难以满足实际应用的要求。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种抗拉强度较高且直径较小的线切割电极丝以及使用 所述线切割电极丝的电火花线切割装置。
[0005] -种线切割电极丝，用于电火花线切割，包括一碳纳米管复合导线，该碳纳米管复 合导线的拉伸应变率小于等于3%，该碳纳米管复合导线包括一碳纳米管单纱以及一金属 层，所述碳纳米管单纱由多个碳纳米管沿该碳纳米管单纱轴向旋转加捻构成，该碳纳米管 单纱的捻度为10转/厘米到300转/厘米，该碳纳米管单纱的直径为1微米到30微米；所 述金属层包覆于所述碳纳米管单纱的外表面，该金属层厚度为1微米到5微米。
[0006] -种电火花线切割装置，包括一线切割电极丝、一待加工工件以及一脉冲电源，所 述线切割电极丝与所述待加工工件之间存在一放电间隙，所述线切割电极丝用于切割所述 待加工工件；所述脉冲电源的两级分别与所述线切割电极丝和所述待加工工件电连接，所 述脉冲电源用于提供一脉冲电压，所述线切割电极丝包括一碳纳米管复合导线，该碳纳米 管复合导线的拉伸应变率小于等于3%，该碳纳米管复合导线包括一碳纳米管单纱以及一金 属层，所述碳纳米管单纱由多个碳纳米管沿该碳纳米管单纱轴向旋转加捻构成，该碳纳米 管单纱的捻度为10转/厘米到300转/厘米，该碳纳米管单纱的直径为1微米到30微米； 所述金属层包覆于所述碳纳米管单纱的外表面，该金属层厚度为1微米到5微米。
[0007] 与现有技术相比，本发明提供的线切割电极丝及电火花线切割装置具有以下优 点：其一，由于碳纳米管具有优异的力学性能，因此，相同直径的碳纳米管复合线比纯金属 导线具有更高的机械强度，并可通过优化所述碳纳米管单纱的直径和捻度，使所述碳纳米 管复合导线的拉伸应变率达到3%以下，从而可以显著提高所述碳纳米管复合导线的拉伸 强度，使所线切割电极丝具有更好的抗拉伸性能，避免线切割时因线切割电极丝的抖动而 导致的电路短路，而且不易出现断丝现象，损耗较小；其二，通过优化所述碳纳米管单纱的 直径和捻度，可以使线切割电极丝的直径达到2到35微米，可以实现对精度要求更高，尺寸 要求更小的工件进行线切割。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明第一实施例提供的线切割电极丝横截面的示意图。
[0009] 图2为本发明第一实施例提供的线切割电极丝中碳纳米管复合导线的扫描电镜 照片。
[0010] 图3为本发明第一实施例提供的线切割电极丝中碳纳米管复合导线的拉伸应力 曲线。
[0011] 图4为本发明第二实施例提供的电火花线切割装置示意图。
[0012] 主要元件符号说明
如下【具体实施方式】将结合所述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0013] 下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的线切割电极丝作进一步的详细说 明。
[0014] 请参阅图1，本发明第一实施例提供一种线切割电极丝10,用于电火花线切割。该 线切割电极丝10包括一碳纳米管复合导线1。
[0015] 所述线切割电极丝10可以由一根碳纳米管复合导线1形成，也可为多根碳纳米管 复合导线1组成的绞线。所述线切割电极丝10的直径范围为2到35微米。
[0016] 具体地，该碳纳米管复合导线1由一碳纳米管单纱2以及一包覆于所述碳纳米管 单纱外表面的金属层3组成。所述碳纳米管单纱2由多个碳纳米管沿该碳纳米管单纱2的 轴向旋转加捻构成。所述碳纳米管单纱2可以通过从一碳纳米管阵列中拉取获得一碳纳米 管线，并将所述碳纳米管线的两端相对回转形成。由于从碳纳米管阵列中直接拉取获得的 碳纳米管线中的碳纳米管基本沿所述碳纳米管线的轴向延伸，且在所述碳纳米管线的轴向 方向通过范德华力首尾相连。故，在将所述碳纳米管线的两端相对回转的过程中，该碳纳米 管线中的碳纳米管会沿碳纳米管线的轴向方向螺旋状排列，且在延伸方向通过范德华力首 尾相连，进而形成所述碳纳米管单纱2。另外，在将所述碳纳米管线的两端相对回转的过程 中，所述碳纳米管线中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距会变小，接触面积增大，从而 使所述碳纳米管单纱2中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的范德华力显著增加，并紧密相 连。所述碳纳米管单纱2中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距小于等于10纳米。优选 地，所述碳纳米管单纱2中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距小于等于5纳米。更优 选地，所述碳纳米管单纱2中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距小于等于1纳米。由 于所述碳纳米管单纱2中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距较小且通过范德华力紧 密相连，故，所述碳纳米管单纱2具有光滑且致密的表面结构。
[0017] 所述碳纳米管单纱2的直径为1微米到30微米。所述碳纳米管单纱2的捻度为 10转/厘米到300转/厘米。所述捻度是指单位长度碳纳米管线回转的圈数。当所述碳 纳米管单纱2的直径确定时，适当的捻度可以使所述碳纳米管单纱2具有较好的机械性能。 这是由于，随着捻度的增加，所述碳纳米管单纱2中沿径向方向相邻的碳纳米管之间间距 的降低，从而使沿径向方向相邻的碳纳米管之间的作用力会增强；但是，当捻度过大时，所 述碳纳米管单纱2中沿轴向方向相邻的碳纳米管之间的作用力反而会降低。当所述碳纳米 管单纱2的直径小于10微米时，所述碳纳米管单纱2的捻度优选为250转/厘米到300转 /厘米；而当所述碳纳米管单纱2的直径为10微米到20微米时，所述碳纳米管单纱2的捻 度优选为200转/厘米到250转/厘米；而当所述碳纳米管单纱2的直径为25微米到30 微米时，所述碳纳米管单纱2的捻度优选为100转/厘米到150转/厘米。所述碳纳米管 单纱2的机械强度可以达到相同直径的金线的机械强度的5-10倍。本实施例中，所述碳纳 米管单纱2的直径约为25微米，且其捻度约为100转/厘米。
[0018] 由于所述碳纳米管单纱2具有光滑且致密的表面结构，故，所述金属层3可以和所 述碳纳米管单纱2形成良好的结合，不易脱落。所述金属层3均匀的包覆于所述碳纳米管 单纱2的外表面，其厚度为1微米到5微米。当所述金属层3的厚度为1微米到5微米时， 所述碳纳米管复合导线1的电导率可以到达所述金属层3中金属的电导率的50%以上。当 所述金属层3的厚度太小时，例如小于1微米，一方面不能显著提高所述碳纳米管复合导线 1的电导率，另一方面，还会使得该金属层3在使用时容易被氧化，进一步降低所述碳纳米 管复合导线1的电导率及使用寿命。另外，实验证明当所述金属层3的厚度大于一定值时， 例如大于5微米，所述碳纳米管复合导线1的电导率不但不会显著增加，还会额外增加所述 碳纳米管复合导线1的直径。所述金属层3的材料可以为金、银、铜、钥、钨等导电性较好的 金属或合金。本实施例中，所述金属层3为厚度约