模具線切割加工變形和開裂原因分析與對(duì)策

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     在模具加工中,，電火花線切割加工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用,，但在線切割加工過(guò)程中,，模具易產(chǎn)生變形和產(chǎn)生裂紋,，造成零件的報(bào)廢,，使得成本增加等問(wèn)題屢屢發(fā)生,。所以,，線切割加工中模具的變形和開裂問(wèn)題,，也越來(lái)越引起人們的關(guān)注，多年來(lái),，人們對(duì)線切割加工的變形和開裂認(rèn)識(shí)不夠,，往往造成線切割加工部門與來(lái)料加工者之間相互推脫責(zé)任，產(chǎn)生矛盾,。其實(shí),，變形和開裂的原因是多方面的，如材料問(wèn)題,、熱處理問(wèn)題,、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題、工藝安排問(wèn)題及線切割時(shí)工件的裝夾和切割線路選擇的問(wèn)題等等,。在這諸多因素中,，能否找到線切割加工變形和開裂規(guī)律呢？筆者通過(guò)多年的深入研究,，提出了以下防止變形和開裂的措施,。

- b8 K/ B3 `- x0 N        1 產(chǎn)生變形及裂紋的主要因素
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        在生產(chǎn)實(shí)踐中，作者經(jīng)過(guò)大量的實(shí)例分析,，發(fā)現(xiàn)線切割加工產(chǎn)生變形和裂紋與下列因素有關(guān),。
/ x1 T1 K: {4 g9 E& P( |6 t        1.1 與零件的結(jié)構(gòu)有關(guān)
. G; b( C5 h3 S1 s4 K        1）凡窄長(zhǎng)形狀的凹模、凸模易產(chǎn)生變形,，其變形量的大小與形狀復(fù)雜程度,、長(zhǎng)寬比、型腔與邊框的寬度比有關(guān),。形狀越復(fù)雜,，長(zhǎng)寬比及型腔與邊框?qū)挾缺仍酱�,，其模具變形量越大。變形的�?guī)律是型腔中部癟入,，凸模通常是翹曲,；
3 `3 ~" |4 h- o& [9 _9 J         2）凡是形狀復(fù)雜清角的淬火型腔，在尖角處極易產(chǎn)生裂紋,，甚至易出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象,。其出現(xiàn)的頻率與材料的成分、熱處理工藝等有關(guān),；
7 z# j* C5 L" b8 r$ Y! U) x        3）圓筒形壁厚較簿零件,，若在內(nèi)壁進(jìn)行切割，易產(chǎn)生變形,，一般由圓形變?yōu)闄E圓形,。若將其切割缺口，在即將切透時(shí)易產(chǎn)生炸裂現(xiàn)象,；
& U! Q* A0 ]8 d. b) j: F        4）由零件外部切入的較深槽口,，易產(chǎn)生變形，變形的規(guī)律為口部?jī)?nèi)收,，變形量的大小與槽口的深度及材料性質(zhì)有關(guān),。
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  a4 a( H6 X' D7 Q( P+ k        1.2 與熱加工工藝有關(guān)
        1）模具毛坯在鍛造時(shí)始鍛溫度過(guò)高或過(guò)低，終鍛溫度偏低的零件,；
3 b$ k5 F3 r6 B$ e8 Y        2）終鍛溫度過(guò)高,，晶粒長(zhǎng)大，終鍛后冷卻速度過(guò)慢,，有網(wǎng)狀碳化物析出的模坯,；
        3) 鍛坯退火沒(méi)有按照球化退火工藝進(jìn)行，球化珠光體超過(guò)5級(jí)的零件,；
        4）淬火加熱溫度過(guò)高,，奧氏體晶粒粗大，降低材料強(qiáng)韌性,，增加脆性,； 5）淬火工件未及時(shí)回火和回火不充分的零件。
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        1.3 與機(jī)械加工工藝有關(guān)
        1）面積較大的凹模,，中間大面積切除而又事先未挖空,，因切去框內(nèi)較大的體積，框形尺寸將產(chǎn)生一定的變形,；
! c% b3 |8 c5 |1 d% A2 Z5 }+ V        2）凡坯料中無(wú)外形起點(diǎn)穿絲孔,，不得不從坯料外切入的，不論其凸模回火和形狀如何,，一般容易產(chǎn)生變形,，尤其是淬火件變形嚴(yán)重，甚至在切割中產(chǎn)生裂紋,；   
) q& h9 [: j6 v1 _+ z& a! U/ I        3）對(duì)熱處理后的磨削零件,，無(wú)砂輪粒度、進(jìn)刀量,、冷卻方式等工藝要求,，磨削后表面有燒傷及微裂紋等疵病的零件。

        1.4 與材料有關(guān)
        1）原材料存在嚴(yán)重的碳化物偏析,；
        2）淬透性差、易變形的材料,，如T10A,、T8A等。
        
        1.5 與線切割工藝有關(guān)
7 ~  R% ^3 w; ~; W3 _$ L7 D) I; O        1）線切割路徑選擇不當(dāng),，易產(chǎn)生變形,；
/ y, e0 D$ H& i, s6 v        2）工件的夾壓方式不可靠、夾壓點(diǎn)的選擇不當(dāng),，均易產(chǎn)生變形,； 3）電規(guī)準(zhǔn)選擇不當(dāng)，易產(chǎn)生裂紋,。
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        2 防止變形和開裂的措施
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        找到了變形和開裂的原因,，即可對(duì)癥下藥采取相應(yīng)的措施予以避免，防止變形,、開裂,。具體的措施可以從以下幾個(gè)方面入手：
      
0 h+ T. x) S/ u2 c; i        2.1 選擇變形量較小的材料，采用正確的熱處理工藝 為了防止和減少變形,、開裂,，對(duì)需要線切割加工的模具，應(yīng)對(duì)材料的選擇,、熱加工,、熱處理直到制成成品的各個(gè)環(huán)節(jié)都要充分關(guān)注和重視,；
        1）嚴(yán)格檢查原材料化學(xué)成分,、金相組織和探傷，對(duì)于不合格原材料和粗晶粒鋼材及有害雜質(zhì)含量超標(biāo)鋼材不宜選用,；
% ~2 `! q+ C8 q7 C        2）盡量選用真空冶煉,、爐外精煉或電渣重熔鋼材；
" A7 e& L$ ^/ t/ Z* c. P( H        3）避免選用淬透性差、易變形材料,；
        4）坯料應(yīng)合理鍛造,，遵守鐓粗、拔長(zhǎng),、鍛壓比等鍛造守則,，原材料長(zhǎng)度與直徑之比即鍛造比最好選在2-3之間,；
8 v0 L- P- `' B' H1 B8 ^: W        5）改進(jìn)熱處理工藝,，采用真空加熱、保護(hù)氣氛加熱和充分脫氧鹽浴爐加熱及分級(jí)淬火,、等溫淬火,；
        6）選擇理想的冷卻速度和冷卻介質(zhì)；
( v  [3 {+ n  l3 L, h/ ~) [* n; L        7）淬火鋼應(yīng)及時(shí)回火,，盡量消除淬火內(nèi)應(yīng)力,，降低脆性；
        8）用較長(zhǎng)時(shí)間回火,，提高模具抗斷裂韌性值,；
* E) h6 Y+ E. D/ G+ m- a! i0 U        9）充分回火，得到穩(wěn)定組織性能,；
        10）多次回火使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變充分和消除新的應(yīng)力,；
        11）對(duì)于有第二類回火脆性模具鋼高溫回火后應(yīng)快冷(水冷或油冷)，可消除二類回火脆性,；
. V) ]3 u. @. z        12）模具鋼化學(xué)處理之前進(jìn)行擴(kuò)散退火,、球化退火、調(diào)質(zhì)處理,，充分細(xì)化原始組織,。
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9 F* _+ _4 P% K) T5 J& u        2.2 合理安排機(jī)械加工工藝
8 N( b; D& g) t: {6 L        1）線切割工件坯料的大小，要根據(jù)零件的大小確定,，不宜太小,。一般情況下，圖形應(yīng)位于坯料中部或離毛坯邊緣較遠(yuǎn)而不易產(chǎn)生變形的位置上,，通常應(yīng)取圖形到坯料邊距大于10mm,；
0 N0 [5 @& A# T4 p  T        2）凡較大的型腔或窄長(zhǎng)而復(fù)雜的凸模，配制坯料時(shí)要改變傳統(tǒng)的實(shí)心板料習(xí)慣,。大框型腔,、窄長(zhǎng)型腔等易變形零件，其中間部位應(yīng)鏤空,。這樣淬火時(shí)表里狀況得以改善,，溫差小,，產(chǎn)生的應(yīng)力小，同時(shí)切割時(shí)切除的體積也就小,，應(yīng)力達(dá)到平衡也就不至受破壞,；
        3）在模具使用允許的情況下，大框形型腔零件的清角處,，應(yīng)適當(dāng)增加工藝圓角R,，或在線切割之前將清角處鉆空，以緩解應(yīng)力集中的現(xiàn)象,；
        4）對(duì)凸模零件,，在淬火之前應(yīng)在凸塊坯料中鉆外形起點(diǎn)的穿絲孔，使工件在切割時(shí)保持內(nèi)應(yīng)力平衡且不被破壞,，以免從材料外切入引起開裂變形,。

        2.3 優(yōu)化線切割加工的工藝方案，選擇合理的工藝參數(shù)
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2 S9 O' ~9 F  X        2.3.1該進(jìn)切割方法
        1）改變一次切割到位的傳統(tǒng)習(xí)慣為粗,、精二次切割,，以便第一次粗切割后的變形量在精切割時(shí)及時(shí)地被修正。一般精切割時(shí)的切割量應(yīng)根據(jù)第一次切割后的變形量大小而定,，一般取0.5mm左右即可。這種辦法常應(yīng)用于形狀復(fù)雜而勢(shì)必產(chǎn)生變形的零件或要求精度較高,、配合間隙較小的模具,；
1 \* \6 J' j: H" _8 A8 x1 t        2）改變兩點(diǎn)夾壓的習(xí)慣為單點(diǎn)夾壓，以便切割過(guò)程中的變形能自由伸張,，防止兩點(diǎn)夾壓對(duì)變形的干涉,，但要注意，單點(diǎn)夾壓的合理部位通常在末尾程序處,。這樣所產(chǎn)生的變形只影響廢料部分,，避免了對(duì)成型部分的影響；
0 H$ Y9 G. G+ x& _- i+ ~- s/ D8 `1 ]        3）對(duì)易變形的切割零件,，要根據(jù)零件形狀特征統(tǒng)籌安排切割的起始點(diǎn),、程序走向及夾壓位置，以減少變形量,。一般應(yīng)選擇較平坦,、已精加工或?qū)�工件性能影響不大的部位設(shè)置線切割的起始點(diǎn)。

        2.3.2選擇合理的工藝參數(shù)
1 W/ R' w9 m  K4 C0 E7 J        1）采用高峰值窄脈沖電參數(shù),，使工件材料以氣相拋出,，氣化溫度大大高于融化溫度，以帶走大部分熱量,，避免工件表面過(guò)熱而產(chǎn)生變形,；
( L  n9 p+ y+ Q2 g/ L        2）有效地進(jìn)行逐個(gè)脈沖檢測(cè),，控制好集中放電脈沖串的長(zhǎng)度，也可解決局部過(guò)熱問(wèn)題,，消除裂紋的產(chǎn)生,；
7 V* X7 [1 {  Z7 l) b2 P        3）脈沖能量對(duì)裂紋的影響極其明顯，能量越大,，裂紋則越寬越深,；脈沖能量很小時(shí)，例如采用精加工電規(guī)準(zhǔn),，表面粗糙度值＜Ra1.25μm,一般不易出現(xiàn)裂紋,。

鐵血江湖

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liu656654

好

顏龍?jiān)?/a>

學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)了，

李治平LZP

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