模具線切割加工變形和開裂原因分析與對(duì)策

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。
1產(chǎn)生變形及裂紋的主要因素
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)。
1.1與零件的結(jié)構(gòu)有關(guān)
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。變形的規(guī)律是型腔中部癟入,凸模通常是翹曲；
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)；
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；
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)。
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；
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。
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；
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；
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**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)
1）線切割路徑選擇不當(dāng),易產(chǎn)生變形；
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。
2防止變形和開裂的措施
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：
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）盡量選用真空冶煉、爐外精煉或電渣重熔鋼材；
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*好選在2-3之間；
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)；
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；
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**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；
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。
2.2合理安排機(jī)械加工工藝
1）線切割工件坯料的大小,要根據(jù)零件的大小確定,不宜太校一般情況下,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；
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)
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**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)**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；
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；
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)ぜ阅苡绊懖淮蟮牟课辉O(shè)置線切割的起始點(diǎn)。
2.3.2選擇合理的工藝參數(shù)
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；
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；
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。
3結(jié)語(yǔ)
以上是作者在多年生產(chǎn)實(shí)踐中摸索和總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn),在實(shí)際生產(chǎn)中取得了較好的效果。但引起線切割變形的因素很多,在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況制訂出*佳工藝方案,采用正確的工藝方法（尤其是熱加工、熱處理）,嚴(yán)格控制每道工序并不斷摸索和總結(jié),才能更有效地防止線切割的變形和開裂的問(wèn)題。