模具線切割加工變形和開裂原因分析與對(duì)策

1、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 程中，模具易產(chǎn)生變形和產(chǎn)生裂紋，造成零件的報(bào)廢，使得成本增加等問題屢 屢發(fā)生。所以，線切割加工中模具的變形和開裂問題，也越來越引起人們的關(guān) 注，多年來，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，如材料問題、熱處理問題、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題、工藝安排問題及線切割 時(shí)工件的裝夾和切割線路選擇的問題等等。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？筆者通過多年的深入研究，提出了以下防止變形和

2、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 寬比、型腔與邊框的寬度比有關(guān)。形狀越復(fù)雜，長寬比及型腔與邊框?qū)挾缺仍?大，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

3、）由零件外部切入的較深槽口，易產(chǎn)生變形，變形的規(guī)律為口部內(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)始鍛溫度過高或過低，終鍛溫度偏低的零件；2）終鍛溫度過高， 晶粒長大， 終鍛后冷卻速度過慢， 有網(wǎng)狀碳化物析出的模坯；3）鍛坯退火沒有按照球化退火工藝進(jìn)行，球化珠光體超過 5 級(jí)的零件；4）淬火加熱溫度過高，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）凡坯料中無外形起點(diǎn)穿絲孔，

4、不得不從坯料外切入的，不論其凸?；鼗鸷托?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)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)

5、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、 鍛壓 比等鍛造守則，原材料長度與直徑 之比即鍛造比最好選在 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)；

6、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；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 ；2）凡較大的型腔或窄長而復(fù)雜的凸模， 配制坯料時(shí)要改變

7、傳統(tǒng)的實(shí)心板料習(xí)慣。 大框型腔、窄長型腔等易變形零件，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)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

8、。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；2）改變兩點(diǎn)夾壓的習(xí)慣為單點(diǎn)夾壓，以便切割過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?響不大的部位設(shè)置線切割的起始點(diǎn)。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