模具設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)論文線切割加工變形和開裂問題分析

1、XXXXXXX學(xué)院畢業(yè)實(shí)習(xí)專題報(bào)告題 目： 線切割加工變形和開裂問題分析 作 者： XXXXXX 學(xué) 號(hào)： XXXXXXXXXX 班 級(jí)： 08模具 系 別： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 模具設(shè)計(jì)與制造 2011年6月 福建XXXX摘要“電火花數(shù)控線切割加工”是利用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線（銅絲或鉬絲）作為電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電、切割成形。它為機(jī)械制造業(yè)中加工某些特殊的材料、特殊形狀的工件提供了切實(shí)可行的方法，如高強(qiáng)度、高硬度的淬火鋼；微細(xì)異型孔、窄縫等。電火花數(shù)控線切割加工技術(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

2、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？因此，本人通過3個(gè)多月的深入研究弄清楚加工變形和開裂的原因并采取相應(yīng)的措施，對(duì)降低加工成本和保證加工質(zhì)量和速度十分重要，更能推進(jìn)該工藝的進(jìn)一步發(fā)展，早日實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無人操作加工。關(guān)鍵詞：線切割；變形；開裂；措施目錄摘要I目錄II1. 前言11.1 實(shí)習(xí)目的11.

3、2 實(shí)習(xí)基本情況11.3 實(shí)習(xí)過程發(fā)現(xiàn)的問題變形和開裂12. 變形和開裂的原因22.1“電火花線切割加工”原理22.2引起“電火花線切割加工”變形和開裂的原因22.2.1 與零件的結(jié)構(gòu)有關(guān)32.2.2 與熱加工工藝有關(guān)32.2.3 與機(jī)械加工工藝有關(guān)32.2.4 與材料有關(guān)32.2.5 與線切割工藝有關(guān)33. 防止變形和開裂43.1 選擇變形量較小的材料，采用正確的熱處理工藝43.2 合理安排機(jī)械加工工藝43.4選擇合理的工藝參數(shù)5結(jié)尾6參考文獻(xiàn)71. 前言畢業(yè)實(shí)習(xí)是我們在完成教學(xué)計(jì)劃所規(guī)定的全部理論課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的總結(jié)性實(shí)習(xí)，是培養(yǎng)和檢驗(yàn)我們綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)的基本理論、基本技能，理論聯(lián)系實(shí)

4、際以及獨(dú)立地分析問題、解決問題的重要環(huán)節(jié)。1.1 實(shí)習(xí)目的畢業(yè)實(shí)習(xí)的目的就在于使我們學(xué)生加深對(duì)所學(xué)專業(yè)課程的理解，鞏固所學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力，并通過實(shí)習(xí)了解專業(yè)工作的內(nèi)容，從中學(xué)習(xí)和獲取專業(yè)工作的能力和經(jīng)驗(yàn)，以提高運(yùn)用理論知識(shí)和解決實(shí)際問題的能力。1.2 實(shí)習(xí)基本情況本次畢業(yè)實(shí)習(xí)學(xué)院采取分散實(shí)習(xí)法，即學(xué)生自己去尋找相關(guān)的實(shí)習(xí)單位進(jìn)行實(shí)習(xí)。在多日的尋找后，我有幸來到了“福安精誠模具有限公司”來完成我學(xué)業(yè)的最后一部分畢業(yè)實(shí)習(xí)。本次我個(gè)人的畢業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)間是從3月1號(hào)到5月30號(hào)，實(shí)習(xí)單位的地點(diǎn)位于福建省寧德市福安精誠模具有限公司，在公司了解我的基本情況后，公司決定把我安排在線切割車間來完成這

5、次畢業(yè)實(shí)習(xí)。1.3 實(shí)習(xí)過程發(fā)現(xiàn)的問題變形和開裂在三多月的實(shí)習(xí)當(dāng)中，我們雖然能加工出合格的模具，但是我們也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)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。經(jīng)過于師傅的交談和加上多方的調(diào)查，我了解到變形和開裂一直是線切割加工中的一個(gè)最嚴(yán)重的問題。如果在線切割進(jìn)行的過程中制件出現(xiàn)變形和開裂，不僅會(huì)造成一定程度的經(jīng)濟(jì)損失，浪費(fèi)了大量的工作時(shí)間，而且還會(huì)影響工件的加工質(zhì)量，嚴(yán)重的甚至?xí)斐晒ぜ?bào)廢。甚至還會(huì)增加實(shí)現(xiàn)無人操作加工的困難，這就阻礙了線切割工藝的進(jìn)一步發(fā)展。因此，研究變形和開裂的原因和防止變形和開裂的有效方法顯的極為重要。2. 變形和開裂的原因引

6、起變形和開裂的原因諸多，例如運(yùn)絲機(jī)構(gòu)（也稱導(dǎo)絲機(jī)構(gòu))存在缺陷、與工件相關(guān)問題、加工路線等等。2.1“電火花線切割加工”原理電火花線切割加工，英文全稱：Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM,它是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工藝方法。其基本原理是利用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線（銅絲或鉬絲）作為電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電、切割成形。如“電火花線切割原理圖”（最好把圖貼上）中所示可以看出，利用鉬絲4作工具電極進(jìn)行切割；貯絲筒7使鉬絲作正反交替移動(dòng)，加工能源由脈沖電源3提供，在電極絲和工件之間不斷地注入工作液。工件和電極絲的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由放置工件的工作臺(tái)在

7、X和Y兩方向的運(yùn)動(dòng)合成實(shí)現(xiàn)。根據(jù)不同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以加工不同形狀的輪廓。通過了解線切割的工作原理，我們不難發(fā)現(xiàn)，運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、工作液及脈沖電源與斷絲有密切關(guān)系，也與電極絲選擇有關(guān)，在不同工件中加工，工件的強(qiáng)度對(duì)引起電極絲斷絲問題自然也有一定的聯(lián)系。2.2引起“電火花線切割加工”變形和開裂的原因經(jīng)過3個(gè)多月的畢業(yè)實(shí)習(xí)觀察和多方的查閱，斷絲的因素總結(jié)如下：1、 與零件的結(jié)構(gòu)有關(guān)2、 與熱加工工藝有關(guān)3、 與機(jī)械加工工藝有關(guān)4、 與材料有關(guān)5、 與線切割工藝有關(guān)2.2.1 與零件的結(jié)構(gòu)有關(guān)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

8、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； 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)； 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； 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)。 2.2.2 與熱加工工藝有關(guān)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； 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；鍛坯退火沒有按照球化退火工

9、藝進(jìn)行，球化珠光體超過5級(jí)的零件；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；淬火工件未及時(shí)回火和回火不充分的零件。 2.2.3 與機(jī)械加工工藝有關(guān)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；凡坯料中無外形起點(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；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。 2.2.4 與材料有關(guān)原材料存在嚴(yán)重的碳化物偏析； 淬透性差、易變形的材料，如T10A、T8A等2.2.

10、5 與線切割工藝有關(guān)線切割路徑選擇不當(dāng)，易產(chǎn)生變形；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；電規(guī)準(zhǔn)選擇不當(dāng)，易產(chǎn)生裂紋。 3. 防止變形和開裂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：3.1 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； 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；盡量選用真空冶煉、爐外精煉或電渣重熔鋼材；避免選用淬透性差、

11、易變形材料；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；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；選擇理想的冷卻速度和冷卻介質(zhì)；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；用較長時(shí)間回火，提高模具抗斷裂韌性值；充分回火，得到穩(wěn)定組織性能；多次回火使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變充分和消除新的應(yīng)力；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；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3.2 合理安排機(jī)械加工工藝 線切割工件坯料的大小，要根據(jù)零件的大小確定

12、，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；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；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；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。 3.3 優(yōu)

13、化線切割加工的工藝方案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；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；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?/p>

14、影響不大的部位設(shè)置線切割的起始點(diǎn)。3.4 選擇合理的工藝參數(shù)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，避免工件表面過熱而產(chǎn)生變形；有效地進(jìn)行逐個(gè)脈沖檢測，控制好集中放電脈沖串的長度，也可解決局部過熱問題，消除裂紋的產(chǎn)生； 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Ra1.25m,一般不易出現(xiàn)裂紋。結(jié) 尾在“電火花數(shù)控線切割加工”中，影響變形和開裂的因素很多，且往往是相互依賴，相互制約的。本文只是針對(duì)部分變形和開裂現(xiàn)象作了研究和分析，并提出相應(yīng)的預(yù)防和解決方法，相信對(duì)減少變形和開裂這一問題能有一定的幫助。 在老師的指導(dǎo)和自己的努力下，順利完成了畢業(yè)實(shí)習(xí)專題報(bào)告的任務(wù)和要求，使自己得