模具線切割加工變形和開裂原因分析與對策

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     在模具加工中，電火花線切割加工技術得到了廣泛的應用，但在線切割加工過程中，模具易產生變形和產生裂紋，造成零件的報廢，使得成本增加等問題屢屢發生。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注，多年來，人們對線切割加工的變形和開裂認識不夠，往往造成線切割加工部門與來料加工者之間相互推脫責任，產生矛盾。其實，變形和開裂的原因是多方面的，如材料問題、熱處理問題、結構設計問題、工藝安排問題及線切割時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律呢？筆者通過多年的深入研究，提出了以下防止變形和開裂的措施。
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        1 產生變形及裂紋的主要因素

# e* P" j' P# H- _  h        在生產實踐中，作者經過大量的實例分析，發現線切割加工產生變形和裂紋與下列因素有關。
        1.1 與零件的結構有關
        1）凡窄長形狀的凹模、凸模易產生變形，其變形量的大小與形狀復雜程度、長寬比、型腔與邊框的寬度比有關。形狀越復雜，長寬比及型腔與邊框寬度比越大，其模具變形量越大。變形的規律是型腔中部癟入，凸模通常是翹曲；
         2）凡是形狀復雜清角的淬火型腔，在尖角處極易產生裂紋，甚至易出現炸裂現象。其出現的頻率與材料的成分、熱處理工藝等有關；
: Z7 w/ A4 l3 l        3）圓筒形壁厚較簿零件，若在內壁進行切割，易產生變形，一般由圓形變為橢圓形。若將其切割缺口，在即將切透時易產生炸裂現象；
, E2 ]3 F3 l# {, U+ A        4）由零件外部切入的較深槽口，易產生變形，變形的規律為口部內收，變形量的大小與槽口的深度及材料性質有關。

        1.2 與熱加工工藝有關
5 t: M9 j5 D. i        1）模具毛坯在鍛造時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，有網狀碳化物析出的模坯；
, g5 H  M- }5 k" Y# B$ q        3) 鍛坯退火沒有按照球化退火工藝進行，球化珠光體超過5級的零件；
        4）淬火加熱溫度過高，奧氏體晶粒粗大，降低材料強韌性，增加脆性； 5）淬火工件未及時回火和回火不充分的零件。
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5 H  K( R- A5 o( B2 g# H        1.3 與機械加工工藝有關
$ \4 O+ X  Z/ |        1）面積較大的凹模，中間大面積切除而又事先未挖空，因切去框內較大的體積，框形尺寸將產生一定的變形；
- G! Y, A, L( |" C! a        2）凡坯料中無外形起點穿絲孔，不得不從坯料外切入的，不論其凸模回火和形狀如何，一般容易產生變形，尤其是淬火件變形嚴重，甚至在切割中產生裂紋；   
        3）對熱處理后的磨削零件，無砂輪粒度、進刀量、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。
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        1.4 與材料有關
3 z7 T. \2 I  J4 \3 Z/ o        1）原材料存在嚴重的碳化物偏析；
        2）淬透性差、易變形的材料，如T10A、T8A等。
        
' d+ U7 H. O8 g0 {% v. N        1.5 與線切割工藝有關
7 x4 e; d+ ?# c8 _9 e# r8 E; S# p        1）線切割路徑選擇不當，易產生變形；
% d" H, c- c. g! N        2）工件的夾壓方式不可靠、夾壓點的選擇不當，均易產生變形； 3）電規準選擇不當，易產生裂紋。
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- h3 ^6 R( f5 @2 O        2 防止變形和開裂的措施
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) L2 c$ i- `+ H" {3 U/ m, C, _% V6 H: q        找到了變形和開裂的原因，即可對癥下藥采取相應的措施予以避免，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，對需要線切割加工的模具，應對材料的選擇、熱加工、熱處理直到制成成品的各個環節都要充分關注和重視；
9 i/ K/ |& o' Q        1）嚴格檢查原材料化學成分、金相組織和探傷，對于不合格原材料和粗晶粒鋼材及有害雜質含量超標鋼材不宜選用；
8 c% y8 z) |7 O8 X' C7 b' \        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）改進熱處理工藝，采用真空加熱、保護氣氛加熱和充分脫氧鹽浴爐加熱及分級淬火、等溫淬火；
: X' N: Z; ~8 N1 Z! N3 T        6）選擇理想的冷卻速度和冷卻介質；
        7）淬火鋼應及時回火，盡量消除淬火內應力，降低脆性；
8 E7 W1 c, n0 Q5 S" M        8）用較長時間回火，提高模具抗斷裂韌性值；
) T/ M  c: N* m        9）充分回火，得到穩定組織性能；
, ]! i9 E3 l5 ?        10）多次回火使殘余奧氏體轉變充分和消除新的應力；
        11）對于有第二類回火脆性模具鋼高溫回火后應快冷(水冷或油冷)，可消除二類回火脆性；
        12）模具鋼化學處理之前進行擴散退火、球化退火、調質處理，充分細化原始組織。
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1 h( ], ]* e% j. J        2.2 合理安排機械加工工藝
        1）線切割工件坯料的大小，要根據零件的大小確定，不宜太小。一般情況下，圖形應位于坯料中部或離毛坯邊緣較遠而不易產生變形的位置上，通常應取圖形到坯料邊距大于10mm；
        2）凡較大的型腔或窄長而復雜的凸模，配制坯料時要改變傳統的實心板料習慣。大框型腔、窄長型腔等易變形零件，其中間部位應鏤空。這樣淬火時表里狀況得以改善，溫差小，產生的應力小，同時切割時切除的體積也就小，應力達到平衡也就不至受破壞；
3 S' T5 n/ |$ x2 z* G) I. h- R. U        3）在模具使用允許的情況下，大框形型腔零件的清角處，應適當增加工藝圓角R，或在線切割之前將清角處鉆空，以緩解應力集中的現象；
        4）對凸模零件，在淬火之前應在凸塊坯料中鉆外形起點的穿絲孔，使工件在切割時保持內應力平衡且不被破壞，以免從材料外切入引起開裂變形。

& V! R5 i- Y, P& Z% I$ @/ M  h6 {        2.3 優化線切割加工的工藝方案，選擇合理的工藝參數

2 g- t( y! j% d0 f7 Y; z7 e        2.3.1該進切割方法
9 y) ^- f" o5 f) G2 |! D        1）改變一次切割到位的傳統習慣為粗、精二次切割，以便第一次粗切割后的變形量在精切割時及時地被修正。一般精切割時的切割量應根據第一次切割后的變形量大小而定，一般取0.5mm左右即可。這種辦法常應用于形狀復雜而勢必產生變形的零件或要求精度較高、配合間隙較小的模具；
        2）改變兩點夾壓的習慣為單點夾壓，以便切割過程中的變形能自由伸張，防止兩點夾壓對變形的干涉，但要注意，單點夾壓的合理部位通常在末尾程序處。這樣所產生的變形只影響廢料部分，避免了對成型部分的影響；
9 E  K/ J8 ~% B/ s. o' i8 |        3）對易變形的切割零件，要根據零件形狀特征統籌安排切割的起始點、程序走向及夾壓位置，以減少變形量。一般應選擇較平坦、已精加工或對工件性能影響不大的部位設置線切割的起始點。
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( d+ U& t% c) i$ X' k. k& @        2.3.2選擇合理的工藝參數
: A* C* f$ f6 i4 n; x4 S5 y        1）采用高峰值窄脈沖電參數，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生變形；
        2）有效地進行逐個脈沖檢測，控制好集中放電脈沖串的長度，也可解決局部過熱問題，消除裂紋的產生；
' A0 j/ @0 Q3 j8 K        3）脈沖能量對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，例如采用精加工電規準，表面粗糙度值＜Ra1.25μm,一般不易出現裂紋。

鐵血江湖

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liu656654

好

顏龍云

學習學習了，

李治平LZP

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