電火花線(xiàn)切割機(jī)在模具加工中的正確應(yīng)用

在模具加工中，電火花線(xiàn)切割加工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，但在線(xiàn)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(xiàn)切割加工中模具的變形和開(kāi)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(xiàn)切割加工的變形和開(kāi)裂認(rèn)識(shí)不夠，往往造成線(xiàn)切割加工部門(mén)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(kāi)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(xiàn)切割時(shí)工件的裝夾和切割線(xiàn)路選擇的問(wèn)題等等。在這諸多因素中，能否找到線(xiàn)切割加工變形和開(kāi)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(kāi)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(xiàn)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�?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(xiàn)切割工藝有關(guān)

　　1）線(xiàn)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(kāi)裂的措施

　　找到了變形和開(kāi)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(kāi)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(kāi)裂，對(duì)需要線(xiàn)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);

　　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)于有第二類(lèi)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(lèi)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(xiàn)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(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(xiàn)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(kāi)裂變形。

　　2.3優(yōu)化線(xiàn)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;

　　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)�工件性能影響不大的部位設(shè)置線(xiàn)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