浅析电火花线切割加工中的变形与开裂

浅析电火花线切割加工中的变形和开裂（王瑞雪473000南阳市高级技工学校）摘要：本文分析了线切割过程引起变形与开裂的机理、因素及预防措施关键词：模具变形机理、影响因素、碳化物偏析、防止措施、固溶超细化本人在模具教学实际装配时，常常发现学生在线切割加工中用同一加工轨迹生产的“凹模，凸模”不配。配合间隙大的大，小的小，出现严重的形状“错位”变形。下面就模具变形和开裂机理、影响变形和开裂主要因素和控制模具变形的措施与大家共同探讨，以提高模具产品的质量和使用寿命，并为模具教学提供切实的经验。一、模具变形和开裂的机理在电火花线切割加工过程中，由于受瞬时高温作用和工作液快速冷却作用，使材料化学成分和组织结构发生变化，形成加工变质层（非回火马氏体、残余奥氏体、树枝状共晶碳化物）。该变质层是形成裂纹和变形的原由。二、影响变形及裂纹的影响因素1、模具材料和热处理：材料决定性能，性能决定用途。材料和热处理引起的变形和开裂主要存在两方面：1）原材料存在严重的碳化物偏析现象；即：含有大量的共晶碳化物，且碳化物呈网状和带状分布不均匀，偏析严重。2）选用淬透性差、易变形的材料，如T10A、T8A等。2、模具结构：它包括模具工作部分的几何形状（圆角半径、凸模端面形状、凹模锥角和凹模截面变化）和模具的结构形式（整体式模具和组合式模具两种）。3、线切割加工工艺：如切割路径、穿丝孔、工艺安排、工件装夹。三、防止变形和开裂的措施为了防止和减少变形和开裂，应从材料的选择、热加工（锻打、热处理）、结构设计、加工工艺等各个环节都应充分关注和重视；1、选择变形量较小的材料，采用正确的热处理工艺。1）对存在碳化物严重偏析的模具钢。要通过合理锻造，使碳化物均匀细化，呈细粒状弥散分布。且要进行必要的热处理，以消除锻后残余应力的影响。对于尺寸较大或无法锻造的模具，可采用固溶双细化处理，使碳化物细化、棱角圆整化，同时使奥氏体晶粒超细化。可达到减少模具热处理变形的目的。2）选择锻造性好、淬透性好、热处理变形小的材料。模具材料应尽量选用CrWMn、Cr12MoV、Cr12、GCr15等合金工具钢。尽量不要选用铸铁或T8A、T10A等碳素工具钢。因为铸铁中杂质较多，易形成裂纹源；碳素工具钢淬透性差、易变形。2、结构设计时：在模具使用允许的情况下，应适当增加工艺圆角R，或在线割之前将清角处钻空，以缓解应力集中的现象；采用组合式模具代替整体式模具可避免应力集中和裂纹的产生。3、合理安排线切割加工工艺。1）选择切割路径时，a、应避免从工件端面由外向里开始加工，这样容易破坏工件的刚度且因为放电时电极丝单向受电火花冲击力，使电极丝运行不稳定，出现断丝。（如：加工凸形类零件时，尽可能从穿丝孔加工）；b、加工路线一般按照从已固定方向未固定方向切割。如图所示，装夹固定位置在左边，五角星凸模在右侧。图1按逆时针箭头方向切割，由于坯料两侧的连接材料很快被割断，左侧工件刚性很差，难以抵抗应力而变形，使得五角星凸模尺寸精度产生较大误差，若改用图2路线进行切割，则模坯产生变形，从而保证了五角星凸模的精度。C、对于在一块毛坯上要切出两个以上零件，不应该连续一次切割出来，而应从不同穿丝孔开始加工。2）线切割的穿丝孔不仅是电极丝相对工件运动的起点，也与工件的淬火前后的应力平衡有关。如：切割凸模时，如果不加工穿丝孔，直接从材料外切人，因材料应力不平衡，会产生张口变形或闭口变形；另外:如果在一个毛坯上要切割两个或两个以上零件时，最好每个零件都有相应的穿丝孔，这样可以有效限制工件内部应力的释放，从而提高零件的加工精度。3）改变一次切割到位的传统习惯为粗、精二次切割，以便第一次粗切割后的变形量在精切割时及时地被修正。如图3中第一次为粗加工，第二次切割为精加工，（1第一次切割路线；2第一次切割后的实际图形；3第二次切割的图形）图3线切割路线的确定对于上图也可以先去除中间大面积后热处理再线切割也可减少变形。4）尽可能采用单点夹压，以便切割过程中的变形能自由伸张，防止两点夹压对变形的干涉，且单点夹压的合理部位通常在末尾程序处。这样所产生的变形只影响废料部分，避免了对成型部分的影响；结束语：线切割过程中零件的变形及开裂因素除了与材料、热处理、结构设计、工艺安排、工件的装夹和切割路径选择有关外，还与机床电参数等有关。只有严格每道工序和工艺才能把工件的变形和开裂降到最低。参考文献：1、赵玉民Cr12MoV钢的固溶双细化研究材料热处理技术2008、012、周明贵模具线切割加工变形与开裂原因分析与对策模具加工20073、模具材料与热处理中国劳动社会保障出版社