数控线切割加工变形和开裂原因分析

数控线切割加工变形和开裂原因分析数控线切割加工变形和开裂原因分析1数控线切割产生变形及裂纹的主要原因1.1数控线切割产生变形及裂纹与零件的结构有关1）凡窄长形状的凹模、凸模易产生变形，其变形量的大小与形状复杂程度、长宽比、型腔与边框的宽度比有关。形状越复杂，长宽比及型腔与边框宽度比越大，其模具变形量越大。变形的规律是型腔中部瘪入，凸模通常是翘曲；2）凡是形状复杂清角的淬火型腔，在尖角处极易产生裂纹，甚至易出现炸裂现象。其出现的频率与材料的成分、热处理工艺等有关；3）圆筒形壁厚较簿零件，若在内壁进行切割，易产生变形，一般由圆形变为椭圆形。若将其切割缺口，在即将切透时易产生炸裂现象；4）由零件外部切入的较深槽口，易产生变形，变形的规律为口部内收，变形量的大小与槽口的深度及材料性质有关。1.2数控线切割产生变形及裂纹与热加工工艺有关1）模具毛坯在锻造时始锻温度过高或过低，终锻温度偏低的零件；2）终锻温度过高，晶粒长大，终锻后冷却速度过慢，有网状碳化物析出的模坯；3)锻坯退火没有按照球化退火工艺进行，球化珠光体超过5级的零件；4）淬火加热温度过高，奥氏体晶粒粗大，降低材料强韧性，增加脆性；5）淬火工件未及时回火和回火不充分的零件。1.3数控线切割产生变形及裂纹与机械加工工艺有关1）面积较大的凹模，中间大面积切除而又事先未挖空，因切去框内较大的体积，框形尺寸将产生一定的变形；2）凡坯料中无外形起点穿丝孔，不得不从坯料外切入的，不论其凸模回火和形状如何，一般容易产生变形，尤其是淬火件变形严重，甚至在切割中产生裂纹；3）对热处理后的磨削零件，无砂轮粒度、进刀量、冷却方式等工艺要求，磨削后表面有烧伤及微裂纹等疵病的零件。1.4数控线切割产生变形及裂纹与材料有关1）原材料存在严重的碳化物偏析；2）淬透性差、易变形的材料，如T10A、T8A等。1.5与线切割工艺有关1）线切割路径选择不当，易产生变形；2）工件的夹压方式不可靠、夹压点的选择不当，均易产生变形；3）电规准选择不当，易产生裂纹。nextpage2数控线切割产生变形及裂纹防止变形和开裂的措施找到了变形和开裂的原因，即可对症下药采取相应的措施予以避免，防止变形、开裂。具体的措施可以从以下几个方面入手：2.1选择变形量较小的材料，采用正确的热处理工艺为了防止和减少变形、开裂，对需要线切割加工的模具，应对材料的选择、热加工、热处理直到制成成品的各个环节都要充分关注和重视；1）严格检查原材料化学成分、金相组织和探伤，对于不合格原材料和粗晶粒钢材及有害杂质含量超标钢材不宜选用；2）尽量选用真空冶炼、炉外精炼或电渣重熔钢材；3）避免选用淬透性差、易变形材料；4）坯料应合理锻造，遵守镦粗、拔长、锻压比等锻造守则，原材料长度与直径之比即锻造比最好选在2-3之间；5）改进热处理工艺，采用真空加热、保护气氛加热和充分脱氧盐浴炉加热及分级淬火、等温淬火；6）选择理想的冷却速度和冷却介质；7）淬火钢应及时回火，尽量消除淬火内应力，降低脆性；8）用较长时间回火，提高模具抗断裂韧性值；9）充分回火，得到稳定组织性能；10）多次回火使残余奥氏体转变充分和消除新的应力；11）对于有第二类回火脆性模具钢高温回火后应快冷(水冷或油冷)，可消除二类回火脆性；12）模具钢化学处理之前进行扩散退火、球化退火、调质处理，充分细化原始组织。2.2合理安排机械加工工艺1）线切割工件坯料的大小，要根据零件的大小确定，不宜太小。一般情况下，图形应位于坯料中部或离毛坯边缘较远而不易产生变形的位置上，通常应取图形到坯料边距大于10mm；2）凡较大的型腔或窄长而复杂的凸模，配制坯料时要改变传统的实心板料习惯。大框型腔、窄长型腔等易变形零件，其中间部位应镂空。这样淬火时表里状况得以改善，温差小，产生的应力小，同时切割时切除的体积也就小，应力达到平衡也就不至受破坏；3）在模具使用允许的情况下，大框形型腔零件的清角处，应适当增加工艺圆角R，或在线切割之前将清角处钻空，以缓解应力集中的现象；4）对凸模零件，在淬火之前应在凸块坯料中钻外形起点的穿丝孔，使工件在切割时保持内应力平衡且不被破坏，以免从材料外切入引起开裂变形。2.3优化线切割加工的工艺方案，选择合理的工艺参数2.3.1该进切割方法1）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。一般精切割时的切割量应根据第一次切割后的变形量大小而定，一般取0.5mm左右即可。这种办法常应用于形状复杂而势必产生变形的零件或要求精度较高、配合间隙较小的模具；2）改变两点夹压的习惯为单点夹压，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，但要注意，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；3）对易变形的切割零件，要根据零件形状特征统筹安排切割的起始点、程序走向及夹压位置，以减少变形量。一般应选择较平坦、已精加工或对工件性能影响不大的部位设置线切割的起始点。2.3.2选择合理的工艺参数1）采用高峰值窄脉冲电参数，使工件材料以气相抛出，气化温度大大高于融化温度，以带走大部分热量，避免工件表面过热而产生变形；2）有效地进行逐个脉冲检测，控制好集中放电脉冲串的长度，也可解决局部过热问题，消除裂纹的产生；3）脉冲能量对裂纹的影响极其明显，能量越大，裂纹则越宽越深；脉冲能量很小时，例如采用精加工电规准，表面粗糙度值＜Ra1.25μm,一般不易出现裂纹。