模具线切割加工变形和开裂原因分析与对策

模具线切割加工变形和开裂原因分析与对策模具线切割加工变形和开裂原因分析与对策 在在模具模具加工中 加工中 电火花线切割电火花线切割加工技术得到了广泛的应用 但在线切割加工过加工技术得到了广泛的应用 但在线切割加工过 程中 模具易产生变形和产生裂纹 造成零件的报废 使得成本增加等问题屡程中 模具易产生变形和产生裂纹 造成零件的报废 使得成本增加等问题屡 屡发生 所以 线切割加工中模具的变形和开裂问题 也越来越引起人们的关屡发生 所以 线切割加工中模具的变形和开裂问题 也越来越引起人们的关 注 多年来 人们对线切割加工的变形和开裂认识不够 往往造成线切割加工注 多年来 人们对线切割加工的变形和开裂认识不够 往往造成线切割加工 部门与来料加工者之间相互推脱责任 产生矛盾 其实 变形和开裂的原因是部门与来料加工者之间相互推脱责任 产生矛盾 其实 变形和开裂的原因是 多方面的 如材料问题 热处理问题 结构设计问题 工艺安排问题及线切割多方面的 如材料问题 热处理问题 结构设计问题 工艺安排问题及线切割 时工件的装夹和切割线路选择的问题等等 在这诸多因素中 能否找到线切割时工件的装夹和切割线路选择的问题等等 在这诸多因素中 能否找到线切割 加工变形和开裂规律呢 笔者通过多年的深入研究 提出了以下防止变形和开加工变形和开裂规律呢 笔者通过多年的深入研究 提出了以下防止变形和开 裂的措施 裂的措施 1 产生变形及裂纹的主要因素产生变形及裂纹的主要因素 在生产实践中 作者经过大量的实例分析 发现线切割加工产生变形和裂纹与在生产实践中 作者经过大量的实例分析 发现线切割加工产生变形和裂纹与 下列因素有关 下列因素有关 1 1 与零件的结构有关与零件的结构有关 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 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 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 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 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 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 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 的大小与槽口的深度及材料性质有关 1 2 与热加工工艺有关与热加工工艺有关 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 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 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 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 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 淬火工件未及时回火和回火不充分的零件 1 3 与机械加工工艺有关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 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 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 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 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 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 后表面有烧伤及微裂纹等疵病的零件 1 4 与材料有关与材料有关 1 原材料存在严重的碳化物偏析 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 淬透性差 易变形的材料 如 T10A T8A 等 等 1 5 与线切割工艺有关与线切割工艺有关 1 线切割路径选择不当 易产生变形 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 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 电规准选择不当 易产生裂纹 2 防止变形和开裂的措施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 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 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 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 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 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 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 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 坯料应合理锻造 遵守镦粗 拔长 锻压锻压比等锻造守则 原材料长度与直径比等锻造守则 原材料长度与直径 之比即锻造比最好选在之比即锻造比最好选在 2 3 之间 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 分级淬火 等温淬火 6 选择理想的冷却速度和冷却介质 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 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 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 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 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 对于有第二类回火脆性模具钢高温回火后应快冷 水冷或油冷水冷或油冷 可消除二 可消除二 类回火脆性 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 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 组织 2 2 合理安排机械加工工艺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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 温度 以带走大部分热量