复杂内孔型腔数控线切割开裂原因分析及改进措施①

蒋光玉 王宝泉

摘要:数控线切割在生产由于生产对象不同,经常出现各种开裂缺陷。本文在分析生产过程中暴露出来的各种开裂原因,并针对不同开裂原因提出了针对性的改进措施。

关键词:内孔型腔切割碳素工具钢硬度

中图分类号:TG659 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0105-01

剪切冲裁模一般采用淬火后磨削加工上、下两平面,然后采用数控线切割的方法加工复杂形状内孔。材料一般为碳素工具钢如:T7、T8或中低合金工具钢等,硬度要求为58HRC～62HRC。在实际生成中,发现采用数控线切割加工扇形腔时凹模经常出现开裂的情况,造成大量废品的产生,严重影响了生产进度和产品质量。下面,对数控线切割开裂原因进行分析并提出一些改进措施。

1造成工件开裂的原因分析

1.1 切割厚度较大

淬火时,中间部位难以淬透,因而产生塑性收缩,热应力和组织应力残留在钢的内部。当数控线切割时,应力平衡被破坏,内部应力释放时,释放内部压力是更大的比强度的材料,工件开裂,造成裂缝。

1.2 预先没有开腔

造成淬火时表里温差较大,内应力分布不均匀。在数控线切割,切割力和切削作用使热处理后工件应力平衡被破坏,应力分布,局部应力集中,当超过材料的抗拉强度,切割部位将裂纹。

1.3 材料组织成分不均匀

由于材料组成的非均匀损伤材料基体组织的连续性,形成应力分布不均匀,导致部分组成部分的应力集中,数控线切割进一步增加这些区域的应力集中,造成应力集中区开裂。

1.4 材料淬透性差及回火温度和次数难以消除残余应力影响

因为淬火材料存在较大的残余应力,以确保模具淬火后的硬度,需160低温回火,回火频率为第一时间。作为一个结果,回火温度较低,很难大幅度消除零件淬火残余应力,加上零件淬火后硬度,脆性大,易造成数控线切割裂纹。

1.5 加工工艺的影响

由于工艺参数,如轮选择不当,容易导致磨死平面产生大量非常小的磨削裂纹。而磨削裂纹的裂纹方向一般炸裂,与磨削方向垂直,容易在數控线切割时,裂纹扩展,造成数控线切割开裂。

2改进措施

2.1 制定合理的工件硬度

需求的满足工件的使用情况,应适当减少工件硬度要求。在实际生成中发现,硬度大于60HRC工件,数控线切割裂纹的概率是很高的,和硬度是等于或小于54HRC～58HRC工件,数控线切割是很少的裂缝。因此,在满足工件的前提下,合理的硬度要求,可以在热处理过程中,通过采取相应措施,有效地降低淬火后工件的应力,防止数控线切割裂纹。根据模具的使用,可减少到59HRC～61HRC硬度要求。

2.2 改进模具材料

将模具材料由T8改为Crl2MoV锻件。热处理锻造,能保证碳化物小而圆的均匀分布,使钢纤维组织的连续性,它能有效的避免碳化物析出严重分割,从而提高工件的抗拉强度。

2.3 淬火前预先开腔

淬火可以改善现有的工件内外温差,冷却,使切割网站有足够的硬度,硬化层加深,改变内部应力分布,从而有效地防止切割缝。

2.4 改进设计结构

避免尖锐,腔每个边缘连接部分可以不使用矩形过渡,这种结构容易形成的尖角应力集中,容易导致数控线切割的形式开裂。应使用圆滑弧形过渡,从而消除热处理应力集中现象,消除了潜在的裂纹,预防数控切割裂纹。

2.5 选择合适的引丝工艺孔位置

虽然淬火前已预先开腔并有一个圆角过渡,但在实际应用中发现的数控线切割,只要没有起点穿线孔,数控线切割,基本上会发生一定的变形,变形的大小与回火,腔腔形状复杂,在空白位置相对,模具的厚度是不同的。为防止变形,在开放的左内一个半圆形结构,具体大小不影响最后轮廓适合切割。

2.6 精选材料

在原材料进厂,到空白的组织成分分析和考核,确保原材料组织合格。如果有严重的碳化物析出和杂质超标的情况下,应及时更换的材料,或以锻造和热处理工艺,碳化物分布,晶粒细化。

2.7 改进热处理工艺

凹模进行淬火处理时,在保证所需硬度要求的前提下,应选择合适的淬火温度。淬火后应及时对凹模进行回火处理,一般情况下,当凹模可以在一个较高温度回火,并可以得到同样硬度时,那么选用较高的温度回火更好,这样既可以改善韧性,又可有效防止裂纹。

2.8 改进加工工艺

磨削两平面时,为了减少磨削裂纹,一是确保充分的锻炼,两只砂轮也不难。磨削可以选择单晶刚玉砂轮,饲料量不能太大,磨削过程中冷却的完整,以避免过多的内部压力和裂缝。数控线切割为合理选用数控线切割工艺参数,在一定的生产效率的前提下,尽可能采用低电流,低切削速度,宽度小,它可以有效地降低数控线切割时的应力,防止裂纹的产生。

2.9 采用合理的数控线切割加工工艺

采用预加工加工技术。在数控线切割,去除大部分的加工余量,使工件内部的应力释放,将残余变形的粗加工阶段,然后数控线切割机床。由于切削余量较小,变形性质也变小了。冲头可以是外部的轮廓从空白一致开喷射槽,方便对称均匀分散应力释放。底层部分的凹槽与凸模轮廓线的距离要小而均匀,通常为0.5mm～2mm。除去大部分孔材料,然后切割和成型。合理确定穿线孔的位置和数量。切割冲床班级规模,应淬火前模具制作穿线孔,孔径为3mm～10mm,是淬火从模坯内部的封闭切割。和特殊形状的工件,如果只采用螺纹孔加工,残余应力可切割沿一方向释放,导致工件变形,穿线孔处理可以解决这个问题。一般来说,合理的路线应该是工件夹紧部分分离的切割段安排在切割过程结束,并尽可能地关闭切割。

总之,凸、凹模的数控线切割变形和开裂的因素很多,在生产实践中应根据实际情况制定最佳的技术解决方案,使用的是正确的技术,严格的工艺,可以有效地防止凸,凹模线切割加工变形和开裂。

参考文献

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[2] 詹友刚.Pro/E4.0数控加工教程[M].机械工业出版社,2008.

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