凹模板热处理后的线切割加工过程及方法

赵 新

（楼氏电子(苏州)有限公司，江苏苏州215021）

电火花线切割加工模具的凸模或较小的镶块时，一般会在凸模外形规则处预留连接部分，其他形状进行多次切割加工。第一遍粗加工预留适当的尺寸，使工件热处理时的残留应力充分释放出来；第二遍及后几遍的精修，才把工件的尺寸加工到位。因为通常模具的凸模和镶块尺寸较小，其加工过程中释放的热处理应力也不是很大，所以用上述方法就能达到所要求的精度了。

而对于模具的凹模板处理过程和方法要复杂得多，因为其尺寸往往很大，有时可达1 m以上。本文以长1 m、宽0.5 m、厚25 mm的凹模板为例，重点介绍大尺寸凹模板的线切割加工方法。

1 大模板精小孔加工

工件材料是普遍使用的DC53模具钢，该模具钢的原材料长度一般达5～6 m。原始的钢板通过热轧加工而成，在加工过程中，其自身的材质在成形时有一定的流动肌理，通常和钢板长度方向一致。模具钢的纤维流向对变形有显著影响，平行于纤维方向的变形大于垂直方向的变形，正确选用材料可减少变形和预测变形的情况。正如木工在制作受力梁架时，梁架的长度方向必须和木纹肌理一致。按正确的长宽方向制作出来的模板，其抗压强度必然就高。

此外，正确下料的模板在热处理后，变形的方向和尺寸是有预期且可控的。有了正确下料的凹模模板，就需预留在热处理时带来的变形尺寸。先期加工好所需的螺纹孔和型腔线切割孔，但凹模版四周的精小孔线切割底孔打多大，才能保证模板在热处理变形后也可全部割出。解决该问题一般有以下两种方法：

（1）尽量缩小线切割底孔，相对增加了废料的厚度，确保精小孔完全割出，但缩小线切割底孔并不是无限制的，它会提高加工的难度和成本。此外，因为热处理后模板的变形，加之线切割底孔缩小，加工时会出现短路现象，增加了模板精孔被割破的风险。

（2）提前判断模板热处理时的变形形状和尺寸。由于切割模板毛坯时，模板长度方向和钢材流动肌理一致，故热处理后模板长度方向的变形也是有一定规律的。通常，100 mm长度的模板在热处理后会有0.1 mm的拉长变形量，可据此判断出：以模板中心算起，左右400 mm处的精小孔底孔应在加工时各向中心偏0.4 mm；除精小孔底孔外，其他线切割穿线孔没有必要偏移。

以上加工方法是在多次实际应用中得到证实的。但考虑到热处理加工还是有一定的偶然性，不妨采用两者相结合的方法，合理缩小穿线孔来缩短补偿偏移尺寸。

2 大面积型腔模板加工

在线切割加工前，模板已进行了热加工、冷加工，内部产生了较大的残留应力，而残留应力是一个相对平衡的应力系统。在线切割去除大量废料时，应力随着平衡遭到破坏而释放出来，型腔将产生不定向、无规则的变形（图1）。

图1 型腔变形

大型腔自身的形状随着加工的进程悄然发生变形，将导致随后的修刀加工吃刀量厚薄不均，甚至有可能造成一边或两边修刀加工不到，更麻烦的是大型腔周边的孔及形状相对位置发生了改变。解决这些问题的方法是：在模板热处理前，对模板中较大的型腔预先打对角线排孔，或以高速走丝拉通，这样就基本解决了热处理后型腔局部的残留应力。但要遵循先加工大型腔、再加工精小孔的原则，才能将各个型孔因加工顺序优化而产生的相互影响微量变形降低到最小程度。如果采用粗割+精修的加工方式，应先对模板上孔和型腔全部进行初割，留下修刀余量，使每个型孔加工后，有一定的时间释放残留应力，再对同一孔或型腔连续修刀直至加工完成。对有特殊需求的大凹模模板，在线切割粗加工后可撤掉压板，进行时效处理。