关于热处理工艺对工件线切割加工性能的影响分析

余海炼 孔中捷 李勇前

摘 要：慢走丝线切割加工是现代加工制造行业常用的加工技术，具有精度高、表面效果好且适用范围广的优势，在航空航天、军用产品以及模型加工等行业得到了广泛应用。其主要是利用电火花线产生的高温来进行轮廓加工，但由于其中涉及到热、电、磁等复杂反应，使得其加工质量容易受到其他因素的影响。

关键词：热处理工艺；工件线切割；加工性能

中图分类号：TG155 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2017）07-0169-02

Abstract：Slow thread cutting is a common processing technology in modern processing and manufacturing industry. It has the advantages of high precision， good surface effect and wide application range. It has been widely used in aerospace， military products and model processing. It is mainly the use of high-temperature wire to produce contours for processing， but because of which involves heat， electricity， magnetic and other complex reactions， so that the processing quality is susceptible to other factors.

Key Words：heat treatment process； workpiece wire cutting； processing performance

热处理工艺是现代制造业中常用的工艺，为了满足零件加工的需求，最大限度的利用材料，进行适当的热处理是零件制造的重要环节。

通过加温、保温、冷却等环节，热加工工艺能够通过改变材料组织结构来提高其应用性能，热处理工艺对于材料的加工与使用能力有直接影响。例如在模具加工中，为了避免线切割造成的应力，线切割通常都是在热处理之后进行的。但是在调查中发现，许多要进行线切割加工的工件基本上都是未经过热处理，因此研究热处理工艺对线切割加工工件性能的影响具有重要的现实意义。

1常见的热处理方法

1.1退火

退火是指当工件加热至一定温度时，工件随着炉温慢慢下降至500℃以下，也就是让工件在空气中慢慢冷却。退火是指完全退火，一般用于质量轻的工件，常用于各种合金、碳钢、锻件等工件的热处理。该方法还能作为一些工件的预处理措施。

1.2球化退火

球化退火是指通过降低工件的硬度，从而提高工件的切削加工性能，为后续的淬火做好准备工作。该方法一般用于合金钢、碳钢等材料中。

1.3淬火

淬火是指将工件加热后并保持一段时间，然后在水或者油中进行冷却处理的一种工艺。该方法在冷却阶段采用的介质除了常用的水、油外，还可以使用盐水进行冷却处理。在使用盐水冷却时，能够提高工件的硬度和表面的光滑度。而使用油进行冷却处理时，不是所有的油都能够作为淬火冷却介质，一般采用淬火油作为工业冷却介质，可以用于稳定性较高的合金铝。在选取淬火介质时，需要根据工件的实际情况而定，例如盐水淬火容易使得工件容易变形和开裂。

1.4回火

回火是将淬火处理过的工件再次加热美国认证协会制定的临界点以下的温度，并且要保持一段时间，然后再次使用一定的方法将其冷却。低温回火能够提高工件的硬度与耐磨性，且该方法能够避免工件使用时的崩坏或损毁现象，同时能够有效避免淬火处理造成的内应力、降低工件的脆性；中温回火能够保持工件的强度、弹性和韧性。中温回火可用于各种弹性要求较高工件的加工中，例如弹簧、弹力板等；高温回火能够使材料获得较好的机械性能，包括强度与硬度等性能。

1.5正火

正火是指将工件加热到一定温度后保持一段时间，然后再放在空气中冷却或喷水冷却的一种处理方法，其主要效果能够细化晶粒以及使材料分布的更加均匀，能够提高工件的加工性能，减少工件的内应力，避免后续加工出现变形与开裂的现象。

1.6调质处理

调质处理是淬火与高温回火共同应用的工艺，在一些常用的工件中有广泛应用，例如连杆、齿轮和轴类。

除了上述六种常见的热处理工艺外，时效也是现代常用的一种热处理方法，其主要是通过加热后放置不用时间，合金的性能会随着时间的变化而产生变化；钢的碳氮共渗也是现代一种新型热处理工艺，也就是在钢表层加入碳、氮分子，这样能够提高钢材的综合性能，包括耐磨度和强度等性能。

2线切割过程中工件变形、开裂的原因分析

热处理过程中工件出现的变形主要是由于热处理产生的组织应力与热应力作用于工件的结果。但是在线切割加工过程中，工件整体温度无明显变化且线切割速度也很均匀，但为什么会出现变形、开裂现象？

一般情况（正火、退火）下，在工件的线切割加工中，工件几乎不出现开裂和变形，但淬火加工处理的高硬度模具会由于材料而产生不同程度的形变，其中以碳素結构钢变形、开裂的机率最大。由此可见，线切割变形与热处理有密切的相关性。工件淬火时，由于各部分加热、冷却存在时性差异而产生温差，并且由于组织转变速度存在差异，导致工件截面各部分膨胀与收缩不均匀。一个工件各部位的变化都会影响到其他部位，这也是淬火产生的内应力。内应力会由于工件在高温状态下的塑性变形从而得到施放；但大部分内运力由于冷却处理中工件温度的急速下降，材料强度的提升而被保留下来，这也是淬火加工工件的残余应力。

为了保障模具的轻度，一般采用低温回火处理。此时工件中的残余应力有少部分被消除。但是对于整体而言，回火处理后应力处于相对平衡状态，也就是应力与力矩相加的结果为0。但是一旦进行线切割加工，工件内应力相对平衡状态也就被破坏，内应力就会重新分布，从而导致工件出现变化、开裂。

3如何避免热处理工艺对线切割加工工件的影响

工件在热处理之后会残留较大的内应力，并且由于热处理导致强度提升。基于此，为了避免工件在后续加工过程中出现变形、开裂的现象，从而影响工件的使用性能，需要采取有效的防范措施。如何提高热处理的效率与质量，如何调整线切割加工工艺，都是确保工件加工质量的重要环节，在加工过程中需要对此进行研究并采取有效的干预措施，从而确保工件的使用性能。

3.1模具的选择

原则上要选择锻造性高、淬透性好且热处理变形性小的材料，尽量选择CrWMn、Cr12MoV等合金钢。线切割在对工件进行切割时，必不可能的会产生塑性变形，从而获得需要的形状、尺寸的工件。在此过程中，工件需要承担着较高的温度与竖直切割力，从而在表面留下磨痕。这样就对热处理后的工件有一定的要求，要求其具备较高的硬度、韧性、加工性与耐磨性。因此，使用线切割加工的工件多采用淬火和回火的热处理工艺，从而达到线切割技术的标准。热处理对于工件的性能有一定的改变作用，能够有效提升工件的硬度、耐磨性与韧性等性能，但是一般的热处理工艺也有可能使得材料出现缺陷或形变，导致工件的承载力和精度下降。在实际加工中，工件热处理后出现的變形可以细分为体积变形、形状变形这两种，这种现象出现的主要原因是由于淬火处理和回火处理过程中，热应力、残余内应力以及组织应力作用于工件，从而出现变形现象。可以通过预处理或是优化热处理工艺，调整工具结构等方式来减小工具变形的现象。更应当从工件材料出发，选择合适的材料。通过选择合适的材料，能够减少热处理过程中引发的缺陷，热处理引发的变形可能性会大幅下降。高弹中铬耐磨钢以及高速钢基体钢都是采用高碳低合金钢作为基础，通过成分结构的改变，能够降低热处理引起的变形，从而提高工件的韧性、硬度以及耐磨性，避免工件在线切割过程中出现变形、开裂的现象。

3.2热处理的选择

淬火工件残余应力的大小对于工件切割过程中变形、开裂程度有直接影响，因此需要重视热处理加工质量。选择科学的热处理加工方法，并严格执行各项处理规范。结合线切割加工的特点，适当调整热处理加工引起模具切割处理中的变形与开裂，是一种比较有效的方法。笔者建议需要注意以下几方面：（1）淬火处理时，为了避免工件过热，淬火深度要保持一致。（2）对于一些使用环境复杂的高硬度工件，受到现代热处理加工工艺的限制，需要采用低温回火处理，这使得工件仍残留较大的应力。回火温度和回火时间对于残余应力的大小有直接影响，因此在淬火后需要进行线切割的工件，回火后硬度需要达到线切割要求的最小值，这就需要使用较高的回火温度进行回火。（3）受到上述条件的要求，通过延长回火时间也能够有效降低工件内部的参与应力。对于截面积较大、形状复杂的大中型模具，线切割后可以将内部应力重新分布，然后进行回火补充，能够有效消除线割中产生的附和应力，能够有效提高模具的稳定性。补充回火温度需要略低于回火温度大约20℃左右，回火时间一般为4-5小时。

电火花线切割工艺目前以及广泛应用于机械行业，成为工件加工的重要方法，其主要是利用电腐蚀原理进行加工，材料的硬度与其加工质量有密切的相关性。但是在线切割加工过程中，由于残余应力的作用，容易导致工件变形。需要通过优化线切割工艺，来保障加工精度。对于材料变形大的工件，可以先使用普通铣床进行预加工，然后经过淬火、回火的处理后，再进行线切割加工。

4结语

慢走丝线切割加工是现代加工制造行业常用的加工技术，具有精度高、表面效果好且适用范围广的优势，在航空航天、军用产品以及模型加工等行业得到了广泛应用。其主要是利用电火花线产生的高温来进行轮廓加工，但由于其中涉及到热、电、磁等复杂反应，使得其加工质量容易受到其他因素的影响。经过高温淬火处理的工件在进行线切割过程中，必不可免的会由于残余内应力的影响出现变形、开裂的现象。通过对线切割工件材料的选择以及热处理加工技术的调整，能够有效降低工件变形和开裂的现象。

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