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基于线切割加工中模具表面变质层的分析

时间: 2011-07-10 21:00 来源: 作者: 点击:

电火花线切割加工模具已在模具制造中得到广泛应用。然而,线切割加工时也会对模具表面造成某些负面影响,在线切割的瞬时高温和工作液的快速冷却作用下,模具表面经线切割后会形成变质层,使表面硬度下降,并产生显微裂纹等弊病,严重影响模具的制造质量和使用寿命,应引起足够重视。

    一 变质层的形成

    电火花线切割是利用瞬间放电能量的热效应,使工件材料熔化、蒸发达到尺寸要求的加工方法。由于线切割的工作液多采用具有介电作用的液体,因此在加工过程中还伴有一定的电解作用。切割时的热效应和电解作用,通常使加工表面产生一定厚度的变质层,如表层硬度降低,出现显微裂纹等,致使线切割加工的模具易发生早期磨损,直接影响模具冲裁间隙的保持以及模具刃口容易崩刃,缩短了模具的使用寿命。

    对于碳钢来说,工件表面的熔化层(变质层由熔化凝固层与热影响层组成)在金相照片上呈现白色,有成为白层。它与基体金属完全不同,是一种树枝状的淬火铸造组织,与内层的结合也不甚牢固。它主要由马氏体、大量晶粒极细的残余奥氏体和某些碳化物组成。

    二 变质层的影响因素

    1、工件材料的金相组织及元素成份 由于电火花的放电作用,使工件材料表面层的金相组织发生了明显的变化,形成不连续的。厚度不均匀的变质层。它与工件材料、电极丝材料、脉冲电源和工作液等到参数有关。经金相组织分析,变质层中残留了大奥氏体。在使用钼丝电极丝和含碳工作液时,经光谱分析和电子探针检测,在变质层内,钼和碳元素的含量大幅度增加;而使用铜丝电极丝和去离子水的工作液时,发现变质层内铜元素含量增加,而无渗碳现象。

    2、变质层的厚度 通常,变质层的厚度随脉冲能量的增大而变厚。因电火花放电过程的随机性,在相同的加工条件下,变质层的厚度往往是不均匀的,从有关试件所测得的变质层厚度的数据表明,线切割电规准对变质层厚度有明显的影响。例如:电极丝为黄铜丝,低速走丝(0.6m/s)加工电压60V,电流5.5A,变质层厚度最大值为20.0μm,平均增为13.8μm。

    3、显微硬度明显下降,并出现显微裂纹 由于变质层金相组织和元素含量的变化,使工件表面的显微硬度明显下降。例如在去离子水中进行电火花线切割加工后,工件表面硬度值由线切割前的970HV下降到线切割加工后的670HV,通常在距表面十几微米的深度内出现了线切割的软化层。同时,表面变质层一般存在拉应力,会出现显微裂纹。尤其是切割硬质合金时,在常规的电规准参数条件下,更容易出现裂纹,并存在空洞。危害极大。

    三 显微裂纹的形成机理与预防措施

    线切割是利用放电热效应进行加工的,模具材料表面因放电产生高温而熔化,然后急冷产生变质层,变质层上常出现较多的显微裂纹,这种显微裂纹大多是由于金属从熔化状态突然急冷凝固,材料收缩产生拉伸热应力所造成的。

    不同的工件材料对裂纹的第三性也不同,硬脆材料容易产生裂纹。工件预先热处理状态对裂纹的产生也有较大影响,加工淬火材料比加工淬火后为或退火材料材料容易产生裂纹,因为淬火材料硬脆,原始应力也较大。

    为防止模具表面产生显微裂纹,应对钢材热加工(铸、锻)、热处理直到制成模具的各个环节都要充分关注和重视,并采取相应的措施。①在线切割加工前的热处理,应不免材料过热、渗碳、脱碳等现象;②线切割时应优化电规准:1)采用高峰值窄脉冲电参数,使工件材料以气相抛出,气化热大大高于融化热,以带走大部分热量,避免工件表面过热;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,消除显微裂纹的产生;3)脉冲能量对显微裂纹的影响极其明显,能量越大,显微裂纹则越宽越深;脉冲能量很小时,例如采用精加工电规准,表面粗糙度值小于Ra1.25μm,一般不易出现显微裂纹;③工作液中的电蚀产物(如液渣等)常会导致集中放电,形成显微裂纹。

    此外,在线切割加工中心,为了预防裂纹和变形,加工条件也应慎重选择,尤其是对于那些大型、厚壁、形状复杂、厚度不均匀的模具零件,宜采用多次切割法,这是减少和去除表面缺陷的一种非常有效的方法。以及应选择叫平坦,易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,这也很重要。对于有些要求高的模具,可采用多种有效措施,在线切割加工后把表面变质层抛除、研磨掉,提高零件的表面质量。

    四 结语

    优化线切割加工的工艺方案,选择合理的工艺参数,以防止模具表面发生过热的现象,减少和避免变质层的形成,消除表面显微裂纹,对于提高模具制造质量和延长模具使用寿命均是十分有效的.

信息来源:中国工业设备网

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