基于线切割加工中模具表面变质层的分析

金属狂人

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。 # `% d6 c7 c7 N* d0 a% Z! F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。 & L; J- W- a% y# ~& j 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。 9 V/ C, @9 A& X ~ }% J" \4 T% N9 z 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。 5 q% i* _0 p, S+ m- K 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。 ) l- j1 @8 |4 C 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。 9 P0 \% b0 |) t0 H6 J 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。 ! y$ n8 a- S% ^ 四 结语 ( y$ l1 q/ A! s 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。