1引言
目前電火花線切割機(jī)已被廣泛應(yīng)用于模具加工。由于線切割機(jī)床加工一般都是在熱處理后進(jìn)行,從而避免了熱處理變形、表面脫碳等弊病。有很多模具制造單位,往往是線切割后,稍加研磨就裝配使用。還有的不經(jīng)研磨就直接裝配使用,結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)崩刃、折斷、碎裂現(xiàn)象,即使不出現(xiàn)上述現(xiàn)象,沖模的刃磨壽命也不長(zhǎng)。
本文就線切割后模塊表面的應(yīng)力狀態(tài)及消除應(yīng)力、提高其表面質(zhì)量的方法,作初步探討。
2線切割后零件表面的應(yīng)力狀態(tài)
目前,很多模具都采用快走絲線割機(jī)加工,線切割后的工件表面粗糙度Ra≥2.5μm,硬度分布和內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)都很差。
線切割機(jī)加工時(shí),放電區(qū)電流密度高達(dá)10000A/mm2,溫度高達(dá)10000～12000℃,加注的介質(zhì)液急劇冷卻,致使切割面表層硬度僅20HRC左右,而內(nèi)部淬火層硬度卻高達(dá)70HRC以上,其后為熱影響區(qū),再后才是原硬度區(qū)。尤為嚴(yán)重的是原材料內(nèi)部因?yàn)榇慊鸪世瓚?yīng)力狀態(tài),線切割所產(chǎn)生的熱應(yīng)力也是拉應(yīng)力,兩種應(yīng)力疊加的結(jié)果很容易達(dá)到材料的強(qiáng)度極限而產(chǎn)生微裂紋,從而大大縮短沖模壽命,因此線切割不能作為凸模、凹模的最終加工工序。從圖1可以看出,CrWMn材料線切割后切口斷面硬度分布及回火、時(shí)效后的硬度變化情況。
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3消除線切割產(chǎn)生應(yīng)力的措施311研磨去掉白層
目前,多數(shù)模具加工單位是在線切割后,用研磨的辦法去掉表層20HRC的灰白層(即白層)后便進(jìn)行裝配使用。這樣做雖然可以去掉硬度低的白層,但沒(méi)有改變線切割造成的應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力狀態(tài),即使增大線切割后的研磨余量,但因高硬層硬度高(達(dá)70HRC),研磨困難,過(guò)大的研磨量容易破壞零件幾何形狀。故線切割產(chǎn)生的高硬度層并不能提高沖模壽命,因?yàn)槠浯嘈源笫钱a(chǎn)生裂紋、崩刃的根本原因。312回火處理
在線切割后,研磨去零件表面的白層,再在160～180℃回火2h,則白層下面的高硬層可降低5～6HRC,線切割產(chǎn)生的熱應(yīng)力亦有所下降,從而提高了沖模的韌性,延長(zhǎng)了使用壽命。但是由于回火時(shí)間短,熱應(yīng)力消除不徹底,沖模壽命并不十分理想。313磨削加工
線切割后磨削加工,可去掉低硬度的白層和高硬層,提高沖模壽命。因?yàn)槟ハ鲿r(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力也是拉應(yīng)力,與線切割產(chǎn)生的熱應(yīng)力疊加,無(wú)疑也會(huì)加劇沖模損壞。若在磨削后,再進(jìn)行低溫時(shí)效處理,則可消除應(yīng)力影響,顯著提高沖模韌性,使沖模壽命提高。因?yàn)閹缀涡螤顝?fù)雜的沖模大多數(shù)是采用線切割加工,所以磨削形狀復(fù)雜的沖模必須采用價(jià)格昂貴的坐標(biāo)磨床和光學(xué)曲線磨床,而這兩種設(shè)備一般廠家都不具備,故推廣困難。314噴丸處理后再低溫回火
噴丸處理可使線切割切口的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,提高沖模的強(qiáng)度和硬度,使表面層應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化,拉應(yīng)力降低,甚至變?yōu)閴簯?yīng)力狀態(tài),使裂紋萌生和擴(kuò)展困難,再結(jié)合低溫回火,消除淬火層內(nèi)拉應(yīng)力,可使沖模壽命提高10～20倍。
噴丸處理受設(shè)備條件和沖模零件形狀(內(nèi)表面)限制,難以普遍應(yīng)用。315研磨后再低溫時(shí)效處理
線切割表面經(jīng)研磨后,高硬層已基本去掉,再進(jìn)行120～150℃×5～10h低溫時(shí)效處理(亦稱低溫回火處理),亦可經(jīng)過(guò)160～180℃×4～6h低溫回火處理。這樣可消除淬火層內(nèi)部拉應(yīng)力,而硬度降低甚微(后者硬度降低稍大),卻大大提高了韌性,降低了脆性,沖模壽命可提高2倍以上。這一方法簡(jiǎn)便易行,效果十分明顯,易于推廣。
冷鐓模和冷擠模在壓制若干零件之后,模具內(nèi)部的應(yīng)力已經(jīng)積聚很高,亦可用此方法消除應(yīng)力,提高韌性,使壽命提高。
4應(yīng)用舉例
莫單位曾用材料為CrWMn的沖模,線切割后分別做如下試驗(yàn),其壽命差異非常大。
(1)直接用于沖裁,刃磨壽命10742次。
(2)160℃回火2h,刃磨壽命11180次。
(3)研磨去白層,刃磨壽命僅4860次。
(4)研磨去白層,160℃×2h回火,刃磨壽命為7450次。
(5)磨削,刃磨壽命28743次。
(6)噴丸后經(jīng)160℃&
