復雜內孔型腔數控線切割開裂原因分析及改進措施①

蔣光玉 王寶泉

摘要:數控線切割在生產由于生產對象不同,經常出現各種開裂缺陷。本文在分析生產過程中暴露出來的各種開裂原因,并針對不同開裂原因提出了針對性的改進措施。

關鍵詞:內孔型腔切割碳素工具鋼硬度

中圖分類號:TG659 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0105-01

剪切沖裁模一般采用淬火后磨削加工上、下兩平面,然后采用數控線切割的方法加工復雜形狀內孔。材料一般為碳素工具鋼如:T7、T8或中低合金工具鋼等,硬度要求為58HRC～62HRC。在實際生成中,發現采用數控線切割加工扇形腔時凹模經常出現開裂的情況,造成大量廢品的產生,嚴重影響了生產進度和產品質量。下面,對數控線切割開裂原因進行分析并提出一些改進措施。

1造成工件開裂的原因分析

1.1 切割厚度較大

淬火時,中間部位難以淬透,因而產生塑性收縮,熱應力和組織應力殘留在鋼的內部。當數控線切割時,應力平衡被破壞,內部應力釋放時,釋放內部壓力是更大的比強度的材料,工件開裂,造成裂縫。

1.2 預先沒有開腔

造成淬火時表里溫差較大,內應力分布不均勻。在數控線切割,切割力和切削作用使熱處理后工件應力平衡被破壞,應力分布,局部應力集中,當超過材料的抗拉強度,切割部位將裂紋。

1.3 材料組織成分不均勻

由于材料組成的非均勻損傷材料基體組織的連續性,形成應力分布不均勻,導致部分組成部分的應力集中,數控線切割進一步增加這些區域的應力集中,造成應力集中區開裂。

1.4 材料淬透性差及回火溫度和次數難以消除殘余應力影響

因為淬火材料存在較大的殘余應力,以確保模具淬火后的硬度,需160低溫回火,回火頻率為第一時間。作為一個結果,回火溫度較低,很難大幅度消除零件淬火殘余應力,加上零件淬火后硬度,脆性大,易造成數控線切割裂紋。

1.5 加工工藝的影響

由于工藝參數,如輪選擇不當,容易導致磨死平面產生大量非常小的磨削裂紋。而磨削裂紋的裂紋方向一般炸裂,與磨削方向垂直,容易在數控線切割時,裂紋擴展,造成數控線切割開裂。

2改進措施

2.1 制定合理的工件硬度

需求的滿足工件的使用情況,應適當減少工件硬度要求。在實際生成中發現,硬度大于60HRC工件,數控線切割裂紋的概率是很高的,和硬度是等于或小于54HRC～58HRC工件,數控線切割是很少的裂縫。因此,在滿足工件的前提下,合理的硬度要求,可以在熱處理過程中,通過采取相應措施,有效地降低淬火后工件的應力,防止數控線切割裂紋。根據模具的使用,可減少到59HRC～61HRC硬度要求。

2.2 改進模具材料

將模具材料由T8改為Crl2MoV鍛件。熱處理鍛造,能保證碳化物小而圓的均勻分布,使鋼纖維組織的連續性,它能有效的避免碳化物析出嚴重分割,從而提高工件的抗拉強度。

2.3 淬火前預先開腔

淬火可以改善現有的工件內外溫差,冷卻,使切割網站有足夠的硬度,硬化層加深,改變內部應力分布,從而有效地防止切割縫。

2.4 改進設計結構

避免尖銳,腔每個邊緣連接部分可以不使用矩形過渡,這種結構容易形成的尖角應力集中,容易導致數控線切割的形式開裂。應使用圓滑弧形過渡,從而消除熱處理應力集中現象,消除了潛在的裂紋,預防數控切割裂紋。

2.5 選擇合適的引絲工藝孔位置

雖然淬火前已預先開腔并有一個圓角過渡,但在實際應用中發現的數控線切割,只要沒有起點穿線孔,數控線切割,基本上會發生一定的變形,變形的大小與回火,腔腔形狀復雜,在空白位置相對,模具的厚度是不同的。為防止變形,在開放的左內一個半圓形結構,具體大小不影響最后輪廓適合切割。

2.6 精選材料

在原材料進廠,到空白的組織成分分析和考核,確保原材料組織合格。如果有嚴重的碳化物析出和雜質超標的情況下,應及時更換的材料,或以鍛造和熱處理工藝,碳化物分布,晶粒細化。

2.7 改進熱處理工藝

凹模進行淬火處理時,在保證所需硬度要求的前提下,應選擇合適的淬火溫度。淬火后應及時對凹模進行回火處理,一般情況下,當凹模可以在一個較高溫度回火,并可以得到同樣硬度時,那么選用較高的溫度回火更好,這樣既可以改善韌性,又可有效防止裂紋。

2.8 改進加工工藝

磨削兩平面時,為了減少磨削裂紋,一是確保充分的鍛煉,兩只砂輪也不難。磨削可以選擇單晶剛玉砂輪,飼料量不能太大,磨削過程中冷卻的完整,以避免過多的內部壓力和裂縫。數控線切割為合理選用數控線切割工藝參數,在一定的生產效率的前提下,盡可能采用低電流,低切削速度,寬度小,它可以有效地降低數控線切割時的應力,防止裂紋的產生。

2.9 采用合理的數控線切割加工工藝

采用預加工加工技術。在數控線切割,去除大部分的加工余量,使工件內部的應力釋放,將殘余變形的粗加工階段,然后數控線切割機床。由于切削余量較小,變形性質也變小了。沖頭可以是外部的輪廓從空白一致開噴射槽,方便對稱均勻分散應力釋放。底層部分的凹槽與凸模輪廓線的距離要小而均勻,通常為0.5mm～2mm。除去大部分孔材料,然后切割和成型。合理確定穿線孔的位置和數量。切割沖床班級規模,應淬火前模具制作穿線孔,孔徑為3mm～10mm,是淬火從模坯內部的封閉切割。和特殊形狀的工件,如果只采用螺紋孔加工,殘余應力可切割沿一方向釋放,導致工件變形,穿線孔處理可以解決這個問題。一般來說,合理的路線應該是工件夾緊部分分離的切割段安排在切割過程結束,并盡可能地關閉切割。

總之,凸、凹模的數控線切割變形和開裂的因素很多,在生產實踐中應根據實際情況制定最佳的技術解決方案,使用的是正確的技術,嚴格的工藝,可以有效地防止凸,凹模線切割加工變形和開裂。

參考文獻

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