W6Mo5Gr4V2模具鋼線切割加工參數優化及變質層研究

摘要：W6Mo5Cr4V2鋼簡稱W6或6542，具有高硬度、高耐磨性、高淬透性和足夠的塑性和韌性，并有良好的機械加工性能，在工具鋼中占有極其重要的地位。文章通過電火花線切割加工W6Mo5Gr4V2模具鋼，對線切割加工電參數和工件表面的變質層進行了研究，利用正交試驗的方法對加工電參數進行優化，電參數優化后的工件表面質量得到提高。

關鍵詞：電火花線切割；W6Mo5Gr4V2模具鋼；正交試驗；參數優化；變質層 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG48 文章編號：1009-2374（2016）14-0031-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.016

1 概述

W6Mo5Cr4V2鋼簡稱W6或6542，具有高硬度、高耐磨性、高淬透性和足夠的塑性和韌性，并有良好的機械加工性能，在工具鋼中占有極其重要的地位。快走絲數控電火花切割機床主要用于中、低檔模具鋼、合金鋼的加工。由于它的實用性、經濟性，所以在我國國內有較大的市場。研究表明，加工過程中的電參數的選擇對工件的加工質量有很大影響，線切割后變質層的微觀形貌也影響工件的表面粗糙度和使用壽命。

2 線切割加工電參數優化

數控電火花快走絲切割加工影響因素主要有功放管數、脈沖寬度、脈沖間隔、空載電壓。本文利用正交試驗的方法對線切割加工的以上四個電參數進行優化，通過極差分析對工件的表面粗糙度、尺寸精度以及變質層厚度進行研究，為提高產品質量尋求最佳的電參數組合。

2.1 試驗方法

試驗材料：W6Mo5Cr4V2鋼板料，厚為20mm，熱處理后硬度為62HRC。

試驗設備：快走絲電火花切割機床DK7750。

切割試樣尺寸及數量：切割尺寸為15mm×15mm

×20mm的試樣板料，9件。

四因素三水平正交試驗：功放管數N、脈沖寬度ON、脈沖間隔OFF和空載電壓V；水平1、水平2、水平3共三個水平。選擇L9（34）正交試驗，具體試驗方案見表1：

線切割后的試驗結果如表2所示：

2.2 試驗方法結果極差分析

極差分析是正交試驗的常用分析方法，極差的計算方法為：

Rj的大小客觀反映了第j列因素水平波動時，試驗指標的變動幅度。Rj越大，說明該因素對試驗指標的影響越大。根據Rj的大小，可以判斷因素的主、次因素，試驗數據對尺寸精度、表面粗糙度、變質層厚度進行極差分析，其結果如表3、表4、表5所示。

根據極差計算的方法歸納結果如表6所示：

2.3 綜合平衡法選擇多指標最優組合

加工參數的最優組合必須綜合考慮表面粗糙度、尺寸精度和變質層厚度這三項加工指標，所以必須在針對單個加工指標通過極差分析得到最佳組合的基礎上平衡法選擇多指標最優組合結果。

從實驗數據來看，功放管數A的選取對表面粗糙度、尺寸精度影響不大，主要是對變質層厚度的影響，而變質層厚度在取A1時，相對A2和A3分別降低26.38%和7.73%，最終確定功放管數應取A1最為合適；脈沖寬度B的選取，主要考慮對尺寸精度和變質層厚度的影響，取B1時尺寸精度相對取B2時增加16.5%，而變質層厚度卻減少37.3%，因此脈沖寬度取B1；脈沖間隔C的選取，在取C1時表面粗糙度比C3僅增加0.56%，尺寸精度也僅增加1.1%，變質層厚度減少43.1%，因此脈沖間隔倍率取C1；空載電壓D的選取，主要考慮對表面粗糙度和變質層厚度的影響較大，在取D2時表面粗糙度比D1減少12.8%，變質層厚度減少23.7%，故空載電壓取D2。

3 線切割加工后的變質層影響及采取的措施

電火花的放電后W6Mo5Cr4V2鋼材料經金相組織分析，變質層中殘留了大量的奧氏體；經光譜分析和電子探針檢測，W6Mo5Cr4V2鋼切割后在試樣的表面出現大量Mo化合物。線切割后，通常要改善其變質層的組織結構和機械性能，通過試驗分析，W6Mo5Cr4V2鋼線切割后變質層的質量可以從以下兩個途徑得到改善：

3.1 補充回火

W6Mo5Cr4V2模具鋼經線切割后變質層在200℃補充回火處理后，其殘余應力相應降低近3倍，回火過程中析出的碳化物，能焊合熔凝層中的顯微裂紋，對模具壽命有較大提高。

3.2 形變強化

噴丸處理有效地提高了模具的耐磨性和多沖疲勞強度，因為噴丸形變能清除黏附在W6Mo5Cr4V2模具鋼表面的細小熔滴和連續性、均勻性很差的熔化層，同時可促使表面產生塑性形變，使變質層殘余應力由拉應力轉化為壓應力。

4 結語

通過以上分析，由正交試驗得出最佳的電參數組合。通過優化電參數和適應的工藝措施，把放電過程產生的不利影響減少到最低程度，再通過變質層的后處理來提高改善材料表面性能、延長模具鋼使用壽命，從而最大限度地實現“高效低耗”生產加工。

參考文獻

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基金項目：東莞職業技術學院2014年度政校行企合作項目（項目編號：ZXHQ2014d011）。

作者簡介：曹會元（1972-），男，東莞職業技術學院模具專業教師，研究方向：模具專業教學。

（責任編輯：蔣建華）