關于熱處理工藝對工件線切割加工性能的影響分析

余海煉 孔中捷 李勇前

摘 要：慢走絲線切割加工是現代加工制造行業常用的加工技術，具有精度高、表面效果好且適用范圍廣的優勢，在航空航天、軍用產品以及模型加工等行業得到了廣泛應用。其主要是利用電火花線產生的高溫來進行輪廓加工，但由于其中涉及到熱、電、磁等復雜反應，使得其加工質量容易受到其他因素的影響。

關鍵詞：熱處理工藝；工件線切割；加工性能

中圖分類號：TG155 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2017）07-0169-02

Abstract：Slow thread cutting is a common processing technology in modern processing and manufacturing industry. It has the advantages of high precision， good surface effect and wide application range. It has been widely used in aerospace， military products and model processing. It is mainly the use of high-temperature wire to produce contours for processing， but because of which involves heat， electricity， magnetic and other complex reactions， so that the processing quality is susceptible to other factors.

Key Words：heat treatment process； workpiece wire cutting； processing performance

熱處理工藝是現代制造業中常用的工藝，為了滿足零件加工的需求，最大限度的利用材料，進行適當的熱處理是零件制造的重要環節。

通過加溫、保溫、冷卻等環節，熱加工工藝能夠通過改變材料組織結構來提高其應用性能，熱處理工藝對于材料的加工與使用能力有直接影響。例如在模具加工中，為了避免線切割造成的應力，線切割通常都是在熱處理之后進行的。但是在調查中發現，許多要進行線切割加工的工件基本上都是未經過熱處理，因此研究熱處理工藝對線切割加工工件性能的影響具有重要的現實意義。

1常見的熱處理方法

1.1退火

退火是指當工件加熱至一定溫度時，工件隨著爐溫慢慢下降至500℃以下，也就是讓工件在空氣中慢慢冷卻。退火是指完全退火，一般用于質量輕的工件，常用于各種合金、碳鋼、鍛件等工件的熱處理。該方法還能作為一些工件的預處理措施。

1.2球化退火

球化退火是指通過降低工件的硬度，從而提高工件的切削加工性能，為后續的淬火做好準備工作。該方法一般用于合金鋼、碳鋼等材料中。

1.3淬火

淬火是指將工件加熱后并保持一段時間，然后在水或者油中進行冷卻處理的一種工藝。該方法在冷卻階段采用的介質除了常用的水、油外，還可以使用鹽水進行冷卻處理。在使用鹽水冷卻時，能夠提高工件的硬度和表面的光滑度。而使用油進行冷卻處理時，不是所有的油都能夠作為淬火冷卻介質，一般采用淬火油作為工業冷卻介質，可以用于穩定性較高的合金鋁。在選取淬火介質時，需要根據工件的實際情況而定，例如鹽水淬火容易使得工件容易變形和開裂。

1.4回火

回火是將淬火處理過的工件再次加熱美國認證協會制定的臨界點以下的溫度，并且要保持一段時間，然后再次使用一定的方法將其冷卻。低溫回火能夠提高工件的硬度與耐磨性，且該方法能夠避免工件使用時的崩壞或損毀現象，同時能夠有效避免淬火處理造成的內應力、降低工件的脆性；中溫回火能夠保持工件的強度、彈性和韌性。中溫回火可用于各種彈性要求較高工件的加工中，例如彈簧、彈力板等；高溫回火能夠使材料獲得較好的機械性能，包括強度與硬度等性能。

1.5正火

正火是指將工件加熱到一定溫度后保持一段時間，然后再放在空氣中冷卻或噴水冷卻的一種處理方法，其主要效果能夠細化晶粒以及使材料分布的更加均勻，能夠提高工件的加工性能，減少工件的內應力，避免后續加工出現變形與開裂的現象。

1.6調質處理

調質處理是淬火與高溫回火共同應用的工藝，在一些常用的工件中有廣泛應用，例如連桿、齒輪和軸類。

除了上述六種常見的熱處理工藝外，時效也是現代常用的一種熱處理方法，其主要是通過加熱后放置不用時間，合金的性能會隨著時間的變化而產生變化；鋼的碳氮共滲也是現代一種新型熱處理工藝，也就是在鋼表層加入碳、氮分子，這樣能夠提高鋼材的綜合性能，包括耐磨度和強度等性能。

2線切割過程中工件變形、開裂的原因分析

熱處理過程中工件出現的變形主要是由于熱處理產生的組織應力與熱應力作用于工件的結果。但是在線切割加工過程中，工件整體溫度無明顯變化且線切割速度也很均勻，但為什么會出現變形、開裂現象？

一般情況（正火、退火）下，在工件的線切割加工中，工件幾乎不出現開裂和變形，但淬火加工處理的高硬度模具會由于材料而產生不同程度的形變，其中以碳素結構鋼變形、開裂的機率最大。由此可見，線切割變形與熱處理有密切的相關性。工件淬火時，由于各部分加熱、冷卻存在時性差異而產生溫差，并且由于組織轉變速度存在差異，導致工件截面各部分膨脹與收縮不均勻。一個工件各部位的變化都會影響到其他部位，這也是淬火產生的內應力。內應力會由于工件在高溫狀態下的塑性變形從而得到施放；但大部分內運力由于冷卻處理中工件溫度的急速下降，材料強度的提升而被保留下來，這也是淬火加工工件的殘余應力。

為了保障模具的輕度，一般采用低溫回火處理。此時工件中的殘余應力有少部分被消除。但是對于整體而言，回火處理后應力處于相對平衡狀態，也就是應力與力矩相加的結果為0。但是一旦進行線切割加工，工件內應力相對平衡狀態也就被破壞，內應力就會重新分布，從而導致工件出現變化、開裂。

3如何避免熱處理工藝對線切割加工工件的影響

工件在熱處理之后會殘留較大的內應力，并且由于熱處理導致強度提升。基于此，為了避免工件在后續加工過程中出現變形、開裂的現象，從而影響工件的使用性能，需要采取有效的防范措施。如何提高熱處理的效率與質量，如何調整線切割加工工藝，都是確保工件加工質量的重要環節，在加工過程中需要對此進行研究并采取有效的干預措施，從而確保工件的使用性能。

3.1模具的選擇

原則上要選擇鍛造性高、淬透性好且熱處理變形性小的材料，盡量選擇CrWMn、Cr12MoV等合金鋼。線切割在對工件進行切割時，必不可能的會產生塑性變形，從而獲得需要的形狀、尺寸的工件。在此過程中，工件需要承擔著較高的溫度與豎直切割力，從而在表面留下磨痕。這樣就對熱處理后的工件有一定的要求，要求其具備較高的硬度、韌性、加工性與耐磨性。因此，使用線切割加工的工件多采用淬火和回火的熱處理工藝，從而達到線切割技術的標準。熱處理對于工件的性能有一定的改變作用，能夠有效提升工件的硬度、耐磨性與韌性等性能，但是一般的熱處理工藝也有可能使得材料出現缺陷或形變，導致工件的承載力和精度下降。在實際加工中，工件熱處理后出現的變形可以細分為體積變形、形狀變形這兩種，這種現象出現的主要原因是由于淬火處理和回火處理過程中，熱應力、殘余內應力以及組織應力作用于工件，從而出現變形現象?？梢酝ㄟ^預處理或是優化熱處理工藝，調整工具結構等方式來減小工具變形的現象。更應當從工件材料出發，選擇合適的材料。通過選擇合適的材料，能夠減少熱處理過程中引發的缺陷，熱處理引發的變形可能性會大幅下降。高彈中鉻耐磨鋼以及高速鋼基體鋼都是采用高碳低合金鋼作為基礎，通過成分結構的改變，能夠降低熱處理引起的變形，從而提高工件的韌性、硬度以及耐磨性，避免工件在線切割過程中出現變形、開裂的現象。

3.2熱處理的選擇

淬火工件殘余應力的大小對于工件切割過程中變形、開裂程度有直接影響，因此需要重視熱處理加工質量。選擇科學的熱處理加工方法，并嚴格執行各項處理規范。結合線切割加工的特點，適當調整熱處理加工引起模具切割處理中的變形與開裂，是一種比較有效的方法。筆者建議需要注意以下幾方面：（1）淬火處理時，為了避免工件過熱，淬火深度要保持一致。（2）對于一些使用環境復雜的高硬度工件，受到現代熱處理加工工藝的限制，需要采用低溫回火處理，這使得工件仍殘留較大的應力。回火溫度和回火時間對于殘余應力的大小有直接影響，因此在淬火后需要進行線切割的工件，回火后硬度需要達到線切割要求的最小值，這就需要使用較高的回火溫度進行回火。（3）受到上述條件的要求，通過延長回火時間也能夠有效降低工件內部的參與應力。對于截面積較大、形狀復雜的大中型模具，線切割后可以將內部應力重新分布，然后進行回火補充，能夠有效消除線割中產生的附和應力，能夠有效提高模具的穩定性。補充回火溫度需要略低于回火溫度大約20℃左右，回火時間一般為4-5小時。

電火花線切割工藝目前以及廣泛應用于機械行業，成為工件加工的重要方法，其主要是利用電腐蝕原理進行加工，材料的硬度與其加工質量有密切的相關性。但是在線切割加工過程中，由于殘余應力的作用，容易導致工件變形。需要通過優化線切割工藝，來保障加工精度。對于材料變形大的工件，可以先使用普通銑床進行預加工，然后經過淬火、回火的處理后，再進行線切割加工。

4結語

慢走絲線切割加工是現代加工制造行業常用的加工技術，具有精度高、表面效果好且適用范圍廣的優勢，在航空航天、軍用產品以及模型加工等行業得到了廣泛應用。其主要是利用電火花線產生的高溫來進行輪廓加工，但由于其中涉及到熱、電、磁等復雜反應，使得其加工質量容易受到其他因素的影響。經過高溫淬火處理的工件在進行線切割過程中，必不可免的會由于殘余內應力的影響出現變形、開裂的現象。通過對線切割工件材料的選擇以及熱處理加工技術的調整，能夠有效降低工件變形和開裂的現象。

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