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电火花线切割中热效应现象及其对模具质量影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-08-07 09:42:48 来源: 作者:用户16220    浏览次数:1    
摘要

线切割加工时或加工后出现的模具质量问题如变形、开裂、表面粗糙、使用寿命短等,是因为模具加工表层的残余应力和显微组织的缺陷所致。从机加工工艺和电规准参数角度去思考分析原因,难以了解其本质和获得正确而有效的解决办法。为此,本文拟从电火花成形时的热量变化角度阐述线切割中存在的热效应现象及其对模具质量的影响。 1热效应现象模具电火花线切割原理就是利用工具电极丝与模具之间放电电离瞬时产生大量的热量使模具温度...

线切割加工时或加工后出现的模具质量问题如变形、开裂、表面粗糙、使用寿命短等,是因为模具加工表层的残余应力和显微组织的缺陷所致。从机加工工艺和电规准参数角度去思考分析原因,难以了解其本质和获得正确而有效的解决办法。为此,本文拟从电火花成形时的热量变化角度阐述线切割中存在的热效应现象及其对模具质量的影响。

1热效应现象模具电火花线切割原理就是利用工具电极丝与模具之间放电电离瞬时产生大量的热量使模具温度迅速升高,*高温度在放电通道中心处可达10000°C以上,致使模具被加工表面材料汽化、熔化,从而达到去除材料的目的。这种在电火花线切割加工中由电能转化为热能,使被加工模具温度升高的现象,本文称之为模具电火花热效应现象。每一次电火花引起模具材料表层快速而局部的加热,然后由极间工作液如煤油、皂化液、去离子水和周围材料快速冷却作用,使模具温度由表及里,由高到低呈梯度方向迅速降低。对模具表层的影响深度范围,以Cr12MoV合金模具钢为例,如所示,可划分为7个区,它们依次是:汽化区、熔化区、凝固区、过热区、淬火区、部分淬火区和回线切割中的热效应现象火区。对模具加1;汽化区2熔化区3凝固区4;过热区工和质量的影响5;淬火区6部分淬火区7回火区可以归纳为两个*湖南科技大学校科研启动资助项目(E50203);校教研资助项目(G30420)方面:1)汽化和熔化部位去除材料,形成零件加工尺寸及其精度;2)凝固区、过热区、淬火区、部分淬火区和回火区改变模具组织和金相成份,影响模具的力学性能、尺寸精度、形状精度和表面粗糙度。

2热效应对模具质量的影响电火花线切割时的快速加热、重熔凝固和淬火使模具表面产生残余应力,降低了模具的弯曲强度和疲劳强度。

电火花线切割的热效应使模具的一部分材料熔化后没有被去除,而在工件表面重新凝固,形成凝固区。由于电极和极间工作液中的元素不同程度地渗入了凝固区,因此,该区有非平衡组织,含有加工裂纹和气孔,影响模具的力学性能和加工精度。快走丝线切割加工尤为突出。

过热区和淬火区产生热应力和组织应力,形成残余应力,产生微裂纹,使模具表面硬脆,是影响模具线切割质量的重要原因,如经线切割后冲裁模具的工作面,冲压时容易变形和开裂。

热效应对模具形成一定的损伤层,其深度随热效应强度的增加而增加。

与前处理的内应力一起联合作用在模具的尖角处,形成应力集中,使模具变形、开裂。

3对策和方法采用抛光(手动、超声波研磨)模具线切割加工表面,去除凝固后留存在模具表面的松散灰质层,消除加工微裂纹。

喷丸处理,使过热区和淬火区残余应力由拉应力向压应力转变,抑制了加工微裂纹,提高了疲劳强度,起到强化模具加工表面的作用。

在模具结构上开设工艺孔槽减小线切割加工去除材料时出现的非平衡应力,防止模具线切害I伽工自行开裂线切割加工分为粗加工和精加工,采用粗割后留有一定的加工余量,再精割一次、二次或三次,目的是减小加工变形,消除残余应九提高模具的制造精度。

采用慢走丝加工,或先采用快走丝、后采用慢走丝加工,减少热应力,降低表面粗糙度。

线切割后进行回火处理,减小或消除残余应力,稳定模具制造尺寸。

4实例分析以微电子转子凹模镶件线切割加工为例,转子凹模如所示,材料Cr12MoV,形状复杂而尺寸较小,且尖角A处类似于悬臂梁结构,工作时受力情况恶劣,易产生变形和断裂,使用寿命较短。从线切割热效应角度去分析:线切割时过热区和淬火区产生的残余应力与材料去除后失去平衡的应力联合作用于相对截面尺寸较小的尖角A处,使其易于变形和开裂。为此,笔者采取如下办法:除在线切割之前作锻造和退火处理外,采取一次粗割,两次精割加工成形来减小热应力和组织应力,然后采用低温回火消除残余应力,*后采取手工研磨,降低模具表面粗糙度。结果表明,转子凹模制造质量得到了较大的改善,刃磨寿命也由原来的30万次增加至50多万次,模具寿命得到明显提高。

5结语电火花线切割加工模具时存在着热效应现象,从热量传递的影响范围可分为汽化区、熔化区、凝固区、过热区、淬火区、部分淬火区和回火区,因此,线切割加工亦是多种热处理形式并存的过程。从热效应的角度,分析解决模具在电火花线切割中的质量问题是非常有效的。

 
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