線(xiàn)切割加工中模具表面產(chǎn)生變質(zhì)層的原因與解決辦法
電火花線(xiàn)切割加工模具已在模具制造中得到廣泛應(yīng)用。然而，線(xiàn)切割加工時(shí)也會(huì)對(duì)模具表面造成某些負(fù)面影響，在線(xiàn)切割的瞬時(shí)高溫和工作液的快速冷卻作用下，模具表面經(jīng)線(xiàn)切割后會(huì)形成變質(zhì)層，使表面硬度下降，并產(chǎn)生顯微裂紋等弊病，嚴(yán)重影響模具的制造質(zhì)量和使用壽命，應(yīng)引起足夠重視。
一 變質(zhì)層的形成
電火花線(xiàn)切割是利用瞬間放電能量的熱效應(yīng)，使工件材料熔化、蒸發(fā)達(dá)到尺寸要求的加工方法。由于線(xiàn)切割的工作液多采用具有介電作用的液體，因此在加工過(guò)程中還伴有一定的電解作用。切割時(shí)的熱效應(yīng)和電解作用，通常使加工表面產(chǎn)生一定厚度的變質(zhì)層，如表層硬度降低，出現(xiàn)顯微裂紋等，致使線(xiàn)切割加工的模具易發(fā)生早期磨損，直接影響模具沖裁間隙的保持以及模具刃口容易崩刃，縮短了模具的使用壽命。
對(duì)于碳鋼來(lái)說(shuō)，工件表面的熔化層（變質(zhì)層由熔化凝固層與熱影響層組成）在金相照片上呈現(xiàn)白色，有成為白層。它與基體金屬完全不同，是一種樹(shù)枝狀的淬火鑄造組織，與內(nèi)層的結(jié)合也不甚牢固。它主要由馬氏體、大量晶粒極細(xì)的殘余奧氏體和某些碳化物組成。
二 變質(zhì)層的影響因素
1、工件材料的金相組織及元素成份 由于電火花的放電作用，使工件材料表面層的金相組織發(fā)生了明顯的變化，形成不連續(xù)的。厚度不均勻的變質(zhì)層。它與工件材料、電極絲材料、脈沖電源和工作液等到參數(shù)有關(guān)。經(jīng)金相組織分析，變質(zhì)層中殘留了大奧氏體。在使用鉬絲電極絲和含碳工作液時(shí)，經(jīng)光譜分析和電子探針檢測(cè)，在變質(zhì)層內(nèi)，鉬和碳元素的含量大幅度增加；而使用銅絲電極絲和去離子水的工作液時(shí)，發(fā)現(xiàn)變質(zhì)層內(nèi)銅元素含量增加，而無(wú)滲碳現(xiàn)象。
2、變質(zhì)層的厚度 通常，變質(zhì)層的厚度隨脈沖能量的增大而變厚。因電火花放電過(guò)程的隨機(jī)性，在相同的加工條件下，變質(zhì)層的厚度往往是不均勻的，從有關(guān)試件所測(cè)得的變質(zhì)層厚度的數(shù)據(jù)表明，線(xiàn)切割電規(guī)準(zhǔn)對(duì)變質(zhì)層厚度有明顯的影響。例如：電極絲為黃銅絲，低速走絲（0.6m/s）加工電壓60V，電流5.5A，變質(zhì)層厚度最大值為20.0μm,平均增為13.8μm。
3、顯微硬度明顯下降，并出現(xiàn)顯微裂紋 由于變質(zhì)層金相組織和元素含量的變化，使工件表面的顯微硬度明顯下降。例如在去離子水中進(jìn)行緇鴰ㄏ咔懈羆庸ず?，工件钡a嬗捕戎滌上咔懈釙暗?70HV下降到線(xiàn)切割加工后的670HV，通常在距表面十幾微米的深度內(nèi)出現(xiàn)了線(xiàn)切割的軟化層。同時(shí)，表面變質(zhì)層一般存在拉應(yīng)力，會(huì)出現(xiàn)顯微裂紋。尤其是切割硬質(zhì)合金時(shí)，在常規(guī)的電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)條件下，更容易出現(xiàn)裂紋，并存在空洞。危害極大。
三 顯微裂紋的形成機(jī)理與預(yù)防措施
線(xiàn)切割是利用放電熱效應(yīng)進(jìn)行加工的，模具材料表面因放電產(chǎn)生高溫而熔化，然后急冷產(chǎn)生變質(zhì)層，變質(zhì)層上常出現(xiàn)較多的顯微裂紋，這種顯微裂紋大多是由于金屬?gòu)娜刍癄顟B(tài)突然急冷凝固，材料收縮產(chǎn)生拉伸熱應(yīng)力所造成的。
不同的工件材料對(duì)裂紋的第三性也不同，硬脆材料容易產(chǎn)生裂紋。工件預(yù)先熱處理狀態(tài)對(duì)裂紋的產(chǎn)生也有較大影響，加工淬火材料比加工淬火后為或退火材料材料容易產(chǎn)生裂紋，因?yàn)榇慊鸩牧嫌泊?，原始?yīng)力也較大。
為防止模具表面產(chǎn)生顯微裂紋，應(yīng)對(duì)鋼材熱加工（鑄、鍛）、熱處理直到制成模具的各個(gè)環(huán)節(jié)都要充分關(guān)注和重視，并采取相應(yīng)的措施。①在線(xiàn)切割加工前的熱處理，應(yīng)不免材料過(guò)熱、滲碳、脫碳等現(xiàn)象；②線(xiàn)切割時(shí)應(yīng)優(yōu)化電規(guī)準(zhǔn)：1）采用高峰值窄脈沖電參數(shù)，使工件材料以氣相拋出，氣化熱大大高于融化熱，以帶走大部分熱量，避免工件表面過(guò)熱；2）有效地進(jìn)行逐個(gè)脈沖檢測(cè)，控制好集中放電脈沖串的長(zhǎng)度，也可解決局部過(guò)熱問(wèn)題，消除顯微裂紋的產(chǎn)生；3）脈沖能量對(duì)顯微裂紋的影響極其明顯，能量越大，顯微裂紋則越寬越深；脈沖能量很小時(shí)，例如采用精加工電規(guī)準(zhǔn)，表面粗糙度值小于Ra1.25μm,一般不易出現(xiàn)顯微裂紋；③工作液中的電蝕產(chǎn)物（如液渣等）常會(huì)導(dǎo)致集中放電，形成顯微裂紋。
此外，在線(xiàn)切割加工中心，為了預(yù)防裂紋和變形，加工條件也應(yīng)慎重選擇，尤其是對(duì)于那些大型、厚壁、形狀復(fù)雜、厚度不均勻的模具零件，宜采用多次切割法，這是減少和去除表面缺陷的一種非常有效的方法。以及應(yīng)選擇叫平坦，易精加工或?qū)ぜ阅苡绊懖淮蟮牟课辉O(shè)置線(xiàn)切割的起始點(diǎn)，這也很重要。對(duì)于有些要求高的模具，可采用多種有效措施，在線(xiàn)切割加工后把表面變質(zhì)層拋除、研磨掉，提高零件的表面質(zhì)量。
四 結(jié)語(yǔ)
優(yōu)化線(xiàn)切割加工的工藝方案，選擇合理的工藝參數(shù)，以防止模具表面發(fā)生過(guò)熱的現(xiàn)象，減少和避免變質(zhì)層的形成，消除表面顯微裂紋，對(duì)于提高模具制造質(zhì)量和延長(zhǎng)模具使用壽命均是十分有效的。
相關(guān)閱讀：
2、教你幾招線(xiàn)切割機(jī)床常見(jiàn)故障的排除方法
3、常見(jiàn)的線(xiàn)切割機(jī)床產(chǎn)生故障的幾種原因