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技术资料    Technical

淬火冷镦模线切割开裂的对策
 点击:1034  日期:2009/11/17 10:16:41
 随着电火花线切割加工工艺的广泛应用,冷镦模的淬火加工也越来越方便。但线切割加工过程中,冷镦模具也容易产生畸变和开裂,使模具报废。为此,笔者通过多年的深入研究,提出了一些防止开裂的对策。

    1.冷镦模热处理概况
    冷镦模工作时,凸模必须承受强裂烈的冲击力,其最大压应力可达到2500N/mm2,一般碳素工具钢或低合金工具钢最不能承受的,必须采用高强度韧性合金工具钢制造。同时凸模的工作表面还要承受剧烈的冲击性摩擦。如果凸模的耐磨不足,容易在凸模表面出现剥落和沟痕,进而引起凸模折断。冷镦凹模的型腔承受冲击性张力,因而在凹模壁产生冲击性切向拉应力,型腔表面承受强烈的摩擦和压力。如型腔复杂,在转角处因应力集中成为开裂危险点。另外在模壁出现磨损沟痕也会成为开裂危险点。因而模具表面抗磨损能力绝不可忽视。这就要求冷镦具有高硬度、高强度、高耐磨和足够的冲击韧度。

    对模具寿命要求不高或轻载的冷镦凸模可采用9SiCr、T12A、Cr12MoV、GCr15、60Si2Mn等钢制造,凹模可采用T10A、Cr12MoV、GCr15钢制造,在制定热处理工艺时应针对模具工作条件和结构来制定淬、回火工艺。如T10A钢的常规热处理工艺为:760~780℃加热,水或油冷淬火,180~200℃低温回火,硬度为61~62HRC,冲击韧度为10J。生产中用T10A钢制作的冷镦凸模易出现崩刃和折断,针对这种现象,有的企业采用了新的热处理工艺,适当降低淬火加热温度(约750℃),适当缩短保温时间,减少碳化物的固溶,防止奥氏体的含碳量增加,淬火后获得了50%以上的板条状马氏体,大幅度减少了淬火应力,淬回火后模具硬度达60~61HRC,冲击韧度达20J,因此模具寿命得提高。

    对较大型高寿命冷镦模,应采用高强韧性、高耐磨性模具钢,例如:LD、DC53(Cr8Mo2SiV)、Cr12MoV、K340(日本牌号)这类钢强韧性很高,耐磨性稍次。在冷镦车间生产线上线切割加工的冷镦模具非常多,线切割加工时经常发生模具开裂事故。

    2.冷镦模开裂的原因
    经反复论证和试验得出结论,模具开裂是由淬火残余内应力和材料韧度低造成的。圆筒形壁厚较薄模具,若在内壁进行切割,将其切割缺口,在即将切透时易产生炸裂。模具经热处理后会产生内应力(表面为拉伸应力,内部为压缩应力),两种内应力相互抵消而保持内应力平衡状态,若未及时回火或回火不充分,在线切割加工时,将破坏内应力平衡,因材料韧度低使模具变形产生裂痕

    3.防止对策
    3.1合理选择加工工艺过程

    线切割模具坯料的大小,要根据模具的大小确定,不宜太小。在一般情况下,切割空间应位于坯料中部或离毛坯边缘较远而不易开裂的位置上,通常坯料边距应取8mm左右。

    在允许的前提下,型腔模具的尖角处,应适当增加工艺圆角R,或在线切割之前将尖角处钻空,缓和应力集中。

    3.2优化线切割加工的工艺
    采用高峰值窄脉冲电参数,使模具材料以气相逸出,气化热大大高于熔化热,以带走大部分热量,避免模具表面过热而开裂。

    逐个检测脉中,控制好放电脉冲串长度,也可解决局部过热,消除裂纹。

    脉冲能量对开裂的影响极其明显,能量越大,开裂越宽越深;脉冲能量很小时,如采用精加工电规范,表面粗糙度值Ra<1.25μm,一般容易出现裂纹。

    3.3选用合理的热处理工艺
    a.改进热处理工艺,采用真空加热,保护气氛加热和充分脱氧盐浴炉加热淬火,及时回火,尽量消除淬火内应力,以降低脆低,提高模具的断裂韧性。

    b. LD、DC53、Cr12MoV、K340 钢在满足技术要求的前提下,尽量缓慢冷却,采用风冷、空冷、分级和等温的冷却方式,不要直接用油冷,从而降低淬火残余内应力。

    c.对高碳合金钢提高回火温度,在模具材料具有很好的抗回火性前提下,建议回火温度控制在360℃以上,最适宜的回火温度为490~500℃。对LD、DC53、Cr12MoV钢具有二次硬化的材料,若回火温度太低,在线切割工前磨削时也将会产生磨削裂纹。传统的模具技术要求60~62HRC,为提高韧性应打破这一传统,使之控制在56~59HRC,尤其对较大型复杂模具硬度取下限为宜。需注意,必须二次回火。

    3.4选用合适材料
    在原材料上选择LD、DC53(Cr8Mo2SiV)它作为通用冷镦模具钢,具有高硬度(≥HRC)、高韧性、高温回火性,具备了线切割加工的优良特性。同样的K340(日本牌号)也可以。国内材料首选Cr12MoV,因碳素工具钢淬火内应力大,淬透性差,模具表面、中间和心部的组织不同,比容差很大,线切割加工路线经过两种组织的交界很容量产生弧状裂纹而开裂,所以都应选用Cr12MoV等高碳合金钢。

    4.结语
    综上所述,引起冷镦模具线切割开裂的因素很多,文献资料介绍是原材料、锻造、淬火等造成的,这是一个很大的误区。固然有这几方面的原因,但不是最根本的原因。

    在生产实践中应根据实际情况制订出最佳工艺,采用正确的工艺方法(尤其是热处理),才能有效地防止开裂。