电火花加工变质层对模具成型表面的影响资料下载.pdf

1、m o l df o 珊i n gp a r t s，i t sp h y s i c a ln a t u r ed e f i n e st h e e x i s t e n c eo fs u d a c ed e n a t u r e dl a y e rw h e nu s i n gt l i sm e a n st om a n u f a c t u r em o l d i n gs u r f a c e，i nt h i sp a p e r，i ta n a l y z e st h em o l d i n gp r i n c i p l eo fs u l f

2、 a c ed e n a t u r e dl a y e r，t h ei m p a c to fd e n a t u r e dl a y e rt oq u a l i t ya n dw o r k i n gl i f e，f u r t h e r t h es o l V i n gm e t l o d sa r ep r o V i d e do u t K e yw o r d s：E D Mm n 血c t u r e；m o l d i n gs u 血c eo fd i e&m o l d；d e n a t u r e dl a y e Ec o u n t

3、e 瑚e a s u r e1引言金相组织、力学性能等均有所变化，会对模具成型表面电火花加工（E D M）作为模具制造的重要加工方产生一系列的负面影响，如使表面显微硬度变化，产生法，已得到广泛应用，并有着其它加工方法无可替代的残余拉应力，并产生显微裂纹、耐疲劳性下降等弊病，优点。其中。电火花成型加主要适用于各种型腔模，而严重影响模具制造质量和使用寿命。下面对变质层的电火花线切割则适用于加工各种形状的冲模。但是电形成机理、变质层对模具表面的影响、怎样预防和减少火花加工后的模具表面所产生的变质层，其化学成分、变质层对模具表面的影响等问题加以分析。（5）根据采集到的数据计算出修正值。根据线性误差E

4、等于实际值减去读数值，反向间隙等于返程时的测量值减去上一次通过该点的测量值作出修订参数表。并使用标定指令G 1 0 2、G 1 0 3、G 1 0 0 等指令制定修订程序表并它修改为s e t 文件。应用举例：G 1 0 2（开始指令）X5 0 OE 一0 0 0 3R O 0 0 1X0 0EO 0 0 0R 一0 0 0 1X 一5 0 OEO 0 0 1R 一0 0 0 lX 一1 0 0 0E0 0 0 2R 一0 0 0 1X 4 4 0 0 0E0 0 8 9 R 一0 0 0 1X 4 4 5 0 0E0 0 8 6 R 一0 0 0 1X 4 9 5 0 0E0 0 7 8R

5、一0 0 0 1X 一5 0 0 0 OEO 0 7 4R 一0 0 01G 1 0 3（反向补偿指令）X5 0 0E O 0 0 3R O 0 0 lX0 0E0 0 0 0R 一0 0 0 lX 一5 0 0E0 0 0 1R 一0 0 0 1X 1 0 0 0E0 0 0 2R 一0 0 0 1X 一4 4 0 0 0E0 0 8 9R 一0 0 01X 一4 4 5 0 0E0 0 8 6R 一0 0 0 lX 一4 9 5 0 OE0 0 7 8R O 0 01X 一5 0 0 0 0E0 0 7 4R 一0 0 01G 1 0 0（补偿结束指令）（6）制作新的A X V C A L

6、 S E T 参数文件，并用它取代数控系统中原有的A X V C A L S E T 参数，执行i n i t 功能。设备回零。7 0 模具制造2 0 0 6 年第7 期 万方数据模具制造技术2 变质层的形成机理电火花加工是利用工具电极和工件之间在一定工作介质中产生脉冲放电。在火花放电的瞬时高温高压下，使工件材料熔化、气化而被抛入工作液中，最终使工件达到尺寸要求的加工方法。2 1形成机理及组成电火花加工过程中所产生的变质层包括熔化层（或叫凝固层）和热影响层，如图1 所示。电火花加工模具成型表面熔化层热影响层模具基体金属图l电火花加工表面变质层熔化层是工件表层材料在脉冲放电的瞬时高温作用下熔化后

7、大部分抛出，小部分滞留下来，在脉冲放电结束后迅速冷却凝固而保留下来的金属层。其微观形态由许多大小不等、形状各异的放电凹坑和凸缘组成。由于钢中高熔点合金碳化物及微观成分不均匀，使该层均匀性、连续性较差。热影响层位于熔化层和工件基体材料之间。该层金属材料并没有熔化，但受到放电点传来的高温影响，使材料的金相组织发生了变化。由于加工材料及加工前热处理状况及加工脉冲参数的不同，热影响层的变化也不同。对于未淬火钢，热影响层就是淬火层。对已淬火钢，热影响层包括重新淬火层和回火层。2 2 变质层的厚度通常，变质层的厚度与模具材料的种类、脉冲电源的电参数有关，随脉冲能量（脉冲宽度及放电电流）的增大而变厚。因电火

8、花放电过程的随机性。在相同的加工条件下，变质层的厚度往往是不均匀的，从有关试件所测得的变质层厚度的数据表明。电规准对变质层厚度有明显的影响。例如：线切割电极丝为黄铜丝，低速走丝（0 6 毗）加工电压6 0 V，电流5 5 A，变质层厚度最大值为2 0 O 斗m，平均增为1 3。8 斗m。通常粗、中规准加工时变质层一般为0 1 0 5 m m，精加工时一般为O 0 1 0 0 5 m m，微精加工时小于0 0 1 m m。3 变质层对模具表面的影响钽瞄由国毽柏具S。删朋田国超口檩具1 c H t N A 暑赢M。u。3 1材料的化学成份发生了变化由于电火花的放电作用，使工件材料表面层的化学成分发

9、生了明显的变化。它与工件材料、电极材料、脉冲电源和工作液等参数有关。熔化层中有渗碳、渗金属、气孔及其他夹杂物。电火花成型加工时工作介质和石墨电极在电蚀过程中分解或析出的碳元素渗入工件表层。电火花线切割加工使用钼丝电极丝和含碳工作液时，经光谱分析和电子探针检测，在变质层内，钼和碳元素的含量大幅度增加；而使用铜丝电极丝和去离子水的工作液时，发现变质层内铜元素含量增加，而无渗碳现象。3 1 2 材料的金相组织发生了变化由于电火花的放电作用，使工件材料表面层的金相组织发生了明显的变化。形成不连续的、厚度不均匀的变质层。它与工件材料、电极丝材料、脉冲电源和工作液等参数有关。经金相组织分析，变质层中残留了

10、大量的奥氏体。其含量随脉冲能量的增大以近似指数曲线形式增长，其晶粒非常细小，有很强的抗腐蚀能力。对于碳钢来说。工件表面的熔化层在金相照片上呈现白色，故称为白层。它与基体金属完全不同，是一种树枝状的淬火铸造组织与内层的结合也不很牢固。它主要由细小马氏体、大量残余奥氏体和某些碳化物组成。3 3 表层显微硬度发生变化工件在加工前的热处理状态不同及电脉冲参数的不同，在电火花加工后其显微硬度的变化也不同。由于变质层金相组织和元素含量的变化使工件表面的显微硬度发生了明显变化。热影响层的硬度比基体材料高。对已淬火的钢，热影响层包括再淬火区和回火区，再淬火区的硬度稍高或接近于基体硬度，回火区的硬度则比基体材料

11、低。由于所采用的电参数、冷却条件及工件材料原来的热处理状况不同，变质层的硬度变化情况也不一样。以T 1 0 钢为例，图2 为未淬火钢经过电火花加工后的表层显微硬度变化曲线，图3 为已淬火钢的曲线。对未淬火钢而言。变质层硬度比基体硬度有较大提高。而对模具成型零件，一般在电火花加工前都经过淬火处理，从图3 可看出在熔化层硬度略有提高，而在距表面十几微米处的热影响层硬度则有较大的下降，出现了软化层。这对模具成型表面非常不利。因模具制造2 0 0 6 年第7 期7 1 万方数据黾譬由国趋一模具S 删朋田国趋一梗具1-c H N A 暑赢M。模具制造技术很多模具表面经电火花加工后还要对成型表面进行研磨抛

12、光，研磨抛光的厚度必须大于变质层厚度，才能使表面硬度不致下降，给钳工研磨抛光带来困难。8 0 0一6 0 0，趟4 0 0隧2 0 0O2 04 0 6 08 01 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0距表面深度，岬图2 未淬火T 1 0 钢电火花加工后的表面显微硬度规准：t i=1 2 0 斗8I e=1 6 A8 0 0；6 0 0越4 0 0隧2 0 0O2 04 0 印8 0l o o l 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0距表面深度斗m图3已淬火T 1 0 钢电火花加工后的表面显微硬度规准：t i=2 8 0 斗sI e=5 0 A3 4 出现残余拉应力电火

13、花加工表面存在着由于瞬时先热后冷作用而形成的残余应力，而且基本上表现为拉应力。残余拉应力的大小和分布。主要与材料的热学性质、材料在电火花加工前热处理状态及加工时的脉冲能量有关。材料的导热系数越小，产生的残余拉应力越大。淬火钢比未淬火钢加工后的残余应力大。如图为T 8 A 残余应力分布图。当热处理质量不高，如加热温度过高、淬火介质选择不当或回火不充分等，都可能造成残余应力增大。注意热处理的质量，使用较小的加工规准，都可以减少模具表面的残余拉应力。3 5 出现显微裂纹电火花加工表面会出现显微裂纹这种显微裂纹大多是由于金属从熔化状态突然急冷凝固，材料收缩产生拉伸热应力，容易达到材料的强度极限而产生与

14、表面呈不同角度的微观裂纹。裂纹主要产生在熔化层，在脉冲能量很大时会扩展到热影响层。尤其是加工硬质合金时，在常规的电规准参数条件下，很容易出现裂纹，并存在空洞，危害极大。如线切割加工的模具易发生早期磨损，直接影响模具冲裁间隙的保持以及模具刃口容易崩刃。严重影响模具的制造质量和使用寿命。影响显微裂纹大小的因素主要有材料性质、热处理状况、脉冲电源的能量、电火花加工稳定性等。不同材料对裂纹的敏感度不同，脉冲放电和工作液蒸发时产生的爆炸力使脆性材料更容易产生裂纹。工件预先热处理状态对裂纹的产生也有较大影响。加工淬火材料比加工淬火后回火或退火材料及非淬火材料更容易产生裂纹，因为淬火材料硬脆，原始应力也较大

15、，故淬火钢的质量不高时，更容易产生裂纹。脉冲能量对裂纹的影响非常明显，脉冲能量愈大，显微裂纹愈宽愈深。如电火花加工时的稳定性不好，尤其在产生拉弧和烧伤较多时，易产生裂纹，因为大量的热能传导扩散至金属材料内部，在材料内部产生内应力，加速了裂纹的形成。3 6 耐磨性提高抗疲劳性下降零件表面耐磨性与其硬度成正比电火花加工表面熔化层的显微硬度的提高使其耐磨性提高。但熔化层与基体结合不牢固。容易剥落而磨损。由于电火花加工后的表面变质层金相组织的变化。及产生的残余拉应力的影响，会使模具表面的耐疲劳性能比机械加工表面低许多倍。故对于锻模、冲压模等受交变载荷较大的模具，最好把电火花加工的表面变质层去除掉。4 预防及消除变质层影响的对策为防止表面变质层对模具表面质量和寿命产生负面影响，应从毛坯制造、热处理工艺、电加工工艺、后续处理工艺等模具制造的各个环节采取相应的措施。（1）模具毛坯准备