提高沖模壽命的有效途徑
1 引言
目前電火花線切割機已被廣泛應用于模具加工跟伏。由于線切割機床加工一般都是在熱處理后進行耻姥，從而避免了熱處理變形方庭、表面脫碳等弊病厕吉。有很多模具制造單位，往往是線切割后械念，稍加研磨就裝配使用头朱。還有的不經(jīng)研磨就直接裝配使用， 結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)崩刃龄减、折斷项钮、碎裂現(xiàn)象，即使不出現(xiàn)上述現(xiàn)象希停，沖模的刃磨壽命也不長烁巫。
本文就線切割后模塊表面的應力狀態(tài)及消除應力、提高其表面質(zhì)量的方法宠能，作初步探討亚隙。
2 線切割后零件表面的應力狀態(tài)
目前， 很多模具都采用快走絲線割機加工棵薛，線切割后的工件表面粗糙度Ra ≥2. 5μm掰砌，硬度分布和內(nèi)應力狀態(tài)都很差。
線切割機加工時抗该， 放電區(qū)電流密度高達10000A/ mm2学岔，溫度高達10000～12000 ℃，加注的介質(zhì)液急劇冷卻童丢， 致使切割面表層硬度僅20HRC 左右， 而內(nèi)部淬火層硬度卻高達70HRC 以上吆踏，其后為熱影響區(qū)择车，再后才是原硬度區(qū)。尤為嚴重的是原材料內(nèi)部因為淬火呈拉應力狀態(tài)轩丁， 線切割所產(chǎn)生的熱應力也是拉應力阀严， 兩種應力疊加的結(jié)果很容易達到材料的強度極限而產(chǎn)生微裂紋， 從而大大縮短沖模壽命仙商，因此線切割不能作為凸模砚凳、凹模的最終加工工序。從圖1 可以看出钞钙，CrWMn 材料線切割后切口斷面硬度分布及回火鳄橘、時效后的硬度變化情況。 3 消除線切割產(chǎn)生應力的措施
3.1 研磨去掉白層
目前芒炼， 多數(shù)模具加工單位是在線切割后瘫怜，用研磨的辦法去掉表層20HRC 的灰白層(即白層) 后便進行裝配使用术徊。這樣做雖然可以去掉硬度低的白層， 但沒有改變線切割造成的應力區(qū)的應力狀態(tài)鲸湃， 即使增大線切割后的研磨余量赠涮，但因高硬層硬度高(達70HRC)，研磨困難暗挑， 過大的研磨量容易破壞零件幾何形狀笋除。故線切割產(chǎn)生的高硬度層并不能提高沖模壽命，因為其脆性大是產(chǎn)生裂紋炸裆、崩刃的根本原因垃它。
3.2 回火處理
在線切割后，研磨去零件表面的白層晒衩，再在160～180 ℃回火2h嗤瞎， 則白層下面的高硬層可降低5～6HRC， 線切割產(chǎn)生的熱應力亦有所下降囚缝，從而提高了沖模的韌性糠歧，延長了使用壽命。但是由于回火時間短旧匈，熱應力消除不徹底预第，沖模壽命并不十分理想。
3.3 磨削加工
線切割后磨削加工闯智， 可去掉低硬度的白層和高硬層害媚，提高沖模壽命。因為磨削時產(chǎn)生的熱應力也是拉應力犹耻， 與線切割產(chǎn)生的熱應力疊加财军， 無疑也會加劇沖模損壞。若在磨削后春探， 再進行低溫時效處理欧移， 則可消除應力影響，顯著提高沖模韌性辑皿，使沖模壽命提高时簸。因為幾何形狀復雜的沖模大多數(shù)是采用線切割加工， 所以磨削形狀復雜的沖模必須采用價格昂貴的坐標磨床和光學曲線磨床赖晶，而這兩種設(shè)備一般廠家都不具備律适， 故推廣困難。
3.4 噴丸處理后再低溫回火
噴丸處理可使線切割切口的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體遏插，提高沖模的強度和硬度捂贿，使表面層應力狀態(tài)發(fā)生變化，拉應力降低，甚至變?yōu)閴簯顟B(tài)眷蜓，使裂紋萌生和擴展困難分瘾，再結(jié)合低溫回火，消除淬火層內(nèi)拉應力吁系，可使沖模壽命提高10～20 倍德召。
噴丸處理受設(shè)備條件和沖模零件形狀(內(nèi)表面) 限制，難以普遍應用汽纤。
315 研磨后再低溫時效處理
線切割表面經(jīng)研磨后上岗， 高硬層已基本去掉， 再進行120～150 ℃×5～10h 低溫時效處理(亦稱低溫回火處理)蕴坪， 亦可經(jīng)過160～180 ℃×4～6h 低溫回火處理膀概。這樣可消除淬火層內(nèi)部拉應力，而硬度降低甚微(后者硬度降低稍大)础甜，卻大大提高了韌性度限，降低了脆性，沖模壽命可提高2 倍以上怨拍。這一方法簡便易行浙梗，效果十分明顯，易于推廣灰蒋。
冷鐓模和冷擠模在壓制若干零件之后务冠，模具內(nèi)部的應力已經(jīng)積聚很高， 亦可用此方法消除應力萍捌，提高韌性丈揖，使壽命提高。
4 應用舉例
莫單位曾用材料為CrWMn 的沖模逗耕， 線切割后分別做如下試驗旁咙， 其壽命差異非常大。
(1) 直接用于沖裁摘肤，刃磨壽命10742 次椿疗。
(2) 160 ℃回火2h，刃磨壽命11180 次盏浇。
(3) 研磨去白層变丧，刃磨壽命僅4860 次芽狗。
(4) 研磨去白層绢掰，160 ℃×2h 回火，刃磨壽命為7450 次童擎。
(5) 磨削滴劲，刃磨壽命28743 次。
(6) 噴丸后經(jīng)160 ℃×2h 回火， 刃磨壽命達到220000 次班挖。
用Cr12 材料加工鐓臺模(如圖2 所示)鲁捏，被鐓壓工件材料為σb = 800MPa 的可伐合金，原工藝為960～980 ℃油淬+ 160～180 ℃×2h回火萧芙，線切割后给梅，經(jīng)鉗工研磨，直接壓制双揪，壽命僅數(shù)十件就斷裂拯羽。 若經(jīng)線切割后研磨， 再進行160～180 ℃×2h 回火链愉，壽命達數(shù)百件谐创，依然斷裂。
采用線切割后研磨拦吓， 再進行120～150 ℃×6～10h 低溫時效處理寸芦， 壽命超過3000 件，目前仍在使用子敷。
5 有關(guān)研磨問題
從圖3 中可以看出凸婆仪、凹模的磨損是沿側(cè)面(線切割表面) 和端面(刃磨表面) 兩個方向同時發(fā)生的，前者磨損略大于后者旷动。凸纫益、凹模表面粗糙度值越低，耐疲勞強度越高赂裸，粗糙度值每降低1 級揍忍， 壽命可提高1 倍。因此贾虽， 研磨凸逃糟、凹模時，必須兩者兼顧蓬豁。 有人曾做過這樣的實驗绰咽， 把兩組結(jié)構(gòu)完全相同的凸、凹模地粪，用來沖制同一材料取募。其中一組只研磨凸、凹模側(cè)面蟆技、磨削端面玩敏， 另一組則是研磨側(cè)面、端面磨削后再研磨质礼， 實驗結(jié)果旺聚，后者的壽命竟比前者高出近1 倍。
上述實驗結(jié)果不難理解， 因為板料在沖裁時砰粹，隨著凸模進入板料深度的增加唧躲，材料向凸、凹模刃口流動敢俭，直到凸模刃口和凹模刃口之間產(chǎn)生的裂紋重合時為止乱孩。在材料流動時，凸纽宇、凹模端面產(chǎn)生很大的摩擦力耀即，摩擦力大小在很大程度上取決于凸、凹模端面粗糙度的高低编苛， 因此藻着， 研磨凸、凹模端面有利于提高沖模壽命娜摇， 特別是形狀復雜而精度要求高的中小型沖模猩僧。
6 結(jié)束語
凸、凹模在線切割后的加工方法沿信，對沖模的壽命影響極大纲析。如何消除線切割加工產(chǎn)生的脆性，提高韌性组漏，最佳方法是噴丸+ 低溫回火农浓，其次是磨削后+ 研磨+ 低溫回火，再次是研磨+ 低溫時效處理觅赊， 各單位可根據(jù)自己的具體情況選擇右蕊。
目前電火花線切割機已被廣泛應用于模具加工跟伏。由于線切割機床加工一般都是在熱處理后進行耻姥，從而避免了熱處理變形方庭、表面脫碳等弊病厕吉。有很多模具制造單位，往往是線切割后械念，稍加研磨就裝配使用头朱。還有的不經(jīng)研磨就直接裝配使用， 結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)崩刃龄减、折斷项钮、碎裂現(xiàn)象，即使不出現(xiàn)上述現(xiàn)象希停，沖模的刃磨壽命也不長烁巫。
本文就線切割后模塊表面的應力狀態(tài)及消除應力、提高其表面質(zhì)量的方法宠能，作初步探討亚隙。
2 線切割后零件表面的應力狀態(tài)
目前， 很多模具都采用快走絲線割機加工棵薛，線切割后的工件表面粗糙度Ra ≥2. 5μm掰砌，硬度分布和內(nèi)應力狀態(tài)都很差。
線切割機加工時抗该， 放電區(qū)電流密度高達10000A/ mm2学岔，溫度高達10000～12000 ℃，加注的介質(zhì)液急劇冷卻童丢， 致使切割面表層硬度僅20HRC 左右， 而內(nèi)部淬火層硬度卻高達70HRC 以上吆踏，其后為熱影響區(qū)择车，再后才是原硬度區(qū)。尤為嚴重的是原材料內(nèi)部因為淬火呈拉應力狀態(tài)轩丁， 線切割所產(chǎn)生的熱應力也是拉應力阀严， 兩種應力疊加的結(jié)果很容易達到材料的強度極限而產(chǎn)生微裂紋， 從而大大縮短沖模壽命仙商，因此線切割不能作為凸模砚凳、凹模的最終加工工序。從圖1 可以看出钞钙，CrWMn 材料線切割后切口斷面硬度分布及回火鳄橘、時效后的硬度變化情況。 3 消除線切割產(chǎn)生應力的措施
3.1 研磨去掉白層
目前芒炼， 多數(shù)模具加工單位是在線切割后瘫怜，用研磨的辦法去掉表層20HRC 的灰白層(即白層) 后便進行裝配使用术徊。這樣做雖然可以去掉硬度低的白層， 但沒有改變線切割造成的應力區(qū)的應力狀態(tài)鲸湃， 即使增大線切割后的研磨余量赠涮，但因高硬層硬度高(達70HRC)，研磨困難暗挑， 過大的研磨量容易破壞零件幾何形狀笋除。故線切割產(chǎn)生的高硬度層并不能提高沖模壽命，因為其脆性大是產(chǎn)生裂紋炸裆、崩刃的根本原因垃它。
3.2 回火處理
在線切割后，研磨去零件表面的白層晒衩，再在160～180 ℃回火2h嗤瞎， 則白層下面的高硬層可降低5～6HRC， 線切割產(chǎn)生的熱應力亦有所下降囚缝，從而提高了沖模的韌性糠歧，延長了使用壽命。但是由于回火時間短旧匈，熱應力消除不徹底预第，沖模壽命并不十分理想。
3.3 磨削加工
線切割后磨削加工闯智， 可去掉低硬度的白層和高硬層害媚，提高沖模壽命。因為磨削時產(chǎn)生的熱應力也是拉應力犹耻， 與線切割產(chǎn)生的熱應力疊加财军， 無疑也會加劇沖模損壞。若在磨削后春探， 再進行低溫時效處理欧移， 則可消除應力影響，顯著提高沖模韌性辑皿，使沖模壽命提高时簸。因為幾何形狀復雜的沖模大多數(shù)是采用線切割加工， 所以磨削形狀復雜的沖模必須采用價格昂貴的坐標磨床和光學曲線磨床赖晶，而這兩種設(shè)備一般廠家都不具備律适， 故推廣困難。
3.4 噴丸處理后再低溫回火
噴丸處理可使線切割切口的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體遏插，提高沖模的強度和硬度捂贿，使表面層應力狀態(tài)發(fā)生變化，拉應力降低，甚至變?yōu)閴簯顟B(tài)眷蜓，使裂紋萌生和擴展困難分瘾，再結(jié)合低溫回火，消除淬火層內(nèi)拉應力吁系，可使沖模壽命提高10～20 倍德召。
噴丸處理受設(shè)備條件和沖模零件形狀(內(nèi)表面) 限制，難以普遍應用汽纤。
315 研磨后再低溫時效處理
線切割表面經(jīng)研磨后上岗， 高硬層已基本去掉， 再進行120～150 ℃×5～10h 低溫時效處理(亦稱低溫回火處理)蕴坪， 亦可經(jīng)過160～180 ℃×4～6h 低溫回火處理膀概。這樣可消除淬火層內(nèi)部拉應力，而硬度降低甚微(后者硬度降低稍大)础甜，卻大大提高了韌性度限，降低了脆性，沖模壽命可提高2 倍以上怨拍。這一方法簡便易行浙梗，效果十分明顯，易于推廣灰蒋。
冷鐓模和冷擠模在壓制若干零件之后务冠，模具內(nèi)部的應力已經(jīng)積聚很高， 亦可用此方法消除應力萍捌，提高韌性丈揖，使壽命提高。
4 應用舉例
莫單位曾用材料為CrWMn 的沖模逗耕， 線切割后分別做如下試驗旁咙， 其壽命差異非常大。
(1) 直接用于沖裁摘肤，刃磨壽命10742 次椿疗。
(2) 160 ℃回火2h，刃磨壽命11180 次盏浇。
(3) 研磨去白層变丧，刃磨壽命僅4860 次芽狗。
(4) 研磨去白層绢掰，160 ℃×2h 回火，刃磨壽命為7450 次童擎。
(5) 磨削滴劲，刃磨壽命28743 次。
(6) 噴丸后經(jīng)160 ℃×2h 回火， 刃磨壽命達到220000 次班挖。
用Cr12 材料加工鐓臺模(如圖2 所示)鲁捏，被鐓壓工件材料為σb = 800MPa 的可伐合金，原工藝為960～980 ℃油淬+ 160～180 ℃×2h回火萧芙，線切割后给梅，經(jīng)鉗工研磨，直接壓制双揪，壽命僅數(shù)十件就斷裂拯羽。 若經(jīng)線切割后研磨， 再進行160～180 ℃×2h 回火链愉，壽命達數(shù)百件谐创，依然斷裂。
采用線切割后研磨拦吓， 再進行120～150 ℃×6～10h 低溫時效處理寸芦， 壽命超過3000 件，目前仍在使用子敷。
5 有關(guān)研磨問題
從圖3 中可以看出凸婆仪、凹模的磨損是沿側(cè)面(線切割表面) 和端面(刃磨表面) 兩個方向同時發(fā)生的，前者磨損略大于后者旷动。凸纫益、凹模表面粗糙度值越低，耐疲勞強度越高赂裸，粗糙度值每降低1 級揍忍， 壽命可提高1 倍。因此贾虽， 研磨凸逃糟、凹模時，必須兩者兼顧蓬豁。 有人曾做過這樣的實驗绰咽， 把兩組結(jié)構(gòu)完全相同的凸、凹模地粪，用來沖制同一材料取募。其中一組只研磨凸、凹模側(cè)面蟆技、磨削端面玩敏， 另一組則是研磨側(cè)面、端面磨削后再研磨质礼， 實驗結(jié)果旺聚，后者的壽命竟比前者高出近1 倍。
上述實驗結(jié)果不難理解， 因為板料在沖裁時砰粹，隨著凸模進入板料深度的增加唧躲，材料向凸、凹模刃口流動敢俭，直到凸模刃口和凹模刃口之間產(chǎn)生的裂紋重合時為止乱孩。在材料流動時，凸纽宇、凹模端面產(chǎn)生很大的摩擦力耀即，摩擦力大小在很大程度上取決于凸、凹模端面粗糙度的高低编苛， 因此藻着， 研磨凸、凹模端面有利于提高沖模壽命娜摇， 特別是形狀復雜而精度要求高的中小型沖模猩僧。
6 結(jié)束語
凸、凹模在線切割后的加工方法沿信，對沖模的壽命影響極大纲析。如何消除線切割加工產(chǎn)生的脆性，提高韌性组漏，最佳方法是噴丸+ 低溫回火农浓，其次是磨削后+ 研磨+ 低溫回火，再次是研磨+ 低溫時效處理觅赊， 各單位可根據(jù)自己的具體情況選擇右蕊。
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