模具設計與制造畢業(yè)論文--線切割加工變形和開裂問題分析

1、<p><b>　　XXXXXXX學院</b></p><p><b>　　畢業(yè)實習專題報告</b></p><p>　　題 目： 線切割加工變形和開裂問題分析 </p><p>　　作 者： XXXXXX 學 號： XXXXXXXXXX </p><p&

2、gt;　　班 級： 08模具 </p><p>　　系 別： 機電工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 模具設計與制造 </p><p><b>　　摘要</b></p>

3、<p>　　“電火花數(shù)控線切割加工”是利用移動的細金屬導線（銅絲或鉬絲）作為電極，對工件進行脈沖火花放電、切割成形。它為機械制造業(yè)中加工某些特殊的材料、特殊形狀的工件提供了切實可行的方法，如高強度、高硬度的淬火鋼；微細異型孔、窄縫等。電火花數(shù)控線切割加工技術得到了廣泛的應用，但在線切割加工過程中，模具易產生變形和產生裂紋，造成零件的報廢，使得成本增加等問題屢屢發(fā)生。所以，線切割加工中模具的變形和開裂問題，也越來越引起人們的關注

4、，多年來，人們對線切割加工的變形和開裂認識不夠，往往造成線切割加工部門與來料加工者之間相互推脫責任，產生矛盾。其實，變形和開裂的原因是多方面的，如材料問題、熱處理問題、結構設計問題、工藝安排問題及線切割時工件的裝夾和切割線路選擇的問題等等。在這諸多因素中，能否找到線切割加工變形和開裂規(guī)律呢？因此，本人通過3個多月的深入研究弄清楚加工變形和開裂的原因并采取相應的措施，對降低加工成本和保證加工質量和速度十分重要，更能推進該工藝的進一步發(fā)展，

5、早日實現(xiàn)全自動無人操作加工。</p><p>　　關鍵詞：線切割；變形；開裂；措施</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p><b>　　目錄II</b></p><p><b>

6、　　1. 前言1</b></p><p>　　1.1 實習目的1</p><p>　　1.2 實習基本情況1</p><p>　　1.3 實習過程發(fā)現(xiàn)的問題——變形和開裂1</p><p>　　2. 變形和開裂的原因2</p><p>　　2.1“電火花線切割加工”原理2</p>

7、<p>　　2.2引起“電火花線切割加工”變形和開裂的原因2</p><p>　　2.2.1 與零件的結構有關3</p><p>　　2.2.2 與熱加工工藝有關3</p><p>　　2.2.3 與機械加工工藝有關3</p><p>　　2.2.4 與材料有關3</p><p>　　2.2

8、.5 與線切割工藝有關3</p><p>　　3. 防止變形和開裂4</p><p>　　3.1 選擇變形量較小的材料，采用正確的熱處理工藝4</p><p>　　3.2 合理安排機械加工工藝4</p><p>　　3.4選擇合理的工藝參數(shù)5</p><p><b>　　結尾6</b&g

9、t;</p><p><b>　　參考文獻7</b></p><p><b>　　1. 前言</b></p><p>　　畢業(yè)實習是我們在完成教學計劃所規(guī)定的全部理論課程的基礎上進行的總結性實習，是培養(yǎng)和檢驗我們綜合運用所學專業(yè)的基本理論、基本技能，理論聯(lián)系實際以及獨立地分析問題、解決問題的重要環(huán)節(jié)。</p>

10、<p><b>　　1.1 實習目的</b></p><p>　　畢業(yè)實習的目的就在于使我們學生加深對所學專業(yè)課程的理解，鞏固所學知識，增強運用專業(yè)知識的能力，并通過實習了解專業(yè)工作的內容，從中學習和獲取專業(yè)工作的能力和經驗，以提高運用理論知識和解決實際問題的能力。</p><p>　　1.2 實習基本情況</p><p>　　

11、本次畢業(yè)實習學院采取分散實習法，即學生自己去尋找相關的實習單位進行實習。在多日的尋找后，我有幸來到了“福安精誠模具有限公司”來完成我學業(yè)的最后一部分——畢業(yè)實習。</p><p>　　本次我個人的畢業(yè)實習時間是從3月1號到5月30號，實習單位的地點位于福建省寧德市福安精誠模具有限公司，在公司了解我的基本情況后，公司決定把我安排在線切割車間來完成這次畢業(yè)實習。</p><p>　　1.3

12、實習過程發(fā)現(xiàn)的問題——變形和開裂</p><p>　　在三多月的實習當中，我們雖然能加工出合格的模具，但是我們也經常發(fā)現(xiàn)線切割加工過程中，模具易產生變形和產生裂紋，造成零件的報廢使得成本增加等問題屢屢發(fā)生。</p><p>　　經過于師傅的交談和加上多方的調查，我了解到變形和開裂一直是線切割加工中的一個最嚴重的問題。如果在線切割進行的過程中制件出現(xiàn)變形和開裂，不僅會造成一定程度的經濟損失，

13、浪費了大量的工作時間，而且還會影響工件的加工質量，嚴重的甚至會造成工件報廢。甚至還會增加實現(xiàn)無人操作加工的困難，這就阻礙了線切割工藝的進一步發(fā)展。因此，研究變形和開裂的原因和防止變形和開裂的有效方法顯的極為重要。</p><p>　　2. 變形和開裂的原因</p><p>　　引起變形和開裂的原因諸多，例如運絲機構（也稱導絲機構)存在缺陷、</p><p>　　與工

14、件相關問題、加工路線等等。</p><p>　　2.1“電火花線切割加工”原理</p><p>　　電火花線切割加工，英文全稱：Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM,它是在電火花加工基礎上發(fā)展起來的一種工藝方法。其基本原理是利用移動的細金屬導線（銅絲或鉬絲）作為電極，對工件進行脈沖火花放電、切割成形。如“電火花線切割原理圖”（最好把圖

15、貼上）中所示可以看出，</p><p>　　利用鉬絲4作工具電極進行切割；貯絲筒7使鉬絲作正反交替移動，加工能源由脈沖電源3提供，在電極絲和工件之間不斷地注入工作液。工件和電極絲的相對運動由放置工件的工作臺在X和Y兩方向的運動合成實現(xiàn)。根據(jù)不同的相對運動，可以加工不同形狀的輪廓。</p><p>　　通過了解線切割的工作原理，我們不難發(fā)現(xiàn)，運絲機構、工作液及脈沖電源與斷絲有密切關系，也與電

16、極絲選擇有關，在不同工件中加工，工件的強度對引起電極絲斷絲問題自然也有一定的聯(lián)系。</p><p>　　2.2引起“電火花線切割加工”變形和開裂的原因</p><p>　　經過3個多月的畢業(yè)實習觀察和多方的查閱，斷絲的因素總結如下：</p><p><b>　　與零件的結構有關</b></p><p><b>

17、　　與熱加工工藝有關</b></p><p><b>　　與機械加工工藝有關</b></p><p><b>　　與材料有關</b></p><p><b>　　與線切割工藝有關</b></p><p>　　2.2.1 與零件的結構有關</p><

18、;p>　　凡窄長形狀的凹模、凸模易產生變形，其變形量的大小與形狀復雜程度、長寬比、型腔與邊框的寬度比有關。形狀越復雜，長寬比及型腔與邊框寬度比越大，其模具變形量越大。變形的規(guī)律是型腔中部癟入，凸模通常是翹曲； 凡是形狀復雜清角的淬火型腔，在尖角處極易產生裂紋，甚至易出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象。其出現(xiàn)的頻率與材料的成分、熱處理工藝等有關； 圓筒形壁厚較簿零件，若在內壁進行切割，易產生變形，一般由圓形變?yōu)闄E圓形。若將其切割缺口，在即將切透時易產生

19、炸裂現(xiàn)象； 由零件外部切入的較深槽口，易產生變形，變形的規(guī)律為口部內收，變形量的大小與槽口的深度及材料性質有關。 </p><p>　　2.2.2 與熱加工工藝有關</p><p>　　模具毛坯在鍛造時始鍛溫度過高或過低，終鍛溫度偏低的零件； 終鍛溫度過高，晶粒長大，終鍛后冷卻速度過慢，有網狀碳化物析出的模坯；鍛坯退火沒有按照球化退火工藝進行，球化珠光體超過5級的零件；淬火加熱溫度過高，奧

20、氏體晶粒粗大，降低材料強韌性，增加脆性；淬火工件未及時回火和回火不充分的零件。 </p><p>　　2.2.3 與機械加工工藝有關</p><p>　　面積較大的凹模，中間大面積切除而又事先未挖空，因切去框內較大的體積，框形尺寸將產生一定的變形；凡坯料中無外形起點穿絲孔，不得不從坯料外切入的，不論其凸?；鼗鸷托螤钊绾?，一般容易產生變形，尤其是淬火件變形嚴重，甚至在切割中產生裂紋；對熱

21、處理后的磨削零件，無砂輪粒度、進刀量、冷卻方式等工藝要求，磨削后表面有燒傷及微裂紋等疵病的零件。 </p><p>　　2.2.4 與材料有關</p><p>　　原材料存在嚴重的碳化物偏析； 淬透性差、易變形的材料，如T10A、T8A等</p><p>　　2.2.5 與線切割工藝有關</p><p>　　線切割路徑選擇不當，易產生變形；工

22、件的夾壓方式不可靠、夾壓點的選擇不當，均易產生變形；電規(guī)準選擇不當，易產生裂紋。 </p><p>　　3. 防止變形和開裂</p><p>　　找到了變形和開裂的原因，即可對癥下藥采取相應的措施予以避免，防止變形、開裂。具體的措施可以從以下幾個方面入手：</p><p>　　3.1 選擇變形量較小的材料，采用正確的熱處理工藝</p><p>

23、;　　為了防止和減少變形、開裂，對需要線切割加工的模具，應對材料的選擇、熱加工、熱處理直到制成成品的各個環(huán)節(jié)都要充分關注和重視； 嚴格檢查原材料化學成分、金相組織和探傷，對于不合格原材料和粗晶粒鋼材及有害雜質含量超標鋼材不宜選用；盡量選用真空冶煉、爐外精煉或電渣重熔鋼材；避免選用淬透性差、易變形材料；坯料應合理鍛造，遵守鐓粗、拔長、鍛壓比等鍛造守則，原材料長度與直徑之比即鍛造比最好選在2-3之間；改進熱處理工藝，采用真空加熱、

24、保護氣氛加熱和充分脫氧鹽浴爐加熱及分級淬火、等溫淬火；選擇理想的冷卻速度和冷卻介質；淬火鋼應及時回火，盡量消除淬火內應力，降低脆性；用較長時間回火，提高模具抗斷裂韌性值；充分回火，得到穩(wěn)定組織性能；多次回火使殘余奧氏體轉變充分和消除新的應力；對于有第二類回火脆性模具鋼高溫回火后應快冷(水冷或油冷)，可消除二類回火脆性；模具鋼化學處理之前進行擴散退火、球化退火、調質處理，充分細化原始組織</p><p>　　3.2

25、 合理安排機械加工工藝 線切割工件坯料的大小，要根據(jù)零件的大小確定，不宜太小。一般情況下，圖形應位于坯料中部或離毛坯邊緣較遠而不易產生變形的位置上，通常應取圖形到坯料邊距大于10mm；凡較大的型腔或窄長而復雜的凸模，配制坯料時要改變傳統(tǒng)的實心板料習慣。大框型腔、窄長型腔等易變形零件，其中間部位應鏤空。這樣淬火時表里狀況得以改善，溫差小，產生的應力小，同時切割時切除的體積也就小，應力達到平衡也就不至受破壞；在模具使用允許的情況

26、下，大框形型腔零件的清角處，應適當增加工藝圓角R，或在線切割之前將清角處鉆空，以緩解應力集中的現(xiàn)象；對凸模零件，在淬火之前應在凸塊坯料中鉆外形起點的穿絲孔，使工件在切割時保持內應力平衡且不被破壞，以免從材料外切入引起開裂變形。 3.3 優(yōu)化線切割加工的工藝方案</p><p>　　改變一次切割到位的傳統(tǒng)習慣為粗、精二次切割，以便第一次粗切割后的變形量在精切割時及時地被修正。一般精切割時的切割量應根據(jù)第一次

27、切割后的變形量大小而定，一般取0.5mm左右即可。這種辦法常應用于形狀復雜而勢必產生變形的零件或要求精度較高、配合間隙較小的模具；改變兩點夾壓的習慣為單點夾壓，以便切割過程中的變形能自由伸張，防止兩點夾壓對變形的干涉，但要注意，單點夾壓的合理部位通常在末尾程序處。這樣所產生的變形只影響廢料部分，避免了對成型部分的影響；對易變形的切割零件，要根據(jù)零件形狀特征統(tǒng)籌安排切割的起始點、程序走向及夾壓位置，以減少變形量。一般應選擇較平坦、已精加工

28、或對工件性能影響不大的部位設置線切割的起始點。</p><p><b>　　選擇合理的工藝參數(shù)</b></p><p>　　采用高峰值窄脈沖電參數(shù)，使工件材料以氣相拋出，氣化溫度大大高于融化溫度，以帶走大部分熱量，避免工件表面過熱而產生變形；有效地進行逐個脈沖檢測，控制好集中放電脈沖串的長度，也可解決局部過熱問題，消除裂紋的產生； 脈沖能量對裂紋的影響極其明顯，能量越

29、大，裂紋則越寬越深；脈沖能量很小時，例如采用精加工電規(guī)準，表面粗糙度值＜Ra1.25μm,一般不易出現(xiàn)裂紋。</p><p><b>　　結 尾</b></p><p>　　在“電火花數(shù)控線切割加工”中，影響變形和開裂的因素很多，且往往是相互依賴，相互制約的。本文只是針對部分變形和開裂現(xiàn)象作了研究和分析，并提出相應的預防和解決方法，相信對減少變形和開裂這一問題能有一

30、定的幫助。 在老師的指導和自己的努力下，順利完成了畢業(yè)實習專題報告的任務和要求，使自己得到更進一步的發(fā)展。畢業(yè)實習雖已結束，但我們鉆研的精神不能結束，為把自己培養(yǎng)成對社會有用的人才而不斷努力！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1 王至堯，電火花線切割工藝，1987</p><p>　　2 童幸生，徐翔，胡建

31、華，材料成形及機械制造工藝基礎，2002</p><p>　　3 雷林均，線切割操作工，2006-12</p><p>　　4 周明貴，王靚，模具線切割加工技巧與實例，2010-02</p><p>　　5 丁明明，王鐵流，電火花線切割加工變形與開裂故障分析及預防，2007</p><p>　　6 吳石林，楊昂岳，數(shù)控線切割、電火花加