（長(zhǎng)春市國(guó)凱模具設(shè)備修造有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130062）

不銹鋼拉延件在電火花線切割加工中產(chǎn)生變形原因的分析及對(duì)策

谷 超

（長(zhǎng)春市國(guó)凱模具設(shè)備修造有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130062）

本文通過(guò)分析不銹鋼拉延件在數(shù)控電火花線切割產(chǎn)生變形的原因，探討解決去除材料后工件變形而致的夾斷絲、尺寸超差、短路等問(wèn)題，進(jìn)而提出一種有效減少加工變形的線切割工藝方法。

電火花線切割加工；拉延變形；工藝方法

引言

數(shù)控快走絲電火花線切割加工技術(shù)作為一種特種加工技術(shù)，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，在眾多的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域起到了極為重要的作用，其工藝手段在許多情況下是常規(guī)制造技術(shù)無(wú)法取代的。這里僅就電火花線切割加工不銹鋼拉延件的加工技巧進(jìn)行初步探討。首先介紹快走絲電火花線切割的加工原理及特點(diǎn)，闡述不銹鋼拉延件的工藝過(guò)程，然后從實(shí)例角度綜合分析拉延制件在電火花線切割過(guò)程中變形的原因，并提出相應(yīng)解決對(duì)策。

一﹑快走絲電火花線切割的加工原理及特點(diǎn)

快走絲電火花線切割加工的原理是利用移動(dòng)的金屬絲（鉬絲）作為工具電極（接電源負(fù)極）對(duì)導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料工件（接電源正極）進(jìn)行脈沖性火花放電，從而進(jìn)行所需尺寸的加工。

特點(diǎn)是：

（1）直接利用線狀的電極絲作電極，不需要制作專業(yè)電極，可節(jié)約電極的設(shè)計(jì)﹑制作費(fèi)用。

（2）可以加工用傳統(tǒng)切削加工方法難以加工或無(wú)法加工的復(fù)雜形狀工件。

（3）利用電蝕加工原理，電極絲與工件不直接接觸，兩者之間的作用力很小，故而電極絲﹑夾具不需要太高的強(qiáng)度。

圖1 立體連接板

（4）利用四軸或五軸聯(lián)動(dòng)，可加工錐度﹑上下面異形等工件。

二﹑不銹鋼拉延件在電火花線切割加工中產(chǎn)生變形原因的分析

（一）實(shí)例試件技術(shù)要求簡(jiǎn)介

下面我們以立體連接板（圖1）作為實(shí)例進(jìn)行探討。該試件是側(cè)墻立柱與車頂邊梁和底架邊梁之間的重要連接件。其左視圖投影為扇形，主視圖（沿側(cè)墻縱向看的安裝位置）方向?yàn)榇髨A弧曲面，而曲面法向橫斷面剖視圖為禮帽型。該試件大端與上﹑下邊梁搭接焊，小端與側(cè)墻立柱對(duì)接焊，R9982曲面要求與外墻板貼合，故其加工尺寸的好壞直接影響車體組成的整體焊接。該零件材質(zhì)為X2CrNiN18-7不銹鋼，材料的厚度t=3mm。

（二）對(duì)比試驗(yàn)情況報(bào)告

通過(guò)我們以立體連接板制件和等規(guī)格的同材質(zhì)不銹鋼板進(jìn)行同條件的線切割對(duì)比試驗(yàn)，切割加工后測(cè)得的結(jié)果顯示：制件的變形遠(yuǎn)大于不銹鋼板（制件平面度累計(jì)差為3.2mm）。通過(guò)排除法分析其產(chǎn)生原因，兩種試件的差別就在于材料拉延成型工序。

（三）試驗(yàn)結(jié)果原因分析

究其原因，經(jīng)過(guò)拉延加工成型后試件材料的內(nèi)部產(chǎn)生了殘余組織應(yīng)力，并因各部位變形量的差異造成工件內(nèi)組織應(yīng)力分布不均勻，反映在線切割加工工序中，即是切割變形大且難于控制，造成尺寸改變，并經(jīng)常出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象，在試件的角部因應(yīng)力集中釋放變形更大，變形量遠(yuǎn)超出一般圖紙要求的尺寸公差。

圖2 立體連接板應(yīng)力集中局部區(qū)域圖

圖3 成品零件

（四）對(duì)殘余組織應(yīng)力產(chǎn)生的認(rèn)識(shí)

因?yàn)椴讳P鋼材質(zhì)的延展率小﹑彈性模量E較大，硬化指數(shù)較高。在塑性變形時(shí)，隨著變形量的增大，誘發(fā)的馬氏體含量也將隨著變形量的增大而增高，殘余應(yīng)力也越大。殘余應(yīng)力與馬氏體含量的關(guān)系：誘發(fā)的馬氏體其含量越高，引起的殘余應(yīng)力也越大，在電火花線切割加工過(guò)程中也就越易開裂。

通過(guò)分析連接板零件圖，可以看出加工余量的大小及加工過(guò)程中應(yīng)力產(chǎn)生變形的集中位置。根據(jù)筒形拉延過(guò)程中坯料內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)可以知道以下部位為應(yīng)力集中區(qū)域：（1）凸緣的平面部分R85尺寸是主要變形區(qū)；（2）凸緣的圓角部分R8是過(guò)渡區(qū)（變形次于凸緣的平面部分）；（3）筒壁部分R85拉延部分是已變形區(qū)（傳力區(qū)）；（4）底部圓角部分R8是変薄最嚴(yán)重，易出現(xiàn)“拉裂”；（5）筒底部分R20是基本不變形區(qū)；綜合得出結(jié)論是拉延過(guò)程中，各區(qū)應(yīng)力﹑應(yīng)變不均勻，凸緣區(qū)越靠外緣，變形程度越大，加工硬化嚴(yán)重。因此在電火花線切割過(guò)程中需要考慮以上應(yīng)力集中部位的切割變形問(wèn)題。

立體連接板應(yīng)力集中局部區(qū)域圖如圖2所示。

三﹑不銹鋼拉延件在電火花線切割加工中變形對(duì)策工藝模型的建立

通過(guò)以上分析，解決試件加工變形影響工件精度問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是如何應(yīng)對(duì)上工序即拉延工序產(chǎn)生的殘余組織應(yīng)力的影響。因此，我們建立一個(gè)工藝模型，以分步加工方法，以疏代治：

（1）采用局部預(yù)加工方法，釋放拉延產(chǎn)生的組織應(yīng)力，使試件在尺寸精度切割之前達(dá)到組織應(yīng)力再平衡。對(duì)于復(fù)雜型面及精度要求較高的工件，如樣板，連續(xù)模凹模等，還應(yīng)采取預(yù)加工后進(jìn)行二次回火處理的方法，進(jìn)一步消除殘余組織應(yīng)力的影響。

（2）第二次切割以切除局部預(yù)加工（即第一次切割）所產(chǎn)生的工件變形余量為宗旨。可進(jìn)一步推導(dǎo)出：若二次切割局部輪廓尺寸相差0.30～0.50mm，則切割前后的組織應(yīng)力分布變化亦將微乎其微，若以此微小去除量做為第二次的切割余量，則試件變形亦將甚微，試件的切割狀態(tài)及尺寸精度將都可以保證。

由此設(shè)想：在第一次局部預(yù)加工時(shí)留0.30～0.50mm余量，補(bǔ)償變形尺寸，待切割完后，再按原順序進(jìn)行第二次切割保證尺寸精度。即第一次加工是將工件進(jìn)行純粹的“切割”開，目的以釋放試件的組織應(yīng)力，第二次切割才是保證精度的穩(wěn)定的全輪廓尺寸精度加工。

四﹑相應(yīng)工藝的應(yīng)用與效果

基于以上工藝模型的建立，我們制定了以下工藝方法，有效的避免了變形導(dǎo)致的夾斷絲現(xiàn)象﹑尺寸超差﹑短路引起的表面粗糙度下降等問(wèn)題。

（一）局部預(yù)加工

1加工前準(zhǔn)備

（1）張力調(diào)試

為防止電極絲張力過(guò)大與預(yù)加工過(guò)程中工件變形造成斷絲。通過(guò)調(diào)整機(jī)床上張絲配重塊的數(shù)量從而達(dá)到降低張力的作用。電極絲張力控制在三公斤力左右（以北京阿奇夏米爾公司的ST121快走絲線切割機(jī)床為例說(shuō)明）。

（2）電規(guī)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)

選用高峰值電流大能量切割，根據(jù)加工的位置采用分組脈沖和脈沖電流逐個(gè)增大的方法，控制切削的平穩(wěn)性，以獲得大的放電間隙，降低變形造成夾絲﹑短路，引起斷絲。

（3）工作液的調(diào)試

因?yàn)槭谴旨庸ひ匀コ竺娣e余料為目的，所以工作液的濃度調(diào)試應(yīng)較低，利于排屑。同時(shí)加工時(shí)工作液的流量應(yīng)調(diào)試較大，充分達(dá)到水包絲的效果。

2局部預(yù)加工位置及尺寸分析

首先為了整體釋放工件材料應(yīng)力，在預(yù)加工時(shí)要先去除拉延工藝補(bǔ)充料。具體方法是在加工長(zhǎng)度尺寸240mm的方向上單邊留1mm余量；125mm的方向上單邊預(yù)留量為1mm余量，為下一步的預(yù)加工做準(zhǔn)備。然后針對(duì)筒形拉深部位應(yīng)力釋放采取一些措施。采取V型開口分段應(yīng)力去除法，從尺寸R49余料外側(cè)向距離圓弧邊緣1mm處加工兩條斜線，該斜線以R49圓心為頂點(diǎn)夾角分別為15度和75度。目的是逐步釋放曲線加工過(guò)程中應(yīng)力。減少R85凸緣的平面部分與R8凸緣圓角部分主要變形區(qū)變形大出現(xiàn)斷裂的問(wèn)題。

因?yàn)樵陔娀鸹ň€切割加工過(guò)程中，工件材料被大量切去和切斷，會(huì)改變其應(yīng)力場(chǎng)分布，隨著時(shí)間的推移而逐漸趨于平衡。我通過(guò)采用雙向?qū)ΨQ的切割（預(yù)留量為0.5mm）加工，可以進(jìn)一步釋放應(yīng)力增加工件尺寸穩(wěn)定性，為二次精加工做好準(zhǔn)備。

3局部預(yù)加工實(shí)施

在加工過(guò)程中密切觀察切削狀態(tài)，通過(guò)對(duì)切割電壓﹑電流的監(jiān)控判斷工件變形情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)電規(guī)準(zhǔn)，應(yīng)對(duì)應(yīng)力不均勻產(chǎn)生微變形振動(dòng)過(guò)大而出現(xiàn)的夾絲﹑斷絲現(xiàn)象。

（二）整體加工

1加工前準(zhǔn)備

（1）張力調(diào)試

重新調(diào)整導(dǎo)輪和張力配重塊，增大電極絲的張緊力，并使導(dǎo)輪支點(diǎn)盡量靠近上下表面以縮短導(dǎo)輪支點(diǎn)與工件表面之間的距離，改善表面加工質(zhì)量。電極絲張力控制在4公斤力左右。

（2）電規(guī)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)

只有選擇小的脈沖寬度﹑適當(dāng)?shù)拿}沖間隔﹑低的峰值電壓﹑小的峰值電流時(shí)，才能獲得較好的表面質(zhì)量，控制整體的加工尺寸?？刂魄懈铍妷?0V﹑切割電流1--1.6A。

（3）工作液的調(diào)試

首先加入工作液原液，重新根據(jù)精加工的比例提高工作液的濃度配置，通過(guò)減小放電間隙，增加工件表面的粗糙度。最后在加工過(guò)程中適當(dāng)調(diào)節(jié)工作液流量的大小。

2整體加工實(shí)施

選擇合適的進(jìn)給速度。發(fā)生過(guò)跟蹤時(shí)，短路電壓波形密，工件蝕除速度低于進(jìn)給速度，間隙接近于短路，易造成斷絲和頻繁短路。反則當(dāng)發(fā)生欠跟蹤時(shí)，工件蝕除速度大于進(jìn)給速度，間隙接近于開路，造成電極絲抖動(dòng)，也易造成斷絲和頻繁短路。所以選擇最佳跟蹤速度，調(diào)節(jié)合理的變頻進(jìn)給速度也是保證加工質(zhì)量的關(guān)鍵。

成品零件如圖3所示。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在加工形狀較為復(fù)雜的不銹鋼拉延制件時(shí)，通過(guò)分析拉延制件過(guò)程，在普通快走絲電火花線切割機(jī)床上通過(guò)分步加工的工藝逐步消除組織應(yīng)力產(chǎn)生的加工變形，可以提高工件的加工精度，并可有效地防止切割過(guò)程中的夾絲斷絲﹑短路和裂紋的產(chǎn)生，保證切割表面光滑﹑工件尺寸符合圖紙要求。此種工藝是以提高工件加工精度，降低表面粗糙度為目的，雖然經(jīng)過(guò)預(yù)加工后精度加工的加工效率有所提高，但理論上總加工工時(shí)為原標(biāo)準(zhǔn)工藝切割所需工時(shí)的1.2～1.3倍，即：若取得高精度工件，必犧牲相應(yīng)工時(shí)。實(shí)踐證明，采用該切割工藝對(duì)策后，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量均得到很大提高。

[1]崔杏梅.球形件在拉延過(guò)程中的力學(xué)分析[J].農(nóng)機(jī)博覽，1994 （01）：10-11.

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