W6Mo5Gr4V2模具鋼線切割加工參數(shù)優(yōu)化及變質(zhì)層研究

摘要：W6Mo5Cr4V2鋼簡稱W6或6542，具有高硬度、高耐磨性、高淬透性和足夠的塑性和韌性，并有良好的機械加工性能，在工具鋼中占有極其重要的地位。文章通過電火花線切割加工W6Mo5Gr4V2模具鋼，對線切割加工電參數(shù)和工件表面的變質(zhì)層進行了研究，利用正交試驗的方法對加工電參數(shù)進行優(yōu)化，電參數(shù)優(yōu)化后的工件表面質(zhì)量得到提高。

關(guān)鍵詞：電火花線切割；W6Mo5Gr4V2模具鋼；正交試驗；參數(shù)優(yōu)化；變質(zhì)層 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG48 文章編號：1009-2374（2016）14-0031-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.016

1 概述

W6Mo5Cr4V2鋼簡稱W6或6542，具有高硬度、高耐磨性、高淬透性和足夠的塑性和韌性，并有良好的機械加工性能，在工具鋼中占有極其重要的地位?？熳呓z數(shù)控電火花切割機床主要用于中、低檔模具鋼、合金鋼的加工。由于它的實用性、經(jīng)濟性，所以在我國國內(nèi)有較大的市場。研究表明，加工過程中的電參數(shù)的選擇對工件的加工質(zhì)量有很大影響，線切割后變質(zhì)層的微觀形貌也影響工件的表面粗糙度和使用壽命。

2 線切割加工電參數(shù)優(yōu)化

數(shù)控電火花快走絲切割加工影響因素主要有功放管數(shù)、脈沖寬度、脈沖間隔、空載電壓。本文利用正交試驗的方法對線切割加工的以上四個電參數(shù)進行優(yōu)化，通過極差分析對工件的表面粗糙度、尺寸精度以及變質(zhì)層厚度進行研究，為提高產(chǎn)品質(zhì)量尋求最佳的電參數(shù)組合。

2.1 試驗方法

試驗材料：W6Mo5Cr4V2鋼板料，厚為20mm，熱處理后硬度為62HRC。

試驗設(shè)備：快走絲電火花切割機床DK7750。

切割試樣尺寸及數(shù)量：切割尺寸為15mm×15mm

×20mm的試樣板料，9件。

四因素三水平正交試驗：功放管數(shù)N、脈沖寬度ON、脈沖間隔OFF和空載電壓V；水平1、水平2、水平3共三個水平。選擇L9（34）正交試驗，具體試驗方案見表1：

線切割后的試驗結(jié)果如表2所示：

2.2 試驗方法結(jié)果極差分析

極差分析是正交試驗的常用分析方法，極差的計算方法為：

Rj的大小客觀反映了第j列因素水平波動時，試驗指標的變動幅度。Rj越大，說明該因素對試驗指標的影響越大。根據(jù)Rj的大小，可以判斷因素的主、次因素，試驗數(shù)據(jù)對尺寸精度、表面粗糙度、變質(zhì)層厚度進行極差分析，其結(jié)果如表3、表4、表5所示。

根據(jù)極差計算的方法歸納結(jié)果如表6所示：

2.3 綜合平衡法選擇多指標最優(yōu)組合

加工參數(shù)的最優(yōu)組合必須綜合考慮表面粗糙度、尺寸精度和變質(zhì)層厚度這三項加工指標，所以必須在針對單個加工指標通過極差分析得到最佳組合的基礎(chǔ)上平衡法選擇多指標最優(yōu)組合結(jié)果。

從實驗數(shù)據(jù)來看，功放管數(shù)A的選取對表面粗糙度、尺寸精度影響不大，主要是對變質(zhì)層厚度的影響，而變質(zhì)層厚度在取A1時，相對A2和A3分別降低26.38%和7.73%，最終確定功放管數(shù)應(yīng)取A1最為合適；脈沖寬度B的選取，主要考慮對尺寸精度和變質(zhì)層厚度的影響，取B1時尺寸精度相對取B2時增加16.5%，而變質(zhì)層厚度卻減少37.3%，因此脈沖寬度取B1；脈沖間隔C的選取，在取C1時表面粗糙度比C3僅增加0.56%，尺寸精度也僅增加1.1%，變質(zhì)層厚度減少43.1%，因此脈沖間隔倍率取C1；空載電壓D的選取，主要考慮對表面粗糙度和變質(zhì)層厚度的影響較大，在取D2時表面粗糙度比D1減少12.8%，變質(zhì)層厚度減少23.7%，故空載電壓取D2。

3 線切割加工后的變質(zhì)層影響及采取的措施

電火花的放電后W6Mo5Cr4V2鋼材料經(jīng)金相組織分析，變質(zhì)層中殘留了大量的奧氏體；經(jīng)光譜分析和電子探針檢測，W6Mo5Cr4V2鋼切割后在試樣的表面出現(xiàn)大量Mo化合物。線切割后，通常要改善其變質(zhì)層的組織結(jié)構(gòu)和機械性能，通過試驗分析，W6Mo5Cr4V2鋼線切割后變質(zhì)層的質(zhì)量可以從以下兩個途徑得到改善：

3.1 補充回火

W6Mo5Cr4V2模具鋼經(jīng)線切割后變質(zhì)層在200℃補充回火處理后，其殘余應(yīng)力相應(yīng)降低近3倍，回火過程中析出的碳化物，能焊合熔凝層中的顯微裂紋，對模具壽命有較大提高。

3.2 形變強化

噴丸處理有效地提高了模具的耐磨性和多沖疲勞強度，因為噴丸形變能清除黏附在W6Mo5Cr4V2模具鋼表面的細小熔滴和連續(xù)性、均勻性很差的熔化層，同時可促使表面產(chǎn)生塑性形變，使變質(zhì)層殘余應(yīng)力由拉應(yīng)力轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力。

4 結(jié)語

通過以上分析，由正交試驗得出最佳的電參數(shù)組合。通過優(yōu)化電參數(shù)和適應(yīng)的工藝措施，把放電過程產(chǎn)生的不利影響減少到最低程度，再通過變質(zhì)層的后處理來提高改善材料表面性能、延長模具鋼使用壽命，從而最大限度地實現(xiàn)“高效低耗”生產(chǎn)加工。

參考文獻

[1] 李永根.模具鋼線切割加工表面變質(zhì)層的后處理[J].航空工藝技術(shù)，1996，（1）.

[2] 陳偉珍.電火花線切割加工工藝參數(shù)研究[J].機電工程技術(shù)，2007，36（9）.

[3] 蘇景云.電火花加工的物理本質(zhì)[J].黑龍江科技學(xué)院學(xué)報，2002，（4）.

[4] 王靜.模具零件線切割加工電參數(shù)優(yōu)化及變質(zhì)層研究[J].模具工業(yè)，2012，38（1）.

基金項目：東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院2014年度政校行企合作項目（項目編號：ZXHQ2014d011）。

作者簡介：曹會元（1972-），男，東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院模具專業(yè)教師，研究方向：模具專業(yè)教學(xué)。

（責任編輯：蔣建華）