W6Mo5Gr4V2模具钢线切割加工参数优化及变质层研究

摘要：W6Mo5Cr4V2钢简称W6或6542，具有高硬度、高耐磨性、高淬透性和足够的塑性和韧性，并有良好的机械加工性能，在工具钢中占有极其重要的地位。文章通过电火花线切割加工W6Mo5Gr4V2模具钢，对线切割加工电参数和工件表面的变质层进行了研究，利用正交试验的方法对加工电参数进行优化，电参数优化后的工件表面质量得到提高。

关键词：电火花线切割；W6Mo5Gr4V2模具钢；正交试验；参数优化；变质层 文献标识码：A

中图分类号：TG48 文章编号：1009-2374（2016）14-0031-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.14.016

1 概述

W6Mo5Cr4V2钢简称W6或6542，具有高硬度、高耐磨性、高淬透性和足够的塑性和韧性，并有良好的机械加工性能，在工具钢中占有极其重要的地位。快走丝数控电火花切割机床主要用于中、低档模具钢、合金钢的加工。由于它的实用性、经济性，所以在我国国内有较大的市场。研究表明，加工过程中的电参数的选择对工件的加工质量有很大影响，线切割后变质层的微观形貌也影响工件的表面粗糙度和使用寿命。

2 线切割加工电参数优化

数控电火花快走丝切割加工影响因素主要有功放管数、脉冲宽度、脉冲间隔、空载电压。本文利用正交试验的方法对线切割加工的以上四个电参数进行优化，通过极差分析对工件的表面粗糙度、尺寸精度以及变质层厚度进行研究，为提高产品质量寻求最佳的电参数组合。

2.1 试验方法

试验材料：W6Mo5Cr4V2钢板料，厚为20mm，热处理后硬度为62HRC。

试验设备：快走丝电火花切割机床DK7750。

切割试样尺寸及数量：切割尺寸为15mm×15mm

×20mm的试样板料，9件。

四因素三水平正交试验：功放管数N、脉冲宽度ON、脉冲间隔OFF和空载电压V；水平1、水平2、水平3共三个水平。选择L9（34）正交试验，具体试验方案见表1：

线切割后的试验结果如表2所示：

2.2 试验方法结果极差分析

极差分析是正交试验的常用分析方法，极差的计算方法为：

Rj的大小客观反映了第j列因素水平波动时，试验指标的变动幅度。Rj越大，说明该因素对试验指标的影响越大。根据Rj的大小，可以判断因素的主、次因素，试验数据对尺寸精度、表面粗糙度、变质层厚度进行极差分析，其结果如表3、表4、表5所示。

根据极差计算的方法归纳结果如表6所示：

2.3 综合平衡法选择多指标最优组合

加工参数的最优组合必须综合考虑表面粗糙度、尺寸精度和变质层厚度这三项加工指标，所以必须在针对单个加工指标通过极差分析得到最佳组合的基础上平衡法选择多指标最优组合结果。

从实验数据来看，功放管数A的选取对表面粗糙度、尺寸精度影响不大，主要是对变质层厚度的影响，而变质层厚度在取A1时，相对A2和A3分别降低26.38%和7.73%，最终确定功放管数应取A1最为合适；脉冲宽度B的选取，主要考虑对尺寸精度和变质层厚度的影响，取B1时尺寸精度相对取B2时增加16.5%，而变质层厚度却减少37.3%，因此脉冲宽度取B1；脉冲间隔C的选取，在取C1时表面粗糙度比C3仅增加0.56%，尺寸精度也仅增加1.1%，变质层厚度减少43.1%，因此脉冲间隔倍率取C1；空载电压D的选取，主要考虑对表面粗糙度和变质层厚度的影响较大，在取D2时表面粗糙度比D1减少12.8%，变质层厚度减少23.7%，故空载电压取D2。

3 线切割加工后的变质层影响及采取的措施

电火花的放电后W6Mo5Cr4V2钢材料经金相组织分析，变质层中残留了大量的奥氏体；经光谱分析和电子探针检测，W6Mo5Cr4V2钢切割后在试样的表面出现大量Mo化合物。线切割后，通常要改善其变质层的组织结构和机械性能，通过试验分析，W6Mo5Cr4V2钢线切割后变质层的质量可以从以下两个途径得到改善：

3.1 补充回火

W6Mo5Cr4V2模具钢经线切割后变质层在200℃补充回火处理后，其残余应力相应降低近3倍，回火过程中析出的碳化物，能焊合熔凝层中的显微裂纹，对模具寿命有较大提高。

3.2 形变强化

喷丸处理有效地提高了模具的耐磨性和多冲疲劳强度，因为喷丸形变能清除黏附在W6Mo5Cr4V2模具钢表面的细小熔滴和连续性、均匀性很差的熔化层，同时可促使表面产生塑性形变，使变质层残余应力由拉应力转化为压应力。

4 结语

通过以上分析，由正交试验得出最佳的电参数组合。通过优化电参数和适应的工艺措施，把放电过程产生的不利影响减少到最低程度，再通过变质层的后处理来提高改善材料表面性能、延长模具钢使用寿命，从而最大限度地实现“高效低耗”生产加工。

参考文献

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[2] 陈伟珍.电火花线切割加工工艺参数研究[J].机电工程技术，2007，36（9）.

[3] 苏景云.电火花加工的物理本质[J].黑龙江科技学院学报，2002，（4）.

[4] 王静.模具零件线切割加工电参数优化及变质层研究[J].模具工业，2012，38（1）.

基金项目：东莞职业技术学院2014年度政校行企合作项目（项目编号：ZXHQ2014d011）。

作者简介：曹会元（1972-），男，东莞职业技术学院模具专业教师，研究方向：模具专业教学。