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Cr12钢模具线切割加工中的开裂和防止 【摘 要】在冷冲模的制造加工中，Cr12钢模具在经过热处理工序后进入电火花线切割工序加工时出现模具开裂的现象。本文对其现象进行原因分析和探讨，进而提出防止措施。 【关键词】冷冲模；热处理；开裂；防止措施 仪表行业自行生产使用的冷冲模具中，使用Cr12钢材的占80%以上， Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性以及不易变形等优点。由于Cr12钢含碳量高达2.30%，所以冲击韧性较差、易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物。Cr12钢由于具有良好的耐磨性，多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模及冲头、冷剪切刀（剪切硬而薄的金属如硅钢片）、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉延模以及螺纹滚模等模具。 由于Cr12钢热处理变形微小，断面在200-300mm，的模具淬火能完全被淬透，这种钢不仅可用油冷，即使空冷也可淬硬，但此类钢材在电火花线切割加工过程中，或在加工完毕，早期使用过程中，模具开裂时有发生。由图1可知：用Cr12钢制作电表三相表底切边模凹模线切割用毛坯料，钼丝走向A→B，切割B处时沿图示线开裂。模具开裂既然发生在线切割加工过程中或完毕之后，那么开裂是不是线切割加工造成的呢？还是其他因素造成的。 1 开裂原因分析 1）根据电火花切割线加工原理特性知道：①线切割表面为图形凸起和凹坑密布并有无数微孔，凸起和凹坑之间有较大圆角过度，因此微区尖角效应小；②模具钼线切割表层存在残余拉应力，拉应力值从表及里递减。约在变质层与基体交界处趋于零；③线切割仅在表层约0.05?深度范围内出现变质层，从开裂的工件看裂纹长度约要贯穿整块坯料，裂纹发生的部位无规律性且和钼丝运动的轨迹无关，这就说明电火花线切割加工并不是造成开裂的真正原因。 2）我们知道，各道机械加工部位都会使工件产生内应力，但从数量上来说，都无法和热处理淬火所造成的残余内应力相比。工件经过淬火后各部位的残余内应力是不均匀的。一般存在着表层中间区域和中心部位不同应力场的分布状态有着密切的关系（图2），淬火工件形状大小和残余应力变化的关系。 线切割加工和一般机械加工相比，有其独特的加工路线，一般经过工件的边缘，中间区域和心部。随着钼丝的移动，热处理淬火后的残余内应力不断发生变化，破坏了工件内部原来维持的平衡状态，使得发生变形。如果加工路线经过工件的最大残余内应力区域，内应力因必须依存的一方突然消失而变成足够大的拉应力，使得工件开裂。 3）从几套开裂的模具中注意到其工件的厚度均超过40?.这是因为：工件经热处理淬火后，其内部残余应力的大小种类和工件的厚度有一定的关系。由图2可知：薄的工件表面呈拉应力状态，心部呈压应力状态。厚的工件表面呈压应力状态，心部呈拉应力状态。厚工附近的残余拉应力较大，而粗圆棒的内部残余拉应力较大，由此得知，参与拉应力正是造成工件开裂的主要原因，由工具钢的机械性能韧性∮k与工件厚度关系试验得知（图3）当厚度较小时，沿裂纹顶端的应力处于平面应力状态，易产生塑性流动，故断裂韧性∮k较高，随着厚度的增加，∮k逐渐减小，当厚度较大时，裂纹顶端的应力处于平面应变状态，塑性流动困难，∮k降低，易产生解理断裂，所以较厚工件因其本身的断裂韧性∮k较低，而残余拉应力较大。所以比薄的工件开裂的可能性要大。 2 实例对比说明 图1所示加工的电表三相表底切边模凹模毛坯是由Cr12圆钢锻造成长方体，同炉热处理退火，再机械加工成图示毛坯模块，然后进行热处理淬火（图4），处理后硬度为HRC62，但线切割加工后开裂。 第二次重新加工时，在热处理淬火之前先铣去坯料中间30×30mm的型腔，所留余量只要能满足热处理淬火变形和线切割装夹误差即可，进行热处理淬火工艺时按照图4（2）所示工艺进行，处理后硬度为HRC60.线切割加工后没有开裂。 从两次加工的不同工艺可以看出：第二次加工由于热处理淬火参与内应力大，心部呈很大的拉应力状态，线切割后发生开裂。第二次加工热处理冷却介质温度稍高，参与内应力偏小，回火温度亦稍高，残余内应力消除较充分，再者第二次加工时，热处理前已把毛坯加工成空心，使原来淬火工件的心部变为“表层”，从而完全改变了热处理淬火应力的分布状态，加工型腔减小了淬火的有效厚度，降低了残余拉应力的绝对值。所以第二次加工后没有开裂，后来生产中，我们采用二次加工的路线和热处理工艺均未发生裂纹。 3 防止办法 根据实例对比分析，为了防止Cr12钢模具的线切割开裂，可采用以下办法： 1）对于硬度要求大于HRC60。型腔几何形状复杂的凸凹模，可在热处理之前先加工成型孔，再进行热处理淬火，回火，线切割加工成形。 2）硬度要求在HRC58―62的模具，在保证其使用硬度的情况下，热处理淬火后尽量提高回火温度?200