Проволочная электроэрозионная обработка инструментальной стали: оплавленный слой, снятие напряжений и чистовые проходы

Что оставляет после себя электроэрозионная обработка

Проволочная электроэрозионная обработка разрушает металл искрами, и каждая искра расплавляет микроскопический кратер. Вновь затвердевшая поверхность — оплавленный слой, часто называемый белым слоем, поскольку при травлении он выглядит бесструктурно белым — обычно имеет толщину порядка от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров в зависимости от энергии реза. Его свойства резко отличаются от свойств основной стали:

• Это неотпущенный хрупкий мартенсит, часто более твердый, чем основной объем, нередко содержащий микротрещины.
• Под ним находится неглубокая зона термического влияния, отпуск которой был изменен.

На кромке пуансона или матрицы именно в оплавленном слое начинаются выкрашивание и преждевременные усталостные трещины. На деталях с низкой нагрузкой он может быть приемлем в состоянии после резки; на рабочих кромках инструмента им управляют целенаправленно.

Чистовые проходы: стандартное решение

В серийном производстве штампов редко используется один рез. Обычная последовательность такова:

1. Один черновой рез с высокой энергией для скорости — толстый оплавленный слой, шероховатая поверхность (часто Ra 1.6 µm или грубее).
2. От двух до четырех чистовых (подрезных) проходов с постепенно снижающейся энергией разряда, каждый из которых снимает несколько сотых миллиметра или меньше. Каждый чистовой проход удаляет повреждения предыдущего слоя и оставляет собственный, более тонкий и менее растрескавшийся слой.

При нескольких чистовых проходах конечный оплавленный слой можно уменьшить примерно до 1–2 µm или менее, качество поверхности улучшается до Ra 0.2–0.4 µm, а точность размеров повышается, поскольку резы с низкой энергией меньше отклоняют проволоку. Ценой является машинное время, поэтому количество чистовых проходов задается для каждого класса деталей — вырубные штампы и инструменты для точной вырубки находятся на щедром конце, грубая работа с большими зазорами — на экономном конце.

После резки доводка камнем или легкое полирование критических кромок механически удаляет последние остатки оплавленного слоя; на пуансонах, критичных к усталости, этот этап не является косметическим.

Снятие напряжений и деформации

Закаленная инструментальная сталь несет остаточные напряжения от закалки, и проволочная электроэрозионная обработка удаляет материал, не внося механических напряжений, — но разделение блока позволяет существующим напряжениям перераспределиться, и деталь перемещается. Классические симптомы: разрезная плита смыкается на проволоку или отпружинивает от нее, а длинные детали изгибаются после удаления центральной части.

Стандартные меры противодействия:

• Снятие напряжений перед электроэрозионной обработкой, где позволяет отпуск стали, — отпуск примерно на 25–30 °C ниже конечной температуры отпуска, после черновой механической обработки, стабилизирует заготовки для чистовой работы.
• Стратегия резки: оставляйте перемычки/мостики, чтобы вырезаемая часть и рама оставались соединенными до конца; сначала вырезайте большие проемы вчерне, затем выполняйте чистовую обработку; избегайте разрезания закаленной заготовки на длинные, тонкие, неподдерживаемые участки за один проход.
• Черновая механическая обработка с припуском, снятие напряжений, затем чистовая электроэрозионная обработка в размер — последовательность, используемая для прецизионных штамповых плит.

Проволока и технологические примечания

Латунная проволока является общим стандартом; проволоки с покрытием и тонкие проволоки служат для малых радиусов и конусной обработки. Поскольку электроэрозионная обработка безразлична к твердости, она в равной мере является методом для ремонта и модификации готовых штампов — с той же дисциплиной в отношении оплавленного слоя, применяемой к отремонтированной кромке, что и к новой.