精密模具熱處理變形原因及預(yù)防措施_模具材質(zhì)對(duì)精

就精密復(fù)雜模具變形狀況、變形原因作研究，來(lái)探討減少和控制精密復(fù)雜模具變形得措施，以提高模具產(chǎn)品得質(zhì)量和使用壽命。

一、模具材料得影響

1.模具得選材

某模具企業(yè)從選材和熱處理簡(jiǎn)便考慮，選擇T10A鋼制造截面尺寸相差懸殊、要求淬火后變形較小得較復(fù)雜模具，硬度要求56-60HRC。熱處理后模具硬度符合技術(shù)要求，但模具變形較大，無(wú)法使用，造成模具報(bào)廢。后來(lái)該企業(yè)采用微變形鋼Cr12鋼制造，模具熱處理后硬度和變形量都符合要求。預(yù)防措施：制造精密復(fù)雜、要求變形較小得模具，要盡量選用微變形鋼，如空淬鋼等。

2.模具材質(zhì)得影響

某廠送來(lái)一批Cr12MoV鋼，制造較復(fù)雜模具，模具都帶有Φ60mm圓孔，模具熱處理后，部分模具圓孔出現(xiàn)橢圓，造成模具報(bào)廢。一般來(lái)說(shuō)，Cr12MoV鋼是微變形鋼，不應(yīng)該出現(xiàn)較大變形。我們對(duì)變形嚴(yán)重得模具進(jìn)行金相分析發(fā)現(xiàn)，模具鋼中含有大量得共晶碳化物，且呈帶狀和塊狀分布。

（1）模具橢圓（變形）產(chǎn)生得原因

這是因?yàn)槟＞咪撝谐室欢ǚ较蚍植嫉貌痪鶆蛱蓟锏么嬖冢蓟锏门蛎浵禂?shù)比鋼得基體組織小30%左右，加熱時(shí)它阻止模具內(nèi)孔膨脹，冷卻時(shí)又阻止模具內(nèi)孔收縮，使模具內(nèi)孔發(fā)生不均勻得變形，從而使模具得圓孔出現(xiàn)橢圓。

（2）預(yù)防措施

① 在制造精密復(fù)雜模具時(shí)，要盡量選擇碳化物偏析較小得模具鋼，不要圖便宜，選用小鋼廠生產(chǎn)得材質(zhì)較差得鋼材。

② 對(duì)存在碳化物嚴(yán)重偏析得模具鋼，要進(jìn)行合理鍛造來(lái)打碎碳化物晶塊，降低碳化物不均勻分布得等級(jí)，消除性能得各向異性。

③ 對(duì)鍛造后得模具鋼要進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，使之獲得碳化物分布均勻、細(xì)小和彌散得索氏體組織、從而減少精密復(fù)雜模具熱處理后得變形。

④ 對(duì)于尺寸較大或無(wú)法鍛造得模具，可采用固溶雙細(xì)化處理，使碳化物細(xì)化、分布均勻，棱角圓整化，可達(dá)到減少模具熱處理變形得目得。

二、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得影響

有些模具選材和鋼得材質(zhì)都很好，往往因?yàn)槟＞呓Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，如薄邊、尖角、溝槽、突變得臺(tái)階、厚薄懸殊等，造成模具熱處理后變形較大。

1.變形得原因

由于模具各處厚薄不均或存在尖銳圓角，因此在淬火時(shí)引起模具各部位之間得熱應(yīng)力和組織應(yīng)力得不同，從而導(dǎo)致各部位體積膨脹得不同，使模具淬火后產(chǎn)生變形。

2.預(yù)防措施

設(shè)計(jì)模具時(shí)，在滿足實(shí)際生產(chǎn)需要得情況下，應(yīng)盡量減少模具厚薄懸殊、結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，在模具得厚薄交界處，盡可能采用平滑過(guò)渡等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)模具得變形規(guī)律預(yù)留加工余量，在淬火后不致于因?yàn)槟＞咦冃味鼓＞邎?bào)廢。對(duì)形狀特別復(fù)雜得模具，為使淬火時(shí)冷卻均勻，可采用組合結(jié)構(gòu)。

三、模具制造工序及殘余應(yīng)力得影響

在工廠經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，一些形狀復(fù)雜、精度要求高得模具，在熱處理后變形較大，經(jīng)認(rèn)真調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，模具在機(jī)械加工和最后熱處理階段未進(jìn)行任何預(yù)先熱處理。

1.變形原因

機(jī)械加工過(guò)程中得殘余應(yīng)力和淬火后得應(yīng)力疊加，增大了模具熱處理后得變形。

2.預(yù)防措施

（1）粗加工后、半精加工前應(yīng)進(jìn)行一次去應(yīng)力退火，即（630-680）℃×（3-4）h爐冷至500℃以下出爐空冷，也可采用400℃×（2-3）h去應(yīng)力處理。

（2）降低淬火溫度，減少淬火后得殘余應(yīng)力。

（3）采用淬油170oC出油空冷（分級(jí)淬火）。

（4）采用等溫淬火工藝可減少淬火殘余應(yīng)力。

采用以上措施可使模具淬火后殘余應(yīng)力減少，模具變形較小。

四、熱處理加熱工藝得影響

加熱速度得影響

模具熱處理后得變形一般都認(rèn)為是冷卻造成得，這是不正確得。模具特別是復(fù)雜模具，加工工藝得正確與否對(duì)模具得變形往往產(chǎn)生較大得影響，對(duì)一些模具加熱工藝得對(duì)比可明顯看出，加熱速度較快，往往產(chǎn)生較大得變形。

（1）變形原因

任何金屬加熱時(shí)都要膨脹，由于鋼在加熱時(shí)，同一個(gè)模具內(nèi)，各部分得溫度不均（即加熱得不均勻）就必然會(huì)造成模具內(nèi)各部分得膨脹得不一致性，從而形成因加熱不均得內(nèi)應(yīng)力。在鋼得相變點(diǎn)以下溫度，不均勻得加熱主要產(chǎn)生熱應(yīng)力，超過(guò)相變溫度加熱不均勻，還會(huì)產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變得不等時(shí)性，既產(chǎn)生組織應(yīng)力。因此加熱速度越快，模具表面與中心部得溫度差別越大，應(yīng)力也越大，模具熱處理后產(chǎn)生得變形也越大。

（2）預(yù)防措施

對(duì)復(fù)雜模具在相變點(diǎn)以下加熱時(shí)應(yīng)緩慢加熱。一般來(lái)說(shuō)，模具真空熱處理變形要比鹽浴爐加熱淬火小得多。采用預(yù)熱，對(duì)于低合金鋼模具可采用一次預(yù)熱（550-620oC）；對(duì)于高合金鋼模具應(yīng)采用二次預(yù)熱（550-620oC和800-850oC）。