精密模具熱處理變形原因及預(yù)防措施
精密模具熱處理變形原因及預(yù)防措施
精密模具熱處理變形原因及預(yù)防方法：就精密復(fù)雜模具變形狀況、變形原因的作一研究，來探討減少和控制精密復(fù)雜模具變形的措施，以提高模具產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命。
一、模具材料的影響：
1、模具的選材：某機(jī)械廠從選材和熱處理簡便考慮，選擇T10A鋼制造截面尺寸相差懸殊、要求淬火后變形較小的較復(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，無法使用，造成模具報廢。后來該廠采用微變形鋼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： 因此制造精密復(fù)雜、要求變形較小的模具，要盡量選用微變形鋼，如空淬鋼等。
2．模具材質(zhì)的影響：某廠送來一批Cr12MoV鋼較復(fù)雜模具，模具都帶有￠60m m圓孔，模具熱處理后，部分模具圓孔出現(xiàn)橢圓，造成模具報廢。 一般來說Cr12MoV鋼是微變形鋼，不應(yīng)該出現(xiàn)較大變形。我們對變形嚴(yán)重的模具進(jìn)行金相分析發(fā)現(xiàn)，模具鋼中含有大量共晶碳化物，且呈帶狀和塊狀分布。
（1）模具橢圓（變形）產(chǎn)生的原因： 這是因?yàn)槟＞咪撝谐室欢ǚ较蚍植嫉牟痪鶆蛱蓟锏拇嬖冢蓟锏呐蛎浵禂?shù)比鋼的基體組織小３０％左右，加熱時它阻止模具內(nèi)孔膨脹，冷卻時又阻止模具內(nèi)孔收縮，使模具內(nèi)孔發(fā)生不均勻的變形，使模具的圓孔出現(xiàn)橢圓。
（2）預(yù)防措施： ①在制造精密復(fù)雜模具時，要盡量選擇碳化物偏析較小的模具鋼，不要圖便宜，選用小鋼廠生產(chǎn)的材質(zhì)較差鋼材。②對存在碳化物嚴(yán)重偏析的模具鋼要進(jìn)行合理鍛造，來打碎碳化物晶塊，降低碳化物不均勻分布的等級，消除性能的各向異性。③對鍛后的模具鋼要進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，使之獲得碳化物分布均勻、細(xì)小和彌散的索氏體組織、從而減少精密復(fù)雜模具熱處理后的變形。④對于尺寸較大或無法鍛造的模具，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的目的。
二、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響：有些模具選材和鋼的材質(zhì)都很好，往往因?yàn)槟＞呓Y(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，如薄邊、尖角、溝槽、突變的臺階、厚薄懸殊等，造成模具熱處理后變形較大。
1、變形的原因：由于模具各處厚薄不均或存在尖銳圓角，因此在淬火時引起模具各部位之間的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的不同，導(dǎo)致各部位體積膨脹的不同，使模具淬火后產(chǎn)生變形。
2、 預(yù)防措施：設(shè)計模具時，在滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的情況下，應(yīng)盡量減少模具厚薄懸殊，結(jié)構(gòu)不對稱，在模具的厚薄交界處，盡可能采用平滑過渡等結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)模具的變形規(guī)律，預(yù)留加工余量，在淬火后不致于因?yàn)槟＞咦冃味鼓＞邎髲U。對形狀特別復(fù)雜的模具，為使淬火時冷卻均勻，可采用給合結(jié)構(gòu)。
三、模具制造工序及殘余應(yīng)力的影響：在工廠經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，一些形狀復(fù)雜、精度要求高的模具，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未進(jìn)行任何預(yù)先熱處理。
1、 變形原因：在機(jī)械加工過程中的殘余應(yīng)力和淬火后的應(yīng)力疊加，增大了模具熱處理后的變形。
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，減少淬火后的殘余應(yīng)力。 （3） 采用淬油170oC出油空冷（分級淬火）。 （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、熱處理加熱工藝的影響：
1、加熱速度的影響：模具熱處理后的變形一般都認(rèn)為是冷卻造成的，這是不正確的。模具特別是復(fù)雜模具，加工工藝的正確與否對模具的變形往往產(chǎn)生較大的影響，對一些模具加熱工藝的對比可明顯看出，加熱速度較快，往往產(chǎn)生較大的變形。
（1）變形原因： 任何金屬加熱時都要膨脹，由于鋼在加熱時，同一個模具內(nèi)，各部分的溫度不均（即加熱的不均勻）就必然會造成模具內(nèi)各部分的膨脹的不一致性，從而形成因加熱不均的內(nèi)應(yīng)力。在鋼的相變點(diǎn)以下溫度，不均勻的加熱主要產(chǎn)生熱應(yīng)力，超過相變溫度加熱不均勻，還會產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變的不等時性，既產(chǎn)生組織應(yīng)力。因此加熱速度越快，模具表面與心部的溫度差別越大，應(yīng)力也越大，模具熱處理后產(chǎn)生的變形也越大。
（2）預(yù)防措施 ：對復(fù)雜模具在相變點(diǎn)以下加熱時應(yīng)緩慢加熱，一般來說，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，對于低合金鋼模具可采用一次預(yù)熱（550-620oC）；對于高合金剛模具應(yīng)采用二次預(yù)熱（550-620oC和800-850oC）。
精密模具熱處理變形原因及預(yù)防方法：就精密復(fù)雜模具變形狀況、變形原因的作一研究，來探討減少和控制精密復(fù)雜模具變形的措施，以提高模具產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命。
一、模具材料的影響：
1、模具的選材：某機(jī)械廠從選材和熱處理簡便考慮，選擇T10A鋼制造截面尺寸相差懸殊、要求淬火后變形較小的較復(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，無法使用，造成模具報廢。后來該廠采用微變形鋼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： 因此制造精密復(fù)雜、要求變形較小的模具，要盡量選用微變形鋼，如空淬鋼等。
2．模具材質(zhì)的影響：某廠送來一批Cr12MoV鋼較復(fù)雜模具，模具都帶有￠60m m圓孔，模具熱處理后，部分模具圓孔出現(xiàn)橢圓，造成模具報廢。 一般來說Cr12MoV鋼是微變形鋼，不應(yīng)該出現(xiàn)較大變形。我們對變形嚴(yán)重的模具進(jìn)行金相分析發(fā)現(xiàn)，模具鋼中含有大量共晶碳化物，且呈帶狀和塊狀分布。
（1）模具橢圓（變形）產(chǎn)生的原因： 這是因?yàn)槟＞咪撝谐室欢ǚ较蚍植嫉牟痪鶆蛱蓟锏拇嬖冢蓟锏呐蛎浵禂?shù)比鋼的基體組織小３０％左右，加熱時它阻止模具內(nèi)孔膨脹，冷卻時又阻止模具內(nèi)孔收縮，使模具內(nèi)孔發(fā)生不均勻的變形，使模具的圓孔出現(xiàn)橢圓。
（2）預(yù)防措施： ①在制造精密復(fù)雜模具時，要盡量選擇碳化物偏析較小的模具鋼，不要圖便宜，選用小鋼廠生產(chǎn)的材質(zhì)較差鋼材。②對存在碳化物嚴(yán)重偏析的模具鋼要進(jìn)行合理鍛造，來打碎碳化物晶塊，降低碳化物不均勻分布的等級，消除性能的各向異性。③對鍛后的模具鋼要進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，使之獲得碳化物分布均勻、細(xì)小和彌散的索氏體組織、從而減少精密復(fù)雜模具熱處理后的變形。④對于尺寸較大或無法鍛造的模具，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的目的。
二、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響：有些模具選材和鋼的材質(zhì)都很好，往往因?yàn)槟＞呓Y(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，如薄邊、尖角、溝槽、突變的臺階、厚薄懸殊等，造成模具熱處理后變形較大。
1、變形的原因：由于模具各處厚薄不均或存在尖銳圓角，因此在淬火時引起模具各部位之間的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的不同，導(dǎo)致各部位體積膨脹的不同，使模具淬火后產(chǎn)生變形。
2、 預(yù)防措施：設(shè)計模具時，在滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的情況下，應(yīng)盡量減少模具厚薄懸殊，結(jié)構(gòu)不對稱，在模具的厚薄交界處，盡可能采用平滑過渡等結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)模具的變形規(guī)律，預(yù)留加工余量，在淬火后不致于因?yàn)槟＞咦冃味鼓＞邎髲U。對形狀特別復(fù)雜的模具，為使淬火時冷卻均勻，可采用給合結(jié)構(gòu)。
三、模具制造工序及殘余應(yīng)力的影響：在工廠經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，一些形狀復(fù)雜、精度要求高的模具，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未進(jìn)行任何預(yù)先熱處理。
1、 變形原因：在機(jī)械加工過程中的殘余應(yīng)力和淬火后的應(yīng)力疊加，增大了模具熱處理后的變形。
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，減少淬火后的殘余應(yīng)力。 （3） 采用淬油170oC出油空冷（分級淬火）。 （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、熱處理加熱工藝的影響：
1、加熱速度的影響：模具熱處理后的變形一般都認(rèn)為是冷卻造成的，這是不正確的。模具特別是復(fù)雜模具，加工工藝的正確與否對模具的變形往往產(chǎn)生較大的影響，對一些模具加熱工藝的對比可明顯看出，加熱速度較快，往往產(chǎn)生較大的變形。
（1）變形原因： 任何金屬加熱時都要膨脹，由于鋼在加熱時，同一個模具內(nèi)，各部分的溫度不均（即加熱的不均勻）就必然會造成模具內(nèi)各部分的膨脹的不一致性，從而形成因加熱不均的內(nèi)應(yīng)力。在鋼的相變點(diǎn)以下溫度，不均勻的加熱主要產(chǎn)生熱應(yīng)力，超過相變溫度加熱不均勻，還會產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變的不等時性，既產(chǎn)生組織應(yīng)力。因此加熱速度越快，模具表面與心部的溫度差別越大，應(yīng)力也越大，模具熱處理后產(chǎn)生的變形也越大。
（2）預(yù)防措施 ：對復(fù)雜模具在相變點(diǎn)以下加熱時應(yīng)緩慢加熱，一般來說，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，對于低合金鋼模具可采用一次預(yù)熱（550-620oC）；對于高合金剛模具應(yīng)采用二次預(yù)熱（550-620oC和800-850oC）。
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