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      精密模具熱處理變形原因及預防措施

      發布日期:2019-04-12 16:15:00 點擊:534

      就精密復雜模具變形狀況、變形原因作研究,來探討減少和控制精密復雜模具變形的措施,以提高模具產品的質量和使用壽命。

      一.模具材料的影響

      1.模具的選材

      某模具企業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雜模具,硬度要求56-60HRC。熱處理后模具硬度符合技術要求,但模具變形較大,無法使用,造成模具報廢。后來該企業采用微變形鋼Cr12鋼制造,模具熱處理后硬度和變形量都符合要求。預防措施:制造精密復雜、要求變形較小的模具,要盡量選用微變形鋼,如空淬鋼等。

      2.模具材質的影響

      某廠送來一批Cr12MoV鋼,制造較復雜模具,模具都帶有Φ60mm圓孔,模具熱處理后,部分模具圓孔出現橢圓,造成模具報廢。一般來說,Cr12MoV鋼是微變形鋼,不應該出現較大變形。我們對變形嚴重的模具進行金相分析發現,模具鋼中含有大量的共晶碳化物,且呈帶狀和塊狀分布。

      (1)模具橢圓(變形)產生的原因

      這是因為模具鋼中呈一定方向分布的不均勻碳化物的存在,碳化物的膨脹系數比鋼的基體組織小30%左右,加熱時它阻止模具內孔膨脹,冷卻時又阻止模具內孔收縮,使模具內孔發生不均勻的變形,從而使模具的圓孔出現橢圓。

      (2)預防措施

      ① 在制造精密復雜模具時,要盡量選擇碳化物偏析較小的模具鋼,不要圖便宜,選用小鋼廠生產的材質較差的鋼材。

      ② 對存在碳化物嚴重偏析的模具鋼,要進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 對鍛造后的模具鋼要進行調質熱處理,使之獲得碳化物分布均勻、細小和彌散的索氏體組織、從而減少精密復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,可采用固溶雙細化處理,使碳化物細化、分布均勻,棱角圓整化,可達到減少模具熱處理變形的目的。

      二.模具結構設計的影響

      有些模具選材和鋼的材質都很好,往往因為模具結構設計不合理,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力和組織應力的不同,從而導致各部位體積膨脹的不同,使模具淬火后產生變形。

      2.預防措施

      設計模具時,在滿足實際生產需要的情況下,應盡量減少模具厚薄懸殊、結構不對稱,在模具的厚薄交界處,盡可能采用平滑過渡等結構設計。根據模具的變形規律預留加工余量,在淬火后不致于因為模具變形而使模具報廢。對形狀特別復雜的模具,為使淬火時冷卻均勻,可采用組合結構。

      三.模具制造工序及殘余應力的影響

      在工廠經常發現,一些形狀復雜、精度要求高的模具,在熱處理后變形較大,經認真調查后發現,模具在機械加工和最后熱處理階段未進行任何預先熱處理。

      1.變形原因

      機械加工過程中的殘余應力和淬火后的應力疊加,增大了模具熱處理后的變形。

      2.預防措施

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

      (2)降低淬火溫度,減少淬火后的殘余應力。

      (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力。

      采用以上措施可使模具淬火后殘余應力減少,模具變形較小。

      四.熱處理加熱工藝的影響

      加熱速度的影響

      模具熱處理后的變形一般都認為是冷卻造成的,這是不正確的。模具特別是復雜模具,加工工藝的正確與否對模具的變形往往產生較大的影響,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,各部分的溫度不均(即加熱的不均勻)就必然會造成模具內各部分的膨脹的不一致性,從而形成因加熱不均的內應力。在鋼的相變點以下溫度,不均勻的加熱主要產生熱應力,超過相變溫度加熱不均勻,還會產生組織轉變的不等時性,既產生組織應力。因此加熱速度越快,模具表面與中心部的溫度差別越大,應力也越大,模具熱處理后產生的變形也越大。

      (2)預防措施

      對復雜模具在相變點以下加熱時應緩慢加熱。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。采用預熱,對于低合金鋼模具可采用一次預熱(550-620oC);對于高合金鋼模具應采用二次預熱(550-620oC和800-850oC)。

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