精密模具零件加工:精密模具的熱處理變形及預(yù)防措施

　　模具熱處理變形是模具處理過程的主要缺陷之一，對一些精密復(fù)雜模具，常因熱處理變形而報廢，因此控制精密復(fù)雜模具的變形一直成為熱處理生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。眾所周知，模具在熱處理時，特別是在淬火過程中，由于模具截面各部分加熱和冷卻速度的不一致而引起的溫度差，加之組織轉(zhuǎn)變的不等時性等原因，使得模具截面各部分體積脹縮不均勻，組織轉(zhuǎn)變的不均勻，從而引起“組織應(yīng)力”和模具內(nèi)外溫差所引起的熱應(yīng)力。當其內(nèi)應(yīng)力超過模具的屈服極限時,就會引起模具的變形。因此，減少和控制精密復(fù)雜模具變形乃是廣大熱處理工作者的一項重要的研究課題。本文試就精密模具變形狀況、變形原因的研究，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、模具材料的影響因素及預(yù)防措施：

　　1．模具的選材：

　?。?）某機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￠60mm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。我們對變形嚴重的模具進行金相分析發(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(shù)比鋼的基體組織?。常埃プ笥遥訜釙r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。

　?。?）預(yù)防措施：

　?、僭谥圃炀軓?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。

　?、趯Υ嬖谔蓟飮乐仄龅哪＞咪撘M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。

　?、蹖﹀懞蟮哪＞咪撘M行調(diào)質(zhì)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(fù)雜模具熱處理后的變形。

　?、軐τ诔叽巛^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(jié)構(gòu)設(shè)計的影響因素及預(yù)防措施：

　　有些模具選材和鋼的材質(zhì)都很好，往往因為模具結(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，在淬火后不致于因為模具變形而使模具報廢。

　　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)力的影響因素及預(yù)防措施：

　　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)認真調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，模具在機械加工和最后熱處理未進行任何預(yù)先熱處理。

　　1、變形原因：在機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：

　?。?）粗加工后、半精加工前應(yīng)進行一次去應(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。

　?。?）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因素及預(yù)防措施：

　　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(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）變形的原因：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。

　?。?）預(yù)防措施：對復(fù)雜模具在相變點以下加熱時應(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）。