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精密模具熱處理變形原因及預(yù)防措施

時間:2018年11月10日來源:本站原創(chuàng)作者:jzfrp點擊:

  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(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

  某模具企業(yè)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(shù)要求,但模具變形較大,無法使用,造成模具報廢。后來該企業(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,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(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),模具鋼中含有大量的共晶碳化物,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,從而使模具的圓孔出現(xiàn)橢圓。

  (2)預(yù)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(chǎn)的材質(zhì)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(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(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,從而導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。對形狀特別復雜的模具,為使淬火時冷卻均勻,可采用組合結(jié)構(gòu)。


  三.模具制造工序及殘余應(yīng)力的影響

  在工廠經(jīng)常發(fā)現(xiàn),一些形狀復雜、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階段未進行任何預(yù)先熱處理。

  1.變形原因

  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

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

  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(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,模具表面與中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);對于高合金鋼模具應(yīng)采用二次預(yù)熱(550-620oC800-850oC)。



  


 

 

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