精密模具零件加工:精密模具的熱處理變形及預防措施

　　模具熱處理變形是模具處理過程的（de）主要缺陷之一，對一些精密複（fù）雜模具，常因熱處理變形而報廢，因此控製精密複雜模具的變形一（yī）直成為熱處理（lǐ）生產中的關鍵問題。眾（zhòng）所周知，模具在熱處理時，特別是在淬火過程中，由於模具截麵各部分加熱和冷卻速度的不一致而引起的溫度差，加之組織轉變的（de）不等時性等原因，使得模具截麵（miàn）各部分體積脹縮不均勻，組織（zhī）轉變的不均勻，從而引起“組織應力”和模具內外溫差所引起的熱應力。當其內應力超過模具的屈服極限時,就會引起（qǐ）模具的變形。因（yīn）此，減少和控製（zhì）精密複雜模具變形乃是廣大熱處理工作者（zhě）的（de）一項重要的研究課題。本文試（shì）就精密模（mó）具變（biàn）形狀況、變形原因的研究，來（lái）探討減少和控製精（jīng）密複雜模（mó）具（jù）變形的（de）措施，以提高模（mó）具產品的（de）質量和使用壽（shòu）命。

　　一（yī）、模具材料的影響因素及預防措施：

　　1．模具的選材：

　　（1）某（mǒu）機械廠從選材和熱處（chù）理簡便考慮，選擇T10A鋼製造截麵尺寸相差懸殊、要求淬（cuì）火後變形較小的較複雜模具，硬度要求56-60HRC。熱處理後模具硬度符合技術要求，但模（mó）具變形較大，無法使用，造成（chéng）模具報廢（fèi）。後來該廠采用微（wēi）變形鋼Cr12鋼製造（zào），模具熱處理後硬度和變形量都符合要求。

　　（2）預防措施：因此製造精密複雜、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（pī）Cr12MoV鋼較複雜（zá）模具，模具都（dōu）帶有￠60mm圓孔，模具熱處理（lǐ）後，部分模具圓孔出現橢圓，造成模具報（bào）廢。一般來說Cr12MoV鋼是微變形鋼，不（bú）應該出現較大變形。我們對變（biàn）形嚴重的（de）模具進行金相分析發現，模具鋼中含有大量（liàng）共晶碳化物（wù），且（qiě）呈帶狀和塊狀分布。

　　（1）模具橢圓（變形）產生的原因這是（shì）因為模具鋼中呈一定方向分布的不均勻碳化物的存在（zài），碳化物的（de）膨脹係數比鋼的基體組（zǔ）織小３０％左右（yòu），加熱時它阻止模具內孔（kǒng）膨脹，冷卻時又阻止模具內孔收縮（suō），使模具內孔（kǒng）發生不均勻的變形，使（shǐ）模（mó）具的圓孔出現橢圓。

　　（2）預防措施：

　　①在製造精密複雜模具時，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（shēng）產（chǎn）的材質較差鋼材。

　　②對存在碳化物嚴重（chóng）偏析的模具鋼要進行合理鍛造，來打碎（suì）碳化物晶塊，降低（dī）碳化物不（bú）均勻分布（bù）的（de）等級，消除性能的（de）各向異（yì）性。

　　③對鍛後的模具鋼要進行調質熱處理，使之獲得碳化（huà）物分布均（jun1）勻、細（xì）小和（hé）彌散（sàn）的索氏體組織、從而減少精密（mì）複雜模具熱處理後的變形。

　　④對於尺寸較（jiào）大或無法鍛造的模具，可采用固溶雙細化處理，使碳化物細（xì）化、分布均勻，棱角（jiǎo）圓整化，可達到（dào）減少模具熱處（chù）理變形的目的。

　　二、模具結構設計（jì）的影響因素及預防（fáng）措施：

　　有些模具選（xuǎn）材和鋼的材質都很（hěn）好，往往因為模（mó）具結構設計不合理，如薄邊、尖角、溝槽（cáo）、突變的台階、厚薄（báo）懸殊等，造成模具熱（rè）處理後變形較大。

　　1、變形（xíng）的原（yuán）因：由於模具各（gè）處厚薄不均或存在尖銳圓角，因此在淬火時引起模具（jù）各部位之（zhī）間的熱應力和組織（zhī）應（yīng）力（lì）的不同，導致各部位體積膨（péng）脹的不同，使模（mó）具淬火後產生變形。

　　2、預防措施：設計模具時，在滿足（zú）實際生產需要的情況下，應盡量減少模具厚（hòu）薄懸殊，結（jié）構不（bú）對稱，在模具（jù）的厚薄交界處，盡可能（néng）采用平滑過渡等結構設計。根據模具的變形規律，預留加（jiā）工餘量，在淬火後不致於因為模具變形而使模具報廢。

　　對形狀（zhuàng）特別複雜的模具，為使淬（cuì）火時冷卻均勻，可采用給合（hé）結構。

　　三、模具製造工序及殘餘應力的影響因素及預防措施：

　　在工廠經常發現，一些（xiē）形狀複雜、精（jīng）度要（yào）求高的模具，在熱處理後變形較（jiào）大，經認真調查後發現，模具在機械加工和最後熱處理未進行任何預先熱處（chù）理。

　　1、變形原因：在（zài）機械加工過程中的（de）殘餘應力和淬火後（hòu）的應力疊加，增大了模具熱處理後的變形。

　　2、預防措施：

　　（1）粗加工（gōng）後、半精加（jiā）工前應（yīng）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（qù）應力處理。

　　（2）降低淬（cuì）火溫度（dù），減少淬火後的殘餘應力。

　　（3）采用淬油170ºC出油空冷（分級（jí）淬火）。

　　（4）采用等溫淬火工藝（yì）可減少淬火殘餘應力。

　　采用以上措施可使模具淬火後殘餘應力減少（shǎo），模具變形較小。

　　四、熱處（chù）理加熱工藝的影響因素及預防措施：

　　加熱速度的影響：模具熱處理後的變（biàn）形一般都認為（wéi）是冷卻造成的，這是不正確的。模具特別是複雜模具，加工（gōng）工藝的正確與否對模具（jù）的變形往往產生較大的影響，對（duì）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（jiào）大的變形。

　　（1）變形（xíng）的原因：任（rèn）何金屬加熱（rè）時都要膨脹，由於鋼在加熱時，同一個模具內，各部分的（de）溫度不均（jun1）（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（yī）致性，從而形成因加（jiā）熱不均的內應力（lì）。在鋼的相變（biàn）點以下溫度，不均勻的加熱主要產生熱應力，超過相變溫度（dù）加熱不均勻，還會產生（shēng）組織轉變的不等時性，既產生組織應力。因此加熱速度越快，模具表麵與心部的溫度差別越大，應力（lì）也越大，模具熱處理後產生（shēng）的變形也越大。

　　（2）預防措施：對複雜模具在相（xiàng）變（biàn）點以下加熱（rè）時應緩（huǎn）慢加（jiā）熱，一般來說，模（mó）具真空熱處理變形要比鹽浴爐加（jiā）熱（rè）淬火小得多。‚采用預熱，對（duì）於低合金鋼模具（jù）可采用一次預熱（550-620ºC）；對於高合金剛模具應（yīng）采用二次預熱（550-620ºC和800-850ºC）。