精密復(fù)雜模具在熱處理過程中變形的原因分析

2009-02-25 劉彥國蘭州工業(yè)高等�？茖W(xué)校

　　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(bào)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(shí)，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

　　眾所周知，模具在熱處理時(shí)，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(shí)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(dāng)其內(nèi)應(yīng)力超過模具的屈服極限時(shí),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(xiàng)重要的研究課題。

　　本文試就精密復(fù)雜模具變形狀況、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

　　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(bào)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。

　　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(bào)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�，碳化物的膨脹系�?shù)比鋼的基體組織小30%左右，加熱時(shí)它阻止模具內(nèi)孔膨脹，冷卻時(shí)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(shí)，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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)模具時(shí)，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(jì)。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?bào)廢。

　　對形狀特別復(fù)雜的模具，為使淬火時(shí)冷卻均勻，可采用給合結(jié)構(gòu)。