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如何预防模具的热处理变形
发布时间: 2015-10-21 14:24:26    发布人: 管理员

一.模具材料的影响
1.模具椭圆(变形)产生的原因
这是因为模具钢中呈一定方向分布的不均匀碳化物的存在,碳化物的膨胀系数比钢的基体组织小30%左右,加热时它阻止模具内孔膨胀,冷却时又阻止模具内孔收缩,使模具内孔发生不均匀的变形,使模具的圆孔出现椭圆。
2.预防措施
(1)在制造精密复杂模具时,要尽量选择碳化物偏析较小的模具钢,不要图便宜,选用小钢厂生产的材质较差的钢材;
(2)对存在碳化物严重偏析的模具钢,要进行合理锻造,来打碎碳化物晶块,降低碳化物不均匀分布的等级,消除性能的各向异性;
(3)对锻后的模具钢,要进行调质热处理,使之获得碳化物分布均匀、细小和弥散的索氏体组织;
(4)对于尺寸较大或无法锻造的模具,可采用固溶双细化处理,使碳化物细化、分布均匀,棱角圆整化。
二.模具结构设计的影响
1.变形的原因
由于模具各处厚薄不均或存在尖锐圆角,因此,在淬火时引起模具各部位之间的热应力和组织应力的不同,导致各部位体积膨胀的不同,使模具淬火后产生变形。
2.预防措施
设计模具时,在满足实际生产需要的情况下,应尽量减少模具厚薄悬殊、结构不对称,在模具的厚薄交界处,尽可能采用平滑过渡等结构设计。根据模具的变形规律,预留加工余量,在淬火后不致于因为模具变形而使模具报废。
三.模具制造工序及残余应力的影响
1.变形原因
在机械加工过程中的残余应力和淬火后的应力叠加,增大了模具热处理后的变形。
2.预防措施
(1)粗加工后、半精加工前,应进行一次去应力退火,即:(630-680)℃×(3-4)h炉冷至500℃以下,出炉空冷,也可采用400℃×(2-3)h去应力处理;
(2)降低淬火温度,减少淬火后的残余应力;
(3)采用淬油170℃出油空冷(分级淬火);
(4)采用等温淬火工艺,可减少淬火残余应力。
四.热处理加热工艺的影响
1.加热速度的影响
(1)变形的原因
任何金属加热时都要膨胀,由于钢在加热时,同一个模具内,各部分的温度不均(即加热的不均匀),就必然会造成模具内各部分的膨胀不一致性,从而形成因加热不均的内应力。
(2)预防措施
对复杂模具,在相变点以下加热时,应缓慢加热。一般来说,模具真空热处理变形要比盐浴炉加热淬火小得多。采用预热,对于低合金钢模具可采用一次预热(550-620℃);对于高合金钢模具,应采用二次预热(550-620℃和800-850℃)。
2.加热温度的影响
(1)变形原因
众所周知,淬火加热温度越高,钢的晶粒越趋长大,由于较大晶粒能使淬透性增加,则使淬火冷却时产生的应力越大。
(2)预防措施
在保证模具的技术条件情况下,合理选择加热温度,尽量选用下限淬火加热温度,以减少冷却时的应力,从而减少复杂的热处理变形。
五.残留奥氏体的影响
1.变形原因
因合金钢(如Cr12MoV钢)淬火后含有大量残留奥氏体,钢中各种组织有不同的比体积,奥氏体的比体积最小,这是高合金钢模具淬火低温回火后体积发生缩小的主要原因。
2.预防措施
(1)适当降低淬火温度。一般在保证模具技术要求的情况下,要考虑模具的综合性能,适当降低模具的淬火加热温度。
(2)在保证模具技术要求的前提下,应适当提高回火温度。生产实践表明:Cr12MoV钢模具500℃回火模具变形量最小,而硬度降低不多(2-3HRC)。
(3)模具淬火后,采取冷处理是减少残留奥氏体量的最佳工艺,也是减少模具变形、稳定使用时发生尺寸变化的最佳措施,因此,精密复杂模具一般应采用深冷处理。
六.冷却介质和冷却方法的影响
1.变形产生的原因
当模具冷却到Ms点以下时,钢即发生相变,除因冷却不一致所造成的热应力外,还有因相变的不等时性而产生的组织应力,冷却速度越快,冷却越不均匀,产生的应力越大,模具的变形也越大。
2.预防措施
(1)在保证模具硬度要求的前提下,尽量采用预冷。对于碳素钢和低合金模具钢,可预冷至棱角部位发黑(720-760℃);对于在珠光体转变区过冷奥氏体较稳定的钢种,可预冷至700℃左右。
(2)采用分级冷却淬火,能显著减少模具淬火时产生的热应力和组织应力,是减少一些复杂模具变形的有效方法。
(3)对于一些精密复杂模具,采用等温淬火能显著减少变形。
七.改进热处理工艺、减少模具热处理变形
1.采用调质热处理
对基体硬度要求不高,而表面硬度要求较高的精密复杂模具,可采取模具粗加工后进行调质热处理,精加工后进行低温氮化处理(500-550℃)。由于模具氮化温度低,不存在基体组织相变,另外炉冷至室温出炉,冷却应力也较少,模具变形较小。
2.采用预先热处理
对精密复杂模具,如其硬度要求不太高,可采用预先热处理的预硬钢;对模具钢(如3Cr2Mo、3CrMnNiMo钢)进行预先热处理,使之到达使用时的硬度(较低硬度为25-35HRC,较高硬度为40-50HRC),然后把模具加工成型,不再进行热处理,从而保证精密复杂模具的精度。
3.采用时效硬化型模具钢
对精密复杂模具,可采用时效硬化钢,如:PMS(1Ni3Mn2CuA1Mo)钢是一种新型时效模具钢,在870℃固溶淬火后的硬度在30HRC左右,便于机械加工,模具加工成型后再进行500℃左右的时效热处理,即可获得40-45HRC的较高硬度,模具变形较小,只需要进行抛光处理,是理想的精密复杂模具用钢。




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