PDF《改善模具热处理变形》

2009.

5 CHINA EQUIPMENT

120 T科技纵横 ECHNOLOGY 改善模具热处理变形 文/魏志海 【摘要】 对模具材料、 结构设计、 残 余应力、 热处理加热工艺和冷却工艺、 残 留奥氏体等引起变形加以分析并解决. 【关键词】 模具热处理;

变形分析 1.引言 模具在热处理时,特别是在淬火过程中, 由 于模具截面各部分加热和冷却速度的不一致 性而引起的温度差和组织转变的不等时性等 原因,使模具截面各部分体积胀缩不均匀, 组织 转变的不均匀,从而引起 组织应力 和模具内 外温差所引起的热应力.当其内应力超过模 具材料的屈服极限时就会引起模具的变形. 在此就模具变形状况、 变形原因进行研究 来探讨减少和控制模具变形的措施, 以提高模 具产品的质量和使用寿命. 2.模具材料的影响及对策 模具制造的第一步首先是选材, 材质的优 劣直接影响模具的质量. 2.1 模具的选材影响及对策 2.1.1 模具选材的影响. 某模具厂从经济和热处理简便考虑, 选择 T10 钢制造较复杂的冷挤压模具, 硬度要求在 56~60HRC, 热处理后模具硬度符合技术要求, 但模具变形较大, 无法使用, 造成模具报废. 2.1.2 对策. 后来该厂采用微变形钢 Cr12 钢制造, 模 具热处理后硬度和变形量都符合技术要求. 因 此制造形状复杂, 要求变形小的模具, 要尽量 选用变形较小合金模具钢. 2.2 模具材质的影响及对策 模具材质的好坏也严重影响模具热处理 后的变形, 这是模具材料内部缺陷所致. 2.2.1模具的材质对变形的影响及产生的原因. 一批 Cr12MoV 钢复杂模具, 模具都带有 较大圆孔和方孔, 模具热处理后, 部分模具圆 孔出现椭圆、 方孔出现胀缩, 造成模具报废. 一般来说 Cr12MoV 钢是微变形钢, 不应 该出现较大变形.对变形较严重的模具进行 金相分析发现Cr12MoV 钢中含有较多共晶碳 化物, 且呈带状和块状分布.模具的变形就是 因为模具钢中存在不均匀性碳化物, 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. 2.2.2 对策. a.在制造形状复杂的模具时, 要尽量选择 大厂生产的碳化物偏析较小的模具钢. b.对存在碳化物偏析严重的模具钢要进行 合理锻造, 来打碎碳化物晶块, 降低碳化物分 布的等级, 消除钢材性能的各向异性. c.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, 从而减少模具热处理后变形. d.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,可达到减少模具热处理变形的目的. 3. 热处理加热工艺的影响及对策 模具热处理的变形一般都认为是由于冷 却造成的, 这是不正确的.模具加热工艺的正 确与否对模具的变形往往产生较大的影响. 3.1 加热速度的影响及对策 对一些模具加热工艺对比可以明显看出, 加热速度快, 往往产生较大的变形. 3.1.1 模具变形的原因. 任何模具材料加热时都要膨胀, 由于钢在 加热时, 同一模具内, 各部分的温度不均匀, 就 必然会造成模具内各部分的膨胀的不一致性, 从而形成因加热不均匀的内应力.在钢的相 变点以下温度, 不均匀的加热主要产生热应力, 超过相变温度加热不均匀, 还会造成组织转变 的不等时性, 即产生组织应力.因此加热速度 越快, 模具表面与心部的温度差别越大, 应力 也越大, 模具热加工后产生的变形就越大. 3.1.2 对策. 根据以上情况, 模具热处理加热时要减缓 加热速度.①对形状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 加热速度远比盐浴炉加热速度慢, 因此其变形 也小;