模具變形原因

模具熱處理變形 目錄 模具材料的影響 模具結構設計的影響 模具制造工序及殘余應力的影響 熱處理加熱工藝的影響 殘留奧氏體的影響 冷卻介質和冷卻方法的影響 改進熱處理工藝 減少模具熱處理變形 預防措施 模具熱處理變形是模具處理過程的主要缺陷之一 對一些精密復雜模具 常因熱處理變形而報廢 因此控制精密復雜模具的變形一直成為熱處理生產 中的關鍵問題 眾所周知 模具在熱處理時 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 加之組織轉變的不等 時性等原因 使得模具截面各部分體積脹縮不均勻 組織轉變的不均勻 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 就會引起模具的變形 編編輯輯本本段段模模具具材材料料的的影影響響 1 1 模模具具的的選選材材 某機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雜模具 硬度要求 56 60HRC 熱處理后模具硬度 符合技術要求 但模具變形較大 無法使用 造成模具報廢 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 2 模模具具材材質質的的影影響響 某廠送來一批 Cr12MoV 鋼較復雜模具 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 造成模具報廢 一般來說 Cr12MoV 鋼是微變形鋼 不應該出現(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 共晶碳化物 且呈帶狀和塊 狀分布 1 1 模模具具橢橢圓圓 變變形形 產產生生的的原原因因 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 系數比鋼的基體組織小 30 左右 加熱時它阻止模具內孔膨脹 冷卻時又阻止 模具內孔收縮 使模具內孔發(fā)生不均勻的變形 使模具的圓孔出現(xiàn)橢圓 2 2 預預防防措措施施 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 選用小鋼廠生產的材質較差鋼材 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 對鍛后的模具鋼要進行調質熱處理 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 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 編編輯輯本本段段模模具具結結構構設設計計的的影影響響 有些模具選材和鋼的材質都很好 往往因為模具結構設計不合理 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 1 變變形形的的原原因因 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 間的熱應力和組織應力的不同 導致各部位體積膨脹的不同 使模具淬火后產 生變形 2 2 預預防防措措施施 設計模具時 在滿足實際生產需要的情況下 應盡量減少模具厚薄懸殊 結構不對稱 在模具的厚薄交界處 盡可能采用平滑過渡等結構設計 根據模 具的變形規(guī)律 預留加工余量 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 可采用給合結構 編編輯輯本本段段模模具具制制造造工工序序及及殘殘余余應應力力的的影影響響 在工廠經常發(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 經認真調查后發(fā)現(xiàn) 模具在機械加工和最后熱處理未進行任何預先熱處理 1 1 變變形形原原因因 在機械加工過程中的殘余應力和淬火后的應力疊加 增大了模具熱處理后 的變形 2 2 預預防防措措施施 1 粗加工后 半精加工前應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 去應力處 理 2 降低淬火溫度 減少淬火后的殘余應力 3 采用淬油 170 C 出油空冷 分級淬火 4 采用等溫淬火工藝可減少淬火 殘余應力 采用以上措施可使模具淬火后殘余應力減少 模具變形較小 編編輯輯本本段段熱熱處處理理加加熱熱工工藝藝的的影影響響 1 1 加加熱熱速速度度的的影影響響 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 往往產生較大的變形 1 1 變變形形的的原原因因 任何金屬加熱時都要膨脹 由于鋼在加熱時 同一個模具內 各部分的溫 度不均 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致性 從 而形成因加熱不均的內應力 在鋼的相變點以下溫度 不均勻的加熱主要產 生熱應力 超過相變溫度加熱不均勻 還會產生組織轉變的不等時性 既產生 組織應力 因此加熱速度越快 模具表面與心部的溫度差別越大 應力也越 大 模具熱處理后產生的變形也越大 2 2 預預防防措措施施 對復雜模具在相變點以下加熱時應緩慢加熱 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 采用預熱 對于低合金鋼模具可采用一次 預熱 550 620 C 對于高合金剛模具應采用二次預熱 550 620 C 和 800 850 C 2 2 加加熱熱溫溫度度的的影影響響 一些廠家為了保證模具達到較高硬度 認為需提高淬火加熱溫度 但是生 產實踐表明 這種做法是不恰當的 對于復雜模具 同樣是采用正常的加熱溫 度下進行加熱淬火 在允許的上限溫度加熱后的熱處理變形要比在允許的下限 溫度加熱的熱處理變形大得多 1 1 變變形形原原因因 眾所周知 淬火加熱溫度越高 鋼的晶粒越趨長大 由于較大晶粒能使淬 透性增加 則使淬火冷卻時產生的應力越大 再之 由于復雜模具大多由中高 合金鋼制造 如果淬火溫度高 則因 Ms 點低 組織中殘留奧氏體量增多 加 大模具熱處理后變形 2 2 預預防防措措施施 在保證模具的技術條件的情況下合理選擇加熱溫度 盡量選用下限淬火加 熱溫度 以減少冷卻時的應力 從而減少復雜的熱處理變形 編編輯輯本本段段殘殘留留奧奧氏氏體體的的影影響響 一些高合金模具鋼 如 Cr12MoV 鋼模具在淬火和低溫回火后 模具的長 寬 高皆發(fā)生縮小現(xiàn)象 這是因為模具淬火后殘留奧氏體量過多而引起的 1 1 變變形形原原因因 因合金鋼 如 Cr12MoV 鋼 淬火后含有大量殘留奧氏體 鋼中各種組織有 不同的比體積 奧氏體的比體積最小 這是高合金鋼模具淬火低溫回火后體積 發(fā)生縮小的主要原因 鋼的各種組織的比體積按下列順序遞減 馬氏體 回火 索氏體 珠光體 奧氏體 2 2 預預防防措措施施 1 適當降低淬火溫度 正如前面敘述過的淬火加熱溫度越高 殘留奧氏 體量越大 因此選擇適當的淬火加熱溫度是減少模具縮小的重要措施 一般在 保證模具技術要求的情況下 要考慮模具的綜合性能 適當降低模具的淬火加 熱溫度 2 一些數據表明 Cr12MoV 鋼模具淬火后 500 C 回火較 200 C 回火的 殘留奧氏體量少了一半 所以在保證模具技術要求的前提下 應適當提高回火 溫度 生產實踐表明 Cr12MoV 鋼模具 500 C 回火模具變形量最小 而硬度 降低不多 2 3HRC 3 模具淬火后采取冷處理是減少殘留奧氏體量的最佳工藝 也是減少模 具變形 穩(wěn)定使用時發(fā)生尺寸變化的最佳措施 因此精密復雜模具一般應采用 深冷處理 編編輯輯本本段段冷冷卻卻介介質質和和冷冷卻卻方方法法的的影影響響 模具熱處理變形往往是在淬火冷卻后所表現(xiàn)出來的 這雖然有以上各種 因素的影響 但冷卻過程中的影響也是不可忽視的 1 1 變變形形產產生生的的原原因因 當模具冷卻到 Ms 點以下時 鋼即發(fā)生相變 除因冷卻不一致所早成的熱 應力外 還有因相變的不等時性而產生的組織應力 冷卻速度越快 冷卻越不 均勻 產生的應力越大 模具的變形也越大 2 2 預預防防措措施施 1 在保證模具硬度要求的前提下 盡量采用預冷 對于碳素鋼和低合金 模具鋼可預冷至棱角部位發(fā)黑 720 760 C 對于在珠光體轉變區(qū)過冷奧氏體 較穩(wěn)定的鋼種可預冷至 700 C 左右 2 采用分級冷卻淬火能顯著減少模具淬火時產生的熱應力和組織應力 是減少一些復雜模具變形的有效方法 3 對一些精密復雜模具 采用等溫淬火能顯著減少變形 編編輯輯本本段段改改進進熱熱處處理理工工藝藝 減減少少模模具具熱熱處處理理變變形形 模具在淬火后的變形 不論采取什么方法 變形都是無法避免的 但是對 于要嚴格控制變形量的精密復雜模具可采取以下方法進行控制 1 1 采采用用調調質質熱熱處處理理 對基體硬度要求不高 而表面硬度要求較高的精密復雜模具 可采取模具 粗加工后進行調質熱處理 精加工后進行低溫氮化處理 500 550 C 由于模 具氮化溫度低 不存在基體組織相變 另外爐冷至室溫出爐 冷卻應力也較少 模具變形較小 2 2 采采用用預預先先熱熱處處理理 對精密復雜模具 如其硬度要求不太高 可采用預先熱處理的預硬鋼 對 模具鋼 如 3Cr2Mo 3CrMnNiMo 鋼 進行預先熱處理 使之到達使用時的硬度 較低硬度為 25 35HRC 較高硬度為 40 50HRC 然后把模具加工成型不再進 行熱處理 從而保證精密復雜模具的精度 3 3 采采用用時時效效硬硬化化型型模模具具鋼鋼 對精密復雜模具可采用時效硬化鋼 如 PMS 1Ni3Mn2CuA1 Mo 鋼是一種 新型時效模具鋼 在 870 C 固溶淬火后的硬度在 30HRC 左右 便于機械加工 模具加工成型后再進行 500 C 左右的時效熱處理 即可獲得 40 45HRC 的較高 硬度 模具變形較小 只需要進行拋光處理 是理想的精密復雜模具用鋼 編編輯輯本本段段預預防防措措施施 精密復雜模具的變形原因往往是復雜的 但是我們只要掌握其變形規(guī)律 分析其產生的原因 采用不同的方法進行預防模具的變形是能夠減少的 也是 能夠控制的 一般來說 對精密復雜模具的熱處理變形可采取一下方法預防 1 合理選材 對精密復雜模應選擇材質好的微變形模具鋼 如空淬鋼 對碳化物偏析嚴重的模具鋼應進行合理鍛造并進行調質熱處理 對較大和無法 鍛造模具鋼可進行固溶雙細化熱處理 2 模具結構設計要合理 厚薄不要太懸殊 形狀要對稱 對于變形較大 模具要掌握變形規(guī)律 預留加工余量 對于大型 精密復雜模具可采用組合結 構 3 精密復雜模具要進行預先熱處理 消除機械加工過程中產生的殘余應 力 4 合理選擇加熱溫度 控制加熱速度 對于精密復雜模具可采取緩慢加 熱 預熱和其他均衡加熱的方法來減少模具熱處理變形 5 在保證模具硬度的前提下 盡量采用預冷 分級冷卻淬火