優(yōu)化熱處理工藝控制模具變形

高叢叢 曹晨亮

摘要：模具的品種規(guī)格較多、形狀復(fù)雜、表面粗糙度值低、制造難度大。模具熱處理后產(chǎn)生變形將嚴(yán)重影響模具的質(zhì)量和使用壽命，產(chǎn)生變形，甚至造成開裂。因此，減少和控制復(fù)雜模具變形是一項(xiàng)非常重要的事情。

關(guān)鍵詞：模具變形；熱處理技術(shù)；優(yōu)化措施

1 熱處理變形原因

由于模具零件的結(jié)構(gòu)形狀、截面尺寸的差異，各處厚薄不均及存在尖銳圓角等因素，熱處理（加熱、保溫、冷卻）過程中因加熱與冷卻的速率不同，在熱應(yīng)力、組織應(yīng)力及相變體積變化的綜合作用下，引起零件體積膨脹或收縮，從而使尺寸與形狀發(fā)生偏差，影響淬火變形的原因是多方面的，主要與鋼的化學(xué)成分和原始組織、零件的幾何形狀、尺寸大小及熱處理工藝等因素有關(guān)。然而，采取有效的預(yù)防措施，改善與優(yōu)化熱處理工藝，致力將模具熱處理變形嚴(yán)格控制在最小限度之內(nèi)。

2 關(guān)于模具熱處理環(huán)節(jié)的分析

為了促進(jìn)模具熱處理系統(tǒng)的健全，我們要針對(duì)其內(nèi)部運(yùn)作模式，進(jìn)行深化應(yīng)用，確保其模具的熱處理環(huán)節(jié)的優(yōu)化，確保其熱處理模式的深化應(yīng)用，為此我們要進(jìn)行其相關(guān)模具的有效應(yīng)用，確保其微變形剛的有效選擇，通過對(duì)其空淬鋼的應(yīng)用，滿足實(shí)際工作的需要，某工廠提供了一系列的鋼雜模具，該模具的圓孔是標(biāo)準(zhǔn)類型的，通過其熱處理模式的應(yīng)用后，有些模具圓孔出現(xiàn)嚴(yán)重變形情況，導(dǎo)致其模具的報(bào)廢。該型號(hào)的鋼是一種微變形鋼，按照相關(guān)理論，我們得知其不會(huì)產(chǎn)生較大的變形情況，我們通過相關(guān)模具的深化分析，得出其磨具鋼內(nèi)部含有一系列的共晶碳化物，這些碳化物呈現(xiàn)塊狀分布模式，其模具的橢圓形狀的出現(xiàn)正是由于這一系列的共晶碳化物導(dǎo)致的，其影響了鋼模具的日常熱處理模式的應(yīng)用，無論是加熱還是冷卻，都一定程度導(dǎo)致了其模具的圓孔的變形。

3 模具熱處理環(huán)節(jié)變形的影響因素

3.1 模具材料的影響

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锏拇嬖冢蓟锏呐蛎浵禂?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。所以鋼材的冶金質(zhì)量事關(guān)重要。正確選擇模具鋼材，是減少?zèng)_模熱處理變形的關(guān)鍵因素之一。選材的主要依據(jù)是模具零件的工作條件、生產(chǎn)批量及材料的工藝性，要盡量選擇碳化物偏析較小的模具鋼，尤其是熱處理工藝性良好，并兼顧經(jīng)濟(jì)性。對(duì)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(jí)，消除性能的各向異性。對(duì)于形狀復(fù)雜、厚薄懸殊的沖模工件零件，應(yīng)選用高淬透性的合金工具鋼。對(duì)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通常，合金工具鋼（Cr12）比碳素工具鋼（T10A）熱處理變形量小得多。此外，應(yīng)使模具的主應(yīng)力方向和鋼材中碳化物的纖維方向垂直，可減少熱處理變形。

3.2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

模具工作零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否，也是影響熱處理變形的主要因素。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。所以設(shè)計(jì)模具時(shí)，截面厚薄不宜過分懸殊，合理安排厚截面處的孔洞和鍵槽，在模具的厚薄交界處，盡可能采用平滑過渡、封閉、對(duì)稱等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。孔（腔）與零件邊緣的距離不宜過小。為改善零件截面變化過大，可在適當(dāng)位置處增設(shè)工藝孔。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，有條件的話可采用組合式（如鋃拼）結(jié)構(gòu)。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(duì)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)。

3.3 模具的工序及殘余應(yīng)力的影響

任何金屬加熱時(shí)都要膨脹，由于鋼在加熱時(shí)，同一個(gè)模具內(nèi)，各部分的溫度不均（即加熱的不均勻）就必然會(huì)造成模具內(nèi)各部分的膨脹的不一致性，從而在機(jī)械加工過程中的殘余應(yīng)力和淬火后的應(yīng)力疊加，增大了模具熱處理后的變形。根據(jù)鋼材的性能，制訂合理的鍛造工藝和嚴(yán)格控制鍛造溫度，也是減少變形的重要因素，尤其是對(duì)于Cr12、CrWMn等合金鋼。因此，熱處理工序的安排應(yīng)根據(jù)具體情況具體分析。

3.4 殘留奧氏體的影響

一些高合金模具鋼，在淬火和低溫回火后，因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，造成模具的長(zhǎng)、寬、高皆發(fā)生縮小現(xiàn)象，這是因?yàn)槟＞叽慊鸷髿埩魥W氏體量過多而引起的。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。所以應(yīng)當(dāng)適當(dāng)在保證模具技術(shù)要求的情況下，要考慮模具的綜合性能，適當(dāng)降低模具的淬火加熱溫度。而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(shí)發(fā)生尺寸變化的最佳措施，因此復(fù)雜模具一般應(yīng)采用深冷處理。

3.5 淬火、回火處理工藝的影響

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(duì)于要嚴(yán)格控制變形量的復(fù)雜模具應(yīng)根據(jù)技術(shù)要求選擇合理的回火工藝，回火溫度不宜過高或過低。為減小回火變形，應(yīng)當(dāng)注意：零件從淬火劑中取出后，應(yīng)及時(shí)放入回火爐進(jìn)行回火處理。對(duì)于淬透性較高的大型模具零件，在冷卻至油溫或稍高于油溫時(shí)取出，放入爐中回火。對(duì)于零件易發(fā)生變形的部位，應(yīng)采取必要的保護(hù)措施。

3.6 冷卻劑的影響

當(dāng)模具冷卻到Ms點(diǎn)以下時(shí)，鋼即發(fā)生相變，除因冷卻不一致所早成的熱應(yīng)力外，還有因相變的不等時(shí)性而產(chǎn)生的組織應(yīng)力，冷卻速度越快，冷卻越不均勻，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，模具的變形也越大。所以淬火冷卻劑的合理選擇，有利于減小零件淬火變形。對(duì)于合金鋼而言，減小淬火變形的最佳方法是使用硝酸鉀和亞硝酸鈉熱浴的等溫淬火或分級(jí)淬火，這種方法尤其適宜處理形狀復(fù)雜、尺寸要求精確的沖裁模。

3.7 冷卻方法的影響

冷卻方式的正確與否，也會(huì)影響零件的淬火變形。所以在保證模具硬度要求的前提下，對(duì)于一些形體較大的模具零件，當(dāng)零件從加熱爐中取出放入冷卻劑之前，應(yīng)放置在空氣中適當(dāng)預(yù)冷，隨后放入冷卻劑中淬火，對(duì)于碳素鋼和低合金模具鋼可預(yù)冷至棱角部位發(fā)黑（720℃～760℃）。對(duì)于在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)過冷奧氏體較穩(wěn)定的鋼種可預(yù)冷至700℃左右。冷卻較慢的部位應(yīng)先入淬火劑，力求使冷卻速率均衡。零件放入淬火劑后，應(yīng)不斷改變旋轉(zhuǎn)方向，可減少變形。

4結(jié)語

模具的變形原因是復(fù)雜的，要掌握變形規(guī)律，分析變形原因，采用不同的方法進(jìn)行預(yù)防模具的變形。

參考文獻(xiàn)：

[1]于影霞，何柏林，李力.國(guó)內(nèi)外模具材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].熱加工工藝，2017.

（作者單位：精誠(chéng)工科汽車系統(tǒng)有限公司）