基于發(fā)明技法研發(fā)的模具鋼嵌套變形測(cè)試試樣

張忠信

沈陽創(chuàng)推科技有限公司 遼寧沈陽 110141

1 序言

雖然Cr12MoV冷作模具鋼的變形傾向不大，對(duì)于一般的模具件，變形不是突出的制造技術(shù)問題，但對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸相差懸殊的模具，特別是大型精密復(fù)雜模具，變形確實(shí)制約著模具制造技術(shù)的進(jìn)步，用實(shí)際模具件進(jìn)行減小變形的試驗(yàn)，不僅成本高，而且見效慢，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法就是用試樣進(jìn)行試驗(yàn)、用模具件進(jìn)行驗(yàn)證。為此，我們應(yīng)用發(fā)明技法[1]研發(fā)了用于模具鋼變形量[2]測(cè)試試樣。

2 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

為了研發(fā)適用于模具鋼的變形量測(cè)試試樣，我們以Cr12MoV冷作模具鋼為試驗(yàn)材料，采用尺寸為φ90mm×100mm的棒材試料加工制作變形試樣，試驗(yàn)材料的化學(xué)成分完全符合GB/T 1299—2014《工模具鋼》要求，見表1。

表1 Cr12MoV冷作模具鋼試驗(yàn)材料的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

由于滲碳淬火的變形量很大，而Cr12MoV冷作模具鋼是微變形鋼，相對(duì)滲碳淬火來講變形量很小，所以直接應(yīng)用滲碳淬火的變形試樣測(cè)試Cr12MoV冷作模具鋼變形量是行不通的，那么就要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)適用于Cr12MoV冷作模具鋼變形量的測(cè)試試樣。基本思路是以圖1所示的滲碳淬火的變形試樣為基礎(chǔ)，通過改變?cè)嚇拥慕Y(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，采用線切割加工變形試樣，進(jìn)行真空熱處理工藝過程的變形量測(cè)試試驗(yàn)，開發(fā)能用于模具鋼的變形試樣。

圖1 滲碳變形試樣

3 創(chuàng)新試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

3.1 常規(guī)創(chuàng)新試驗(yàn)

直接將滲碳淬火變形試樣用于模具的變形試驗(yàn)，變形量很小，甚至可以說沒有變化，不能用于模具的真空熱處理工藝的變形量測(cè)試試驗(yàn)，只有對(duì)試樣的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)試樣結(jié)構(gòu)改進(jìn)的目的就是增大試樣的變形量，增大試樣的尺寸可以增大變形量，我們以試樣直徑按比例增加、厚度加倍增加的思路，設(shè)計(jì)了外圓尺寸φ76mm、厚度增大到30mm的試樣（其他尺寸按比例增大），進(jìn)行真空淬火、回火工藝過程變形量的測(cè)試試驗(yàn)，具體測(cè)量數(shù)據(jù)列于表2。同滲碳淬火試樣相比，雖然變形量略有增大，但變形量的數(shù)值太小，沒有脫離測(cè)量誤差范圍，還無法用于模具真空熱處理工藝的變形量測(cè)試試驗(yàn)。

表2 增大試樣尺寸的變形試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù) （mm）

常規(guī)改進(jìn)的第二種試驗(yàn)是減小開口環(huán)形試樣的壁厚，設(shè)計(jì)思路是繼續(xù)增大試樣尺寸的同時(shí)，改變兩圓直徑的比例關(guān)系，即增大內(nèi)圓的相對(duì)尺寸、同時(shí)減小兩圓的偏心距，達(dá)到減小兩圓之間最大壁厚尺寸的目的。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖2所示的模具真空熱處理變形量測(cè)試試樣，用其進(jìn)行真空淬火、回火的變形量測(cè)試試驗(yàn)，結(jié)果變形量大幅增加，即靈敏度很高，用于模具真空熱處理變形量測(cè)試試驗(yàn)沒有問題，但數(shù)據(jù)波動(dòng)大，直接應(yīng)用還是不可行。

圖2 減小壁厚變形試樣

3.2 應(yīng)用創(chuàng)新技法試驗(yàn)

常規(guī)創(chuàng)新試驗(yàn)的效果雖然不是很理想，但也積累了一些模具鋼變形規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)，在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開始嘗試應(yīng)用TRIZ理論中的發(fā)明技法設(shè)計(jì)變形試樣。首先應(yīng)用TRIZ理論的發(fā)明原理5，在空間上將相同的物體組合，采用3個(gè)變形試樣組合進(jìn)行試驗(yàn)，那么3個(gè)試樣以什么樣的結(jié)構(gòu)關(guān)系組合呢？

經(jīng)過分析，我們又應(yīng)用了TRIZ理論的發(fā)明原理7，把一個(gè)物體嵌入另一物體，然后將這兩個(gè)物體嵌入第三個(gè)物體，依此類推，形成了“俄羅斯套娃”的結(jié)構(gòu)關(guān)系。設(shè)計(jì)了如圖3所示的模具鋼變形測(cè)試試驗(yàn)的嵌套試樣，并用其進(jìn)行模具真空淬火、回火工藝過程的變形測(cè)試試驗(yàn)，測(cè)量的變形量數(shù)據(jù)見表3。

圖3 應(yīng)用發(fā)明技法的試樣

分析表3的變形數(shù)據(jù)，變形量數(shù)值脫離了試驗(yàn)測(cè)量誤差的范圍，可以用于模具鋼的熱處理變形測(cè)試試驗(yàn)；變形規(guī)律明顯，試樣尺寸越大的變形量也越大，特別是外圈試樣的變形量比內(nèi)圈的變形量大得更多，這是因?yàn)樗粌H尺寸大，而且開口環(huán)的壁厚尺寸是最小的。

表3 應(yīng)用創(chuàng)新技法的試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù) （mm）

真空熱處理變形測(cè)試試驗(yàn)總變形量的確定，采用3個(gè)試樣平均變形量的加權(quán)平均方法計(jì)算，按外圈試樣平均變形量的20%、中圈試樣平均變形量的30%、內(nèi)圈試樣平均變形量的50%加權(quán)平均確定，本次試驗(yàn)的總變形量為0.047+0.035+0.024=0.106mm，采用加權(quán)平均計(jì)算確定總變形值的方法，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加符合模具的實(shí)際變形。

4 結(jié)束語

基于發(fā)明技法研發(fā)的模具鋼嵌套變形測(cè)試試樣組，變形量數(shù)值脫離了試驗(yàn)測(cè)量誤差的范圍，變形數(shù)據(jù)離散度低、穩(wěn)定性好，采用加權(quán)平均計(jì)算確定總變形值的方法，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加符合模具的實(shí)際變形，試驗(yàn)結(jié)論是可以應(yīng)用于模具鋼真空熱處理的變形測(cè)試試驗(yàn)。

采用嵌套變形試樣不僅可以進(jìn)行模具的真空熱處理變形測(cè)試試驗(yàn)，也可以用于熱處理前不同的前期制造工藝對(duì)熱處理變形影響的比較，還可以用于優(yōu)化熱處理工藝后減小變形效果的比較，甚至可以推廣應(yīng)用于結(jié)構(gòu)鋼的常規(guī)熱處理的變形量測(cè)試試驗(yàn)。