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如何减少和控制精密复杂模具变形

提示:

就精密复杂模具变形状况、变形原因作研究,来探讨减少和控制精密复杂模具变形的措施,以提高模具产品的质量和使用寿命。

  就精密复杂模具变形状况、变形原因作研究,来探讨减少和控制精密复杂模具变形的措施,以提高模具产品的质量和使用寿命。

  一.模具材料的影响

  1.模具的选材

  某模具企业从选材和热处理简便考虑,选择T10A钢制造截面尺寸相差悬殊、要求淬火后变形较小的较复杂模具,硬度要求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。后来该企业采用微变形钢Cr12钢制造,模具热处理后硬度和变形量都符合要求。预防措施:制造精密复杂、要求变形较小的模具,要尽量选用微变形钢,如空淬钢等。

  2.模具材质的影响

  某厂送来一批Cr12MoV钢,制造较复杂模具,模具都带有Φ60mm圆孔,模具热处理后,部分模具圆孔出现椭圆,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。我们对变形严重的模具进行金相分析发现,模具钢中含有大量的共晶碳化物,且呈带状和块状分布。

  (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,从而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 对锻造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、从而减少精密复杂模具热处理后的变形。

  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,可达到减少模具热处理变形的目的。

  二.模具结构设计的影响

  有些模具选材和钢的材质都很好,往往因为模具结构设计不合理,如薄边、尖角、沟槽、突变的台阶、厚薄悬殊等,造成模具热处理后变形较大。

  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,从而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。对形状特别复杂的模具,为使淬火时冷却均匀,可采用组合结构。

  三.模具制造工序及残余应力的影响

  在工厂经常发现,一些形状复杂、精度要求高的模具,在热处理后变形较大,经认真调查后发现,模具在机械加工和最后热处理阶段未进行任何预先热处理。

  1.变形原因

  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170oC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。

  采用以上措施可使模具淬火后残余应力减少,模具变形较小。

  四.热处理加热工艺的影响

  加热速度的影响

  模具热处理后的变形一般都认为是冷却造成的,这是不正确的。模具特别是复杂模具,加工工艺的正确与否对模具的变形往往产生较大的影响,对一些模具加热工艺的对比可明显看出,加热速度较快,往往产生较大的变形。

  (1)变形原因

  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的不一致性,从而形成因加热不均的内应力。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,还会产生组织转变的不等时性,既产生组织应力。因此加热速度越快,模具表面与中心部的温度差别越大,应力也越大,模具热处理后产生的变形也越大。

  (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(550-620oC);对于高合金钢模具应采用二次预热(550-620oC和800-850oC)。


(责任编辑: 张传音 )

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