精密模具零件的热处理变形及预防措施

精密模具零件的热处理变形是模具热处理过程中的主要缺陷之一，因此控制精密复杂模具的变形一直是热处理生产中的关键问题。众所周知，在模具的热处理过程中，特别是淬火过程中，由于模具截面各部分的加热和冷却速度不同，以及结构转变时间不同等因素造成的温差，使模具各部分的体积膨胀和收缩不均匀，结构转变不均匀，从而造成模具内外温差引起的“结构应力”和热应力。当内应力超过模具的屈服极限时，模具就会变形。因此，减少和控制精密复杂模具的变形是热处理工作者的一个重要研究课题。本文对精密模具零件的变形、变形原因进行了研究，以减少和控制复杂精密模具的变形，提高模具产品的质量和使用寿命。

一、精密模具零件材料的影响因素及预防措施:

1．模具的选材：

（1）某机械厂从选材和热处理方法简便可以考虑，选择T10A钢制造截面进行尺寸相差悬殊、要求不同淬火后变形影响较小的较复杂模具，硬度达到要求56-60HRC。热处理后模具硬度符合企业技术发展要求，但模具结构变形产生较大，无法通过使用，造成我国模具报废。后来该厂主要采用微变形钢Cr12钢制造，模具热处理后硬度和变形量都符合设计要求。

（2）预防措施：对于精度复杂、变形小的模具，应尽量选用空气淬火等微变形钢。

2．模具材质的影响：

某厂送来一批比较复杂的 Cr12MoV 钢模具，模具有60毫米圆孔，模具热处理后，部分模具圆孔出现椭圆形，造成模具报废。一般来说，Cr12MoV 钢属于微变形钢，不应出现大变形。对严重变形模具的金相分析表明，模具钢中含有大量的共晶碳化物，呈带状和块状分布。

（1）模具椭圆度（变形）的原因这是因为模具钢中存在一定方向分布不均匀的碳化物。碳化物的膨胀系数比钢基体小30％左右。加热时防止模具内孔膨胀，冷却时防止模具内孔收缩，造成模具内孔不均匀变形，模具椭圆圆孔。

（2）预防措施：

①在制造企业精密技术复杂以及模具时，要尽量可以选择碳化物偏析较小的模具钢，不要图便宜，选用小钢厂进行生产的材质效果较差钢材。

② 对碳化物偏析严重的模具钢，应合理锻造，使碳化物晶粒破碎，碳化物分布不均的等级降低，性能各向异性消除。

3锻后模具钢应进行淬火回火，以获得均匀的碳化物分布，细小而分散的索氏体组织，从而减少精密复杂模具热处理后的变形。

④对于较大或不可锻造的模具，可采用固溶双重细化处理，使碳化物细化、分布均匀、边角圆滑，达到减少模具热处理变形的目的。

二、模具结构进行设计的影响社会因素及预防措施：

有些模具材料和钢材都很好，往往因为模具结构设计不合理，如边缘薄、尖角、凹槽、台阶陡、厚度不均等，导致热处理后模具变形较大。

1.变形原因: 由于模具厚度不均匀或模具角度尖锐，在淬火过程中模具各部分产生不同的热应力和结构应力，导致各部分体积膨胀不同，使模具在淬火后产生变形。

2.预防措施：在模具设计中，如满足实际生产需要，应尽量减少模具厚度不均和结构不对称，在模具厚度与厚度连接处，应尽量采用平顺过渡等结构设计。 根据模具的变形规律，预留加工余量，淬火后不会因模具变形而报废。

对形状进行特别对于复杂的模具，为使淬火时冷却系统均匀，可采用给合结构。

三、模具制造工艺及残余应力的影响因素及预防措施：

在工厂里经常发现一些形状复杂、精度高的模具在热处理后变形较大，经过仔细研究，发现模具在加工和最终热处理过程中没有进行过任何预热处理。

1、变形主要原因：在机械进行加工生产过程中的残余应力和淬火后的应力可以叠加，增大了模具材料热处理后的变形。

2、预防措施：

（1）粗加工后、半精加工前应进行分析一次去应力随着退火，即（630-680）℃×（3-4）h炉冷至500℃以下数据出炉空冷，也可采用400℃×（2-3）h去应力集中处理。

（2）降低淬火温度，降低淬火后的残余应力。

（3）采用170OC 淬火油空冷（阶段淬火）。

（4）采用等温淬火工艺可以降低淬火残余应力。

采用基于以上这些措施可使模具淬火后残余应力可以减少，模具变形较小。

四、热处理加热过程的影响因素及预防措施：

加热速度的影响: 一般认为热处理后的模具变形是由冷却引起的，这是不正确的。模具尤其是复杂的模具，正确或不正确的加工工艺往往对模具的变形有较大的影响，对一些模具加热过程的对比可以看得很清楚，加热速度较快，往往产生较大的变形。

（1）变形原因:任何金属受热都会膨胀。钢材加热时，同一模具内各部分温度的不均匀（即加热不均匀）必然会造成模具内各部分膨胀的不一致，从而形成因加热不均匀而产生的内应力。在低于钢的相变点的温度下，加热不均匀主要产生热应力，当温度超过相变点时，加热不均匀还会产生组织转变的各向异性，不仅产生组织应力。因此，加热速度越快，模具表面与型芯的温差越大，热处理后模具的应力越大，变形也越大。

（2）预防控制措施：对复杂以及模具在相变点以下进行加热时应缓慢通过加热，一般企业来说，模具设计真空热处理过程中变形能力要比盐浴炉加热淬火小得多。‚采用不同预热，对于低合金钢模具结构可采用学生一次活动预热（550-620ºC）；对于高合金刚模具应采用一个二次预热（550-620ºC和800-850ºC）