浅谈精密模具的热处理变形及预防技术

摘要：随着我国科学技术的飞速发展，模具热处理变形成为了模具处理过程的主要问题之一。在对一些精密复杂模具进行使用时，经常会产生热处理造成模具的变形，造成了资源的浪费。所以热处理问题一直是研究精密模具需要考虑的主要问题。本文通过对精密模具材料的详细介绍，提出了预防精密模具热处理的技术，旨在为我国精密仪器发展提供参考。

关键词：精密模具 热处理 预防技术

模具在进行热处理时，尤其是在淬火过程中，模具截面各个部分在加热和冷却的速度不一致就会出现温度差，再加上截面的组织也不同时转变等因素，这就使得截面的各个部分体积产生了一定程度的膨胀和压缩，导致了截面组织的不均匀，这就会使得组织模具的内部和外部产生了一定的温差，从而导致了模具的变形。所以，减少和控制精密模具的热处理变形是我国科研研究者需要重点研究的课题。

下面本文就从精密复杂模具变形状况、变形原因来研究，来提出针对其变形的措施，提高精密模具的使用年限和质量。

一、模具材料的影响

（一）模具的选材

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。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。

从精密模具的选材上看，对模具进进行热处理要做到简单方便。我们可以选择使用尺寸和硬度都符合要求的微变形钢，这样对模具的热处理后，可以降低精密模具的变形程度。选择尺寸相差的钢材料，在进行热处理后，模具的硬度虽能到达技术的要求，但是变形较大，已经不能在投入使用，造成了资源的浪费。所以针对模具的复杂性来看，选择变形小的模具，才能实现其本身的功能，可以采用微变形钢，比如空淬钢等。

（二）模具材质的影响

一般来说Cr12MoV钢是微变形钢，不应该出现较大变形。对变形严重的模具进行分析发现，模具钢中含有大量共晶碳化物，且呈带状和块状分布。

1.模具椭圆（变形）产生的原因

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，使模具的圆孔出现椭圆。

2.预防措施

在对精密模具进行复杂的制作时，要尽可能的选择那些碳化物偏小的磨具钢，不能片面的考虑制作的成本，还要考虑模具的质量，要选择正规厂商的优质的钢材料。在制作过程中，对碳化物比较严重的模具钢要进行科学合理的制造，以此来去除碎碳化物晶块，减少碳化物的分布不均的问题，减少其制造过程中材料的差异性；对锻造后的模具要进行适当的热处理，使其取得碳化物的细小组织，从而达到降低模具钢热处理变形的不低。对于尺寸较大或者无法对其进行锻造的模具，要适时地采用固溶双细化的处理，使得碳化物内部组织细化，分布均匀，模具的棱角光滑，这样最终可以达到减少热处理变形的目的。

二、模具结构设计的影响

（一）变形的原因

因为模具的各处厚薄不均匀或者存在一些尖锐的角度，所以在对这些模具进行热处理时导致了模具各个部位之间的受热成都和内部组织的不同，出现了各个界面的体积发生了不同成都的膨胀，产生了热处理后模具的变形。

（二）预防措施

在设计模具时，不仅要考虑实际的生产需要，还要考虑到模具各部分的薄厚的差异造成的组织结构的不对称，在模具的厚薄交界处，需要采用平滑的过渡结构设计，依据模具的一定组织变化规律，给模具预留一点变形的空间，在对其进行热处理之后不至于产生模具的变形过渡导致了对资源的浪费。

三、模具制造工序及残余应力的影响

（一）变形原因

在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。

（二）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170℃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。

四、热处理加热工艺的影响

（一）变形的原因

众所周知，不管是什么材质的金属在对其进行加热时，都会产生一定程度的膨胀。在热处理的过程中，把钢材料放在一个模具里面，导致了各个材料的受热并不均匀，这就会产生材料的各个部分的膨胀存在差异性，从而形成了材料组织内部结构的变化，造成了变形。在钢材料的相变点以下的温度，不均匀的加热就会产生一定的热感应能力，在超过热感应能力时就会产生材料内部组织的不等性的转变。所以加热的速度越快，模具的表面温度与内部组织的温度差异就会越大，导致模具的变形也就会越大。

（二）预防措施

采用预热，对于低合金钢模具可采用一次预热（550-620℃）；对于高合金刚模具应采用二次预热（550-620℃和800-850℃）。

（三）加热温度的影响

1.变形原因

淬火加热温度越高，钢的晶粒越趋长大，由于较大晶粒能使淬透性增加，则使淬火冷却时产生的应力越大。再之，由于复杂模具大多由中高合金钢制造，如果淬火温度高，则因Ms点低，组织中残留奥氏体量增多，加大模具热处理后变形。

2.预防措施

在保证模具的技术条件的情况下合理选择加热温度，尽量选用下限淬火加热温度，以减少冷却时的应力，从而减少复杂的热处理变形。

五、残留奥氏体的影响

（一）变形原因

因合金钢（如Cr12MoV钢）淬火后含有大量残留奥氏体，钢中各种组织有不同的比体积，奥氏体的比体积最小，这是高合金钢模具淬火低温回火后体积发生缩小的主要原因。

（二）预防措施

1.适当降低淬火温度。淬火加热温度越高，残留奥氏体量越大，因此选择适当的淬火加热温度是减少模具缩小的重要措施。一般在保证模具技术要求的情况下，要考虑模具的综合性能，适当降低模具的淬火加热温度。

2.模具淬火后采取冷处理是减少残留奥氏体量的最佳工艺，也是减少模具变形、稳定使用时发生尺寸变化的最佳措施，因此精密复杂模具一般应采用深冷处理。

六、冷却介质和冷却方法的影响

（一）变形产生的原因

当模具冷却到Ms点以下时，钢即发生相变，除因冷却不一致所早成的热应力外，还有因相变的不等时性而产生的组织应力，冷却速度越快，冷却越不均匀，产生的应力越大，模具的变形也越大。

（二）预防措施

1.在保证模具硬度要求的前提下，尽量采用预冷，对于碳素钢和低合金模具钢可预冷至棱角部位发黑（720～760℃）。对于在珠光体转变区过冷奥氏体较稳定的钢种可预冷至700℃左右。

2.采用分级冷却淬火能显著减少模具淬火时产生的热应力和组织应力，是减少一些复杂模具变形的有效方法。

七、结语

综上所述，本文通过对精密复杂模具的热处理变形的介绍，提出了降低其变形的各种有效的方式。在对模具进行热处理时要选择合适的钢材、选择合适的温度、注意钢材的预先处理等等，这样才能降低精密模具热处理的变形情况，发挥其最好的功效。

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