如何減少和控制精密復雜模具變形

一.模具材料的影響

1.模具的選材

某模具企業從選材和熱處理簡便考慮，選擇T10A鋼制造截面尺寸相差懸殊、要求淬火后變形較小的較復雜模具，硬度要求56-60HRC。熱處理后模具硬度符合技術要求，但模具變形較大，無法使用，造成模具報廢。后來該企業采用微變形鋼Cr12鋼制造，模具熱處理后硬度和變形量都符合要求。預防措施：制造精密復雜、要求變形較小的模具，要盡量選用微變形鋼，如空淬鋼等。

2.模具材質的影響

某廠送來一批Cr12MoV鋼，制造較復雜模具，模具都帶有Φ60mm圓孔，模具熱處理后，部分模具圓孔出現橢圓，造成模具報廢。一般來說，Cr12MoV鋼是微變形鋼，不應該出現較大變形。我們對變形嚴重的模具進行金相分析發現，模具鋼中含有大量的共晶碳化物，且呈帶狀和塊狀分布。

(1)模具橢圓(變形)產生的原因

這是因為模具鋼中呈一定方向分布的不均勻碳化物的存在，碳化物的膨脹系數比鋼的基體組織小30%左右，加熱時它阻止模具內孔膨脹，冷卻時又阻止模具內孔收縮，使模具內孔發生不均勻的變形，從而使模具的圓孔出現橢圓。

(2)預防措施

① 在制造精密復雜模具時，要盡量選擇碳化物偏析較小的模具鋼，不要圖便宜，選用小鋼廠生產的材質較差的鋼材。

② 對存在碳化物嚴重偏析的模具鋼，要進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，消除性能的各向異性。

③ 對鍛造后的模具鋼要進行調質熱處理，使之獲得碳化物分布均勻、細小和彌散的索氏體組織、從而減少精密復雜模具熱處理后的變形。

④ 對于尺寸較大或無法鍛造的模具，可采用固溶雙細化處理，使碳化物細化、分布均勻，棱角圓整化，可達到減少模具熱處理變形的目的。

二.模具結構設計的影響

有些模具選材和鋼的材質都很好，往往因為模具結構設計不合理，如薄邊、尖角、溝槽、突變的臺階、厚薄懸殊等，造成模具熱處理后變形較大。

1.變形的原因

由于模具各處厚薄不均或存在尖銳圓角，因此在淬火時引起模具各部位之間的熱應力和組織應力的不同，從而導致各部位體積膨脹的不同，使模具淬火后產生變形。

2.預防措施

設計模具時，在滿足實際生產需要的情況下，應盡量減少模具厚薄懸殊、結構不對稱，在模具的厚薄交界處，盡可能采用平滑過渡等結構設計。根據模具的變形規律預留加工余量，在淬火后不致于因為模具變形而使模具報廢。對形狀特別復雜的模具，為使淬火時冷卻均勻，可采用組合結構。

三.模具制造工序及殘余應力的影響

在工廠經常發現，一些形狀復雜、精度要求高的模具，在熱處理后變形較大，經認真調查后發現，模具在機械加工和最后熱處理階段未進行任何預先熱處理。

1.變形原因

機械加工過程中的殘余應力和淬火后的應力疊加，增大了模具熱處理后的變形。

2.預防措施

(1)粗加工后、半精加工前應進行一次去應力退火，即(630-680)℃×(3-4)h爐冷至500℃以下出爐空冷，也可采用400℃×(2-3)h去應力處理。

(2)降低淬火溫度，減少淬火后的殘余應力。

(3)采用淬油170oC出油空冷(分級淬火)。

(4)采用等溫淬火工藝可減少淬火殘余應力。

采用以上措施可使模具淬火后殘余應力減少，模具變形較小。

四.熱處理加熱工藝的影響

加熱速度的影響

模具熱處理后的變形一般都認為是冷卻造成的，這是不正確的。模具特別是復雜模具，加工工藝的正確與否對模具的變形往往產生較大的影響，對一些模具加熱工藝的對比可明顯看出，加熱速度較快，往往產生較大的變形。

(1)變形原因

任何金屬加熱時都要膨脹，由于鋼在加熱時，同一個模具內，各部分的溫度不均(即加熱的不均勻)就必然會造成模具內各部分的膨脹的不一致性，從而形成因加熱不均的內應力。在鋼的相變點以下溫度，不均勻的加熱主要產生熱應力，超過相變溫度加熱不均勻，還會產生組織轉變的不等時性，既產生組織應力。因此加熱速度越快，模具表面與中心部的溫度差別越大，應力也越大，模具熱處理后產生的變形也越大。

(2)預防措施

對復雜模具在相變點以下加熱時應緩慢加熱。一般來說，模具真空熱處理變形要比鹽浴爐加熱淬火小得多。采用預熱，對于低合金鋼模具可采用一次預熱(550-620oC);對于高合金鋼模具應采用二次預熱(550-620oC和800-850oC)。