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如何预防控制工模具的热处理变形和开裂

工模具的热处理是比较复杂的,要获得理想的热处理技术指标,应从以下几个方面进行思考和探讨,这对于获得要求的硬度、内部组织技术等技术要求,预防热处理后的变形和开裂有重要的指导作用。

(1)选材
应根据工模具的工作条件和要求来选择,由于缺乏对称性、截面尺寸变化大,材料的种类多,热处理工艺复杂特点,因此对材料的选择原则为:一般对小型简单的选用高碳钢等制作,对形状复杂,承受负荷较大的中、大型工模具应采用高合金钢、合金工具钢或高速工具钢制造。

(2)选择合理的热处理工艺方法
通常的预备热处理即退火和调质处理等,最终热处理为整体淬火+回火。另外,为了提高工模具的使用寿命、尤其是提高热作模具的表面硬度、耐磨性、抗氧化性、咬合性等,需要对部分工模具进行化学热处理。工模具的硬度较高,对复杂和大型的零件而言,其外形复杂、结构上不易进行校直,因此要将热处理的重点放在预防措施的制订和具体实施上。

①工模具钢的金相组织合格
在预备热处理中要点是要预防零件的变形和开裂,在日常质量检验中只对硬度的高低、切削加工的难易程度等考虑较多,而对内部组织的检验较少。而金相组织对预防零件的淬火变形和开裂有重要的影响。如果出现球化组织不良,表现形式为:显微组织以片状珠光体为主、粗片状珠光体以及块状碳化物、形成网状碳化物等,出现上述特征则在淬火加热时,形成奥氏体合金化不均匀,淬火后硬度不均和变形大等。因此要严格控制加热温度和保温时间,合理装炉,使炉内的温度均匀一致。另外如果原材料存在带状碳化物和原始网状碳化物,则多是某些钢材在轧制阶段即形成带状碳化物和网状碳化物,锻造比小,碳化物未被打碎,出现该类缺陷,仅采用球化退火是难以消除的,碳工钢和合工钢采用“淬火击网”工艺是可行的。

②零件的设计和机械加工应合理
热处理工艺性不好往往不同设计与工艺、冷热加工相脱节有关,因此在设计过程中要充分考虑到这类问题。a.合理选用材料是十分重要的,对于截面较大、形状复杂、变形要求严格要求的工模具选用合金工具钢,而采用碳工钢在水淬油冷容易产生变形或开裂。b.零件的结构设计应充分考虑到工艺性,既要满足设计和使用要求,又要满足工艺要求,因此应避免出现尖角或薄壁、表面应尽量做到对称和均匀分布、形状复杂可采用拼块结构以减少变形、大型工模具采用结合焊接结构等。c.增加工艺孔,其原则是在零件的某一平面上应厚度均匀,使淬火冷却速度尽量均衡。d.冷热工序要相互配合,对十分复杂的工模具的半精车后进行消除应力退火,对精度较高的孔以及其他磨削部位,应留有合适的加工余量,在机械加工过程中,要防止过量的切削或磨削,以防应力的产生。

(3)进行正确的热处理操作
①认真作好淬火前的准备工作,注意采取一些保护措施:a.对于无硬度要求的孔用石棉或耐火土堵塞;b.对厚薄不均、强度又太小的部位,用垫块或铁皮捆绑在上面;c.对于长轴零件应捆绑吊挂,并考虑在高温下自重变形以及淬火方式,其原则是以不淬火的最大平面为最好。

②进行正确的加热是十分重要的:a.盐浴中要严格进行脱氧和捞渣;b.淬火加热温度不能过高或保温时间过长,以免出现过热或淬火裂纹的产生;c.对只要求表面有高硬度、心部一般硬度的才能进行快速加热;d.一般情况下采用规定温度的下限进行加热。

③合理选择冷却介质,规范进行冷却的操作。一般工模具钢的淬火冷却介质方法见表1,在实际的热处理过程中,应严格控制冷却的温度和时间,这对确保工模具的力学性能和防止其变形和开裂有重要的作用。
④合理确定淬火方式和在冷却剂中的移动或运动方向。应根据具体的零件的形状、结构以及技术要求等合理选择,如有可能应选择局部加热或局部冷却的方法,避免工模具产生淬火变形或开裂。

⑤要充分考虑到几个重要的注意事项,否则有可能造成工模具的热处理缺陷的产生。油冷的零件不宜冷却到室温,对淬火后的工模具立即进行充分的回火,同时避开回火脆性区,零件的清洗在冷却到室温后进行,对需要重新充分加热淬火或翻新工模具前,必须进行退火或正火处理。