優(yōu)化熱處理工藝控制模具變形

王厚明

東臺(tái)市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)技改項(xiàng)目辦公室，江蘇 東臺(tái) 224200

金屬模具在熱處理過程中易產(chǎn)生變形，特別是對(duì)于加工精度要求較高的模具而言，熱處理工藝選擇不當(dāng)也易導(dǎo)致模具報(bào)廢。因此，優(yōu)化熱處理工藝控制模具的變形也是企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過程中經(jīng)常碰到的話題?，F(xiàn)以圖1模具的熱處理為例，對(duì)其熱處理工藝方法探討。

圖1 工作圖

該模具技術(shù)要求：6個(gè)Φ12mm孔尺寸及誤差和位置尺寸及誤差要求如圖1所示，平面度誤差小于0.02mm，模具材料為Cr12MoV，硬度為HRC58～62。由此可見，該模具加工精度要求較高，故其加工工藝不同于一般模具，尤其是鍛造、熱處理時(shí)要采取嚴(yán)格措施，防止模具變形?；谶@一要求，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、研討，制訂了模具的加工、熱處理工藝方案，并付于實(shí)施。

1 模具坯料鍛造工藝

Cr12MoV鋼的化學(xué)成份復(fù)雜，屬高碳高鉻冷作模具鋼，再結(jié)晶溫度高，若始鍛溫度偏低，則易產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象，所以該模具坯料的終鍛溫度要控制在固溶線（Acm）以下，共析線（A1）以上50～100℃，若終鍛溫度太高，停鍛后模具坯料組織內(nèi)將出現(xiàn)晶粒粗大的二次網(wǎng)狀滲碳體，大大降低模具綜合性能；終鍛溫度太低，則再結(jié)晶困難，加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，模具變形抗力大，塑性差。通過實(shí)踐多次證實(shí)，Cr12MoV鋼的實(shí)際可鍛溫度范圍比較狹窄（約250℃左右），經(jīng)過實(shí)踐對(duì)比及相關(guān)資料查閱研究，最終確定始鍛溫度為1100～1150℃，終鍛溫度為880～900℃。同時(shí)，要選擇合適的鍛造比，一般選擇3～4，以充分破碎網(wǎng)狀碳化物，細(xì)化內(nèi)部組織晶粒并使坯料內(nèi)部組織纖維流向垂直于模具大平面，以利于控制熱處理時(shí)模具的變形。

2 模具退火處理工藝

模具坯料鍛造后要采取球化退火，使模具坯料組織內(nèi)網(wǎng)狀滲碳體球狀化，以降低硬度和提高韌性，改善模具坯料的切削加工性能和機(jī)械性能，同時(shí)也為后面的淬火工序做準(zhǔn)備，減少模具淬火時(shí)產(chǎn)生變形和裂紋的傾向。采用球化退火工藝如圖2所示，球化退火后，模具坯料的組織為索氏體和顆粒狀碳化物，硬度為HB206～260。

圖2 球化退火工藝

3 模具調(diào)質(zhì)處理工藝

由于該模具材料內(nèi)部組織碳化物較多且化學(xué)成份復(fù)雜，為此在精加工前增加一道調(diào)質(zhì)處理工序，調(diào)質(zhì)處理工藝如圖3所示。經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后，模具材料內(nèi)部組織變?yōu)榧?xì)致而均勻的顆粒狀索氏體和滲碳體的混合物，可使模具獲得較好的強(qiáng)度、塑性和韌性，同時(shí)減少模具淬火的變形，增加模具穩(wěn)定性。

圖3 調(diào)質(zhì)工藝

4 模具淬火處理工藝

模具淬火加熱溫度對(duì)淬火質(zhì)量有很大影響，也是關(guān)鍵之所在。如果模具加熱溫度過高，將得到粗大的奧氏體組織，淬火后增加了淬火應(yīng)力，易引起模具變形，也會(huì)使模具硬度下降，綜合性能變壞。因此，正確優(yōu)選淬火加熱溫度，可使淬火后獲得均勻細(xì)小的馬氏體和小顆粒的滲碳體組織，進(jìn)而減小模具變形量甚至無變形。經(jīng)多次試驗(yàn)并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，淬火溫度為1000℃時(shí)，其變形量為△D=10μm，△L=60μm；1050℃淬火時(shí)，△D=－10μm，△L=30μm，故淬火加熱溫度應(yīng)控制在1010±10℃，同時(shí)，為防止加熱引起模具變形，采用分段加熱，淬火工藝如圖4所示。加熱后，如采用直接油淬，依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)可能出現(xiàn)變形較大及孔徑、孔距、翹曲度可能達(dá)不到要求現(xiàn)象。經(jīng)多次工藝試驗(yàn)，最終采用如下工藝：加熱保溫結(jié)束后，先在820℃的溫度中預(yù)冷2分鐘，然后將模具放置到已預(yù)熱至350～400℃的兩塊特制鋼板保溫層之間，在壓力機(jī)上壓緊后進(jìn)入400℃硝鹽爐中等溫3小時(shí)，最后空冷至室溫。經(jīng)上述工藝處理后，不但保證了模具孔徑及孔距尺寸公差，橫拉桿和斜支撐，待混凝土澆筑完成后割除。溶洞段不灌漿，頂部預(yù)埋Φ50鋼管作排水孔作用，如而且平面度誤差也達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求。

圖4 淬火工藝

5 模具回火處理工藝

模具淬火后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回火處理，以消除模具的殘余應(yīng)力及獲得穩(wěn)定的組織和性能，保持模具在使用過程中不再發(fā)生形狀和尺寸的改變?；鼗饻囟纫鶕?jù)淬火后模具組織內(nèi)殘余奧氏體的量來決定，并以此控制和調(diào)整模具熱處理后的尺寸。如孔徑增大，可采用340～430℃的加壓回火；如孔徑縮小，可采用420～520℃回火，以增大尺寸。應(yīng)該注意的是：模具必須經(jīng)兩次回火，依據(jù)模具每次回火后的實(shí)際尺寸變化，確定下一次的回火溫度，以便將模具的變形量控制在所要求的公差尺寸范圍內(nèi)。

通過優(yōu)化熱處理工藝，模具的孔距、孔徑、平面度及硬度均達(dá)到技術(shù)要求，尤其值得提出的是模具壽命明顯提高，在初期使用中未發(fā)現(xiàn)變形與開裂現(xiàn)象，這是采用一般熱處理工藝的模具所無法比擬的，充分證明優(yōu)化熱處理工藝取得的效果。