模具熱處理變形，如何改善沖壓模具熱處理變形和開裂？
影響沖壓模具熱處理變形與開裂的原因是多方面的，主要與原始組織、鋼材的化學(xué)成分、零件的結(jié)構(gòu)形狀及截面尺寸、熱處理工藝等因素有關(guān)。開裂往往是可以預(yù)防的，但是熱處理變形總是難以避免的。在實(shí)踐中，截面尺寸的差異、沖壓模具零件的結(jié)構(gòu)形狀、熱處理(加熱—保溫—冷卻)過程中因加熱與冷卻的速率不同，在熱應(yīng)力、組織應(yīng)力及相變體積變化的綜合作用下，引起零件體積膨脹或收縮，從而使尺寸與形狀發(fā)生偏差、變形，甚至造成開裂。
第一、預(yù)備熱處理；對(duì)于共析鋼的沖壓模具鍛件，應(yīng)先進(jìn)行正火處理，然后進(jìn)行球化退火，以消除鍛件內(nèi)網(wǎng)狀二次滲碳體，細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力，并為后續(xù)(或最終)熱處理作好組織準(zhǔn)備。沖壓凹模零件淬火前，應(yīng)先進(jìn)行低溫回火(穩(wěn)定化處理)。對(duì)一些形狀較為復(fù)雜、精度要求高的凹模，在粗加工后精加工前，應(yīng)先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以減少淬火變形，盡量避免開裂傾向，并為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。
第二、優(yōu)化淬火、回火處理工藝
1、回火處理的控制；模具零件從冷卻劑中取出后，不宜在空氣中停留較長(zhǎng)時(shí)間，應(yīng)及時(shí)放入回火爐中進(jìn)行回火處理。回火處理時(shí)，應(yīng)避免低溫回火脆性和高溫回火脆性。對(duì)于一些精度要求的模具零件，淬火后采用多次回火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，減小變形，避免開裂傾向。
2、淬火零件的防護(hù)；淬火、回火處理是影響沖壓模具零件熱處理變形或開裂的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于淬火重要的模具零件(如凸模、凹模)易發(fā)生變形或開裂的部位，應(yīng)采取有效的防護(hù)措施，力求使零件的形狀與截面對(duì)稱，內(nèi)應(yīng)力均衡。常用的防護(hù)方法如下：a.捆包法;b.填充法;c.堵塞法。
3、加熱溫度的確定；淬火加熱溫度過高，使得奧氏體晶粒粗大，且會(huì)造成氧化、脫碳現(xiàn)象，零件變形與開裂的傾向增大。在規(guī)定的加熱溫度范圍內(nèi)，淬火加熱溫度偏低則會(huì)造成零件內(nèi)孔收縮，孔徑尺寸變小。故應(yīng)選用加熱溫度規(guī)范的上限植;而對(duì)于合金鋼，加熱溫度偏高，則會(huì)引起內(nèi)孔膨脹，孔徑尺寸變大，因此應(yīng)選用加熱溫度的下限值為宜。
4、加熱方式的改進(jìn)；對(duì)于一些小型的沖壓凸凹模或細(xì)長(zhǎng)的圓柱形零件(如小沖頭)，可事先預(yù)熱至520--580℃，然后放入中溫鹽浴爐內(nèi)加熱至淬火溫度，比直接使用電爐或反射爐加熱淬火零件變形明顯減小，且能控制開裂傾向。尤其是高合金鋼模具零件，正確的加熱方式為：先預(yù)熱(溫度為530--560℃)，然后升至淬火溫度。加熱過程中應(yīng)盡量縮短高溫段時(shí)間，以減少淬火變形及避免小裂紋的生產(chǎn)。
5、冷卻劑的選擇；對(duì)于合金鋼而言，減小淬火變形的最佳方法是使用硝酸鉀和亞硝酸鈉熱浴的等溫淬火或分級(jí)淬火，這種方法尤其適宜處理形狀復(fù)雜、尺寸要求精確的沖壓模。有些多孔模具零件(如多孔凹模)，等溫淬火時(shí)間不宜過長(zhǎng)，否則會(huì)引起孔徑或孔距變大。若利用油中冷卻收縮，以及硝酸鹽中冷卻膨脹的特征，合理應(yīng)用雙介質(zhì)淬火，可減小零件變形。
6、線切割前的淬火處理；對(duì)于一些線切割加工的沖壓模零件，線切割加工之前應(yīng)采用分級(jí)淬火和多次回火(或高溫回火)熱處理工藝，以提高零件的淬透性，并使其內(nèi)應(yīng)力分布趨于均勻，且處于較小內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)。內(nèi)應(yīng)力越小，線切割后的變形和開裂的傾向性就越小。
7、冷卻劑的選擇；對(duì)于合金鋼而言，減小淬火變形的最佳方法是使用硝酸鉀和亞硝酸鈉熱浴的等溫淬火或分級(jí)淬火，這種方法尤其適宜處理形狀復(fù)雜、尺寸要求精確的沖壓模。有些多孔模具零件(如多孔凹模)，等溫淬火時(shí)間不宜過長(zhǎng)，否則會(huì)引起孔徑或孔距變大。若利用油中冷卻收縮，以及硝酸鹽中冷卻膨脹的特征，合理應(yīng)用雙介質(zhì)淬火，可減小零件變形。
8、冷卻方式的優(yōu)化；當(dāng)零件從加熱爐中取出放入冷卻劑之前，應(yīng)放置在空氣中適當(dāng)預(yù)冷，隨后放入冷卻劑中淬火，這是減小零件淬火變形及防止零件開裂傾向的有效方法之一。模具零件放入冷卻劑后，應(yīng)適當(dāng)旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)方向有所改變，這樣有利于零件部位保持均勻的冷卻速率，可明顯減小變形及防止開裂傾向。
影響沖壓模具熱處理變形與開裂的原因是多方面的，主要與原始組織、鋼材的化學(xué)成分、零件的結(jié)構(gòu)形狀及截面尺寸、熱處理工藝等因素有關(guān)。開裂往往是可以預(yù)防的，但是熱處理變形總是難以避免的。在實(shí)踐中，截面尺寸的差異、沖壓模具零件的結(jié)構(gòu)形狀、熱處理(加熱—保溫—冷卻)過程中因加熱與冷卻的速率不同，在熱應(yīng)力、組織應(yīng)力及相變體積變化的綜合作用下，引起零件體積膨脹或收縮，從而使尺寸與形狀發(fā)生偏差、變形，甚至造成開裂。
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第二、優(yōu)化淬火、回火處理工藝
1、回火處理的控制；模具零件從冷卻劑中取出后，不宜在空氣中停留較長(zhǎng)時(shí)間，應(yīng)及時(shí)放入回火爐中進(jìn)行回火處理。回火處理時(shí)，應(yīng)避免低溫回火脆性和高溫回火脆性。對(duì)于一些精度要求的模具零件，淬火后采用多次回火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，減小變形，避免開裂傾向。
2、淬火零件的防護(hù)；淬火、回火處理是影響沖壓模具零件熱處理變形或開裂的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于淬火重要的模具零件(如凸模、凹模)易發(fā)生變形或開裂的部位，應(yīng)采取有效的防護(hù)措施，力求使零件的形狀與截面對(duì)稱，內(nèi)應(yīng)力均衡。常用的防護(hù)方法如下：a.捆包法;b.填充法;c.堵塞法。
3、加熱溫度的確定；淬火加熱溫度過高，使得奧氏體晶粒粗大，且會(huì)造成氧化、脫碳現(xiàn)象，零件變形與開裂的傾向增大。在規(guī)定的加熱溫度范圍內(nèi)，淬火加熱溫度偏低則會(huì)造成零件內(nèi)孔收縮，孔徑尺寸變小。故應(yīng)選用加熱溫度規(guī)范的上限植;而對(duì)于合金鋼，加熱溫度偏高，則會(huì)引起內(nèi)孔膨脹，孔徑尺寸變大，因此應(yīng)選用加熱溫度的下限值為宜。
4、加熱方式的改進(jìn)；對(duì)于一些小型的沖壓凸凹模或細(xì)長(zhǎng)的圓柱形零件(如小沖頭)，可事先預(yù)熱至520--580℃，然后放入中溫鹽浴爐內(nèi)加熱至淬火溫度，比直接使用電爐或反射爐加熱淬火零件變形明顯減小，且能控制開裂傾向。尤其是高合金鋼模具零件，正確的加熱方式為：先預(yù)熱(溫度為530--560℃)，然后升至淬火溫度。加熱過程中應(yīng)盡量縮短高溫段時(shí)間，以減少淬火變形及避免小裂紋的生產(chǎn)。
5、冷卻劑的選擇；對(duì)于合金鋼而言，減小淬火變形的最佳方法是使用硝酸鉀和亞硝酸鈉熱浴的等溫淬火或分級(jí)淬火，這種方法尤其適宜處理形狀復(fù)雜、尺寸要求精確的沖壓模。有些多孔模具零件(如多孔凹模)，等溫淬火時(shí)間不宜過長(zhǎng)，否則會(huì)引起孔徑或孔距變大。若利用油中冷卻收縮，以及硝酸鹽中冷卻膨脹的特征，合理應(yīng)用雙介質(zhì)淬火，可減小零件變形。
6、線切割前的淬火處理；對(duì)于一些線切割加工的沖壓模零件，線切割加工之前應(yīng)采用分級(jí)淬火和多次回火(或高溫回火)熱處理工藝，以提高零件的淬透性，并使其內(nèi)應(yīng)力分布趨于均勻，且處于較小內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)。內(nèi)應(yīng)力越小，線切割后的變形和開裂的傾向性就越小。
7、冷卻劑的選擇；對(duì)于合金鋼而言，減小淬火變形的最佳方法是使用硝酸鉀和亞硝酸鈉熱浴的等溫淬火或分級(jí)淬火，這種方法尤其適宜處理形狀復(fù)雜、尺寸要求精確的沖壓模。有些多孔模具零件(如多孔凹模)，等溫淬火時(shí)間不宜過長(zhǎng)，否則會(huì)引起孔徑或孔距變大。若利用油中冷卻收縮，以及硝酸鹽中冷卻膨脹的特征，合理應(yīng)用雙介質(zhì)淬火，可減小零件變形。
8、冷卻方式的優(yōu)化；當(dāng)零件從加熱爐中取出放入冷卻劑之前，應(yīng)放置在空氣中適當(dāng)預(yù)冷，隨后放入冷卻劑中淬火，這是減小零件淬火變形及防止零件開裂傾向的有效方法之一。模具零件放入冷卻劑后，應(yīng)適當(dāng)旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)方向有所改變，這樣有利于零件部位保持均勻的冷卻速率，可明顯減小變形及防止開裂傾向。
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