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如何改善冲压模具热处理变形和开裂?

一、预备热处理

对于共析钢的冲压模具锻件,应先进行正火处理,然后进行球化退火,以消除锻件内网状二次渗碳体,细化晶粒,消除内应力,并为后续(或最终)热处理作好组织准备。冲压凹模零件淬火前,应先进行低温回火(稳定化处理)。对一些形状较为复杂、精度要求高的凹模,在粗加工后精加工前,应先进行调质处理,以减少淬火变形,尽量避免开裂倾向,并为最终热处理作好组织准备。

二、优化淬火、回火处理工艺

1.回火处理的控制

模具零件从冷却剂中取出后,不宜在空气中停留较长时间,应及时放入回火炉中进行回火处理。回火处理时,应避免低温回火脆性和高温回火脆性。对于一些精度要求的模具零件,淬火后采用多次回火处理,以消除内应力,减小变形,避免开裂倾向。

2.淬火零件的防护

淬火、回火处理是影响冲压模具零件热处理变形或开裂的重要环节。对于淬火重要的模具零件(如凸模、凹模)易发生变形或开裂的部位,应采取有效的防护措施,力求使零件的形状与截面对称,内应力均衡。常用的防护方法如下:a.捆包法;b.填充法;c.堵塞法。

3.加热温度的确定

淬火加热温度过高,使得奥氏体晶粒粗大,且会造成氧化、脱碳现象,零件变形与开裂的倾向增大。在规定的加热温度范围内,淬火加热温度偏低则会造成零件内孔收缩,孔径尺寸变小。故应选用加热温度规范的上限植;而对于合金钢,加热温度偏高,则会引起内孔膨胀,孔径尺寸变大,因此应选用加热温度的下限值为宜。

4.加热方式的改进

对于一些小型的冲压凸凹模或细长的圆柱形零件(如小冲头),可事先预热至520--580℃,然后放入中温盐浴炉内加热至淬火温度,比直接使用电炉或反射炉加热淬火零件变形明显减小,且能控制开裂倾向。尤其是高合金钢模具零件,正确的加热方式为:先预热(温度为530--560℃),然后升至淬火温度。加热过程中应尽量缩短高温段时间,以减少淬火变形及避免小裂纹的生产。

5、冷却剂的选择

对于合金钢而言,减小淬火变形的最佳方法是使用硝酸钾和亚硝酸钠热浴的等温淬火或分级淬火,这种方法尤其适宜处理形状复杂、尺寸要求精确的冲压模。有些多孔模具零件(如多孔凹模),等温淬火时间不宜过长,否则会引起孔径或孔距变大。若利用油中冷却收缩,以及硝酸盐中冷却膨胀的特征,合理应用双介质淬火,可减小零件变形。

6.线切割前的淬火处理

对于一些线切割加工的冲压模零件,线切割加工之前应采用分级淬火和多次回火(或高温回火)热处理工艺,以提高零件的淬透性,并使其内应力分布趋于均匀,且处于较小内应力状态。内应力越小,线切割后的变形和开裂的倾向性就越小。

7.冷却剂的选择

对于合金钢而言,减小淬火变形的最佳方法是使用硝酸钾和亚硝酸钠热浴的等温淬火或分级淬火,这种方法尤其适宜处理形状复杂、尺寸要求精确的冲压模。有些多孔模具零件(如多孔凹模),等温淬火时间不宜过长,否则会引起孔径或孔距变大。若利用油中冷却收缩,以及硝酸盐中冷却膨胀的特征,合理应用双介质淬火,可减小零件变形。

8.冷却方式的优化

当零件从加热炉中取出放入冷却剂之前,应放置在空气中适当预冷,随后放入冷却剂中淬火,这是减小零件淬火变形及防止零件开裂倾向的有效方法之一。模具零件放入冷却剂后,应适当旋转,且旋转方向有所改变,这样有利于零件部位保持均匀的冷却速率,可明显减小变形及防止开裂倾向。

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