模具热处理变形

2019/4/13
大台阶根部必须留大圆角，防止开裂
模具边缘小开口处
根部尖角
根部尖角开裂
边缘台阶必须留大的圆角
2019/4/13
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模具机加工方面的沟通（GM要求）
在模具设计及材料采购阶段，模具制造商必须与热处理商进行沟通，因为热处 理商希望以较快的冷速淬火冷却，从而得到更好的性能，为避免大的变形及开 裂：
•对于大开口的模具，为减小开口张大的变形； •建议采取预留一条筋，热处理完成再去除的方式； •或者利用螺纹孔拧上一道“加强筋”。
•对于厚薄差异大的模具，除了过渡大的圆角，防止开裂外； •还应适当加大变形余量，因为厚薄温差大，转变不同时，变形也大；
尺寸：475*262*446.2 重：330.6kg •最终变形1.7mm； •此类大镶块，尺寸厚，且是实心； •变形趋势是变成球状，各面都“鼓包”； •厚度越厚，变形越大。
实际生产中，追求性能，淬火压力远远不止2bar； 变形是热应力、组织应力共同作用的结果，模具尺寸越大，厚度越厚变形越明显； 变形的积累跟：模具形状结构、机加工、淬火方式、淬火压力、回火温度、装炉位置等诸多因素有关。
ASSAB 机加工余量参考
Uddeholm 机加工余量建议表
即斜对角长度
•目前模具热处理变形量是按照UDDEHOLM《工具钢热处理》技术手册有关加工余量预留推荐来检验控制的； 但是不同模具形状不同，变形趋势也不同，实际操作中也可能有很大的出入，只有多次处理类似形状的模具，才能积累经验数据。
1、模具制造商有责任采用减少淬火裂纹发生概率的方式进行粗加工： A、截面变化处（即台阶）应留圆角过渡； B、不允许有尖锐的边缘和拐角；
C、厚薄之间的筋应采用大圆角过渡，且有足够的强度；
D、刀具无法去除的厚薄之间无用的薄筋，采用圆形电极打掉； E、留足够的余量，以便矫正热处理变形。
模具机加工方面的沟通（GM要求）
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之前宁波君灵模具的一块与共立这块， 形状一样，在上海一胜百做热处理， 开裂，裂纹扩展到型腔位置，只能 焊接补救。
裂纹贯穿了 “筋”且向 右扩展至模具 型腔
而共立这件，由于事先倒了圆弧， 从圆弧低端开裂（裂纹不深），且没有扩展至型腔。
所以这种类型模具一定要将类似没用的筋加工至底段，并留足够的圆角，防止开裂， 不可存侥幸心理。
•下面将一些典型的易产生热处理变形的实例，归纳一下：
模具尺寸约：760*300*170
•此类模具厚度较厚（接近200），容易产生背面“鼓包”的变形，长度较长，容易产生翘曲变形； •一般是正面凹，背面凸，类似模具处理过10多件，变形好些的在0.6-1.0，较大的在2.0。
3
尺寸：670*640*345.1 重：573.8kg 最终变形：1.7mm 模具开口张开明显；背面“鼓包”。
此筋未打到底， 且使用的方形电 极导致开裂
裂纹
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大连共立精机一件热处理完成后，探伤发现一处较浅裂纹:
1 2
1.模具整体照片； 2.探伤发现一道裂纹，位于“筋”的地方； 3.经打磨1-2mm后，再探伤未发现裂纹。 4.两凸台连接的“筋”，是因为加工时进刀 困难留下的，实际上是没用的，最好电加工 打下去，并留圆角。
模具滑块脚根部
根部尖角 危险
开裂处 根部留大圆角解 决此处开裂
补救方法
2019/
裂纹
型腔内小台阶处必须留圆角过渡
台阶处开裂图例
台阶处及筋处开裂图例
模具边缘凸台根部机加工问题
凸台根部无倒角 危险
开裂图
凸台根部倒角非常重要
模具整体有大台阶
根部无倒角 危险
开裂图 根部无倒角开裂 危险
模具热处理前的机加工的重要性 开裂的主要防止办法就是机加工时对模具应力集中位置 的处理。
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模具型腔内的厚薄连接处
危险部位 热处理前此处必须加工掉
开裂
模具型腔内的厚薄连接处
厚薄连接处 危险
开裂
开裂
2019/4/13
此筋使用圆形电极打掉，且到底部平面
模具型腔内的厚薄连接处
必须使用圆形电极且打到 底，且底部圆角
•热处理件，自然直立放置，应该变形最小； •机加工应考虑到模具热处理的放置，如果模具每个侧面都有台阶，应该至少留一个平的，最后再加 工台阶。
•较长的芯杆，也很容易变形，加工余量也要适当加大； •控制长芯杆变形，真空炉最好的方式是立放，然后减小淬火压力； •长芯杆热处理前最好先期沟通，达成共识。
•长宽比较大的模具（长条形、长板形），容易产生翘曲变形，余量也应适当加大； •这种模具立放比较好，但是容易倒，对设备不安全。
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常见的模具应力集中图例
模具应力集中处：台阶处、厚薄连接处等；
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模具热处理时如何防止开裂
如何防止开裂： 1、合适的装炉，均匀的摆放，使模具的厚薄处冷速较为接近； 2、采用合适的工艺（分级淬火冷却），使心部和表面的温差缩小，减少组织应力 和热应力。 3、模具台阶处留圆角，增强变形的承受力，防止开裂；厚薄连接处筋的去处等， 都将会减少开裂概率。
总结
1、以上案例是进行搜集所得到的资料，经分析基本为机加工方面存在一些问题。 机加工改善后，我们将灵活掌握并大胆使用热处理工艺，以发挥模具达到模 具材料的最佳性能。 2、通用汽车对模具的粗加工时，各台阶处的过渡圆角大小均做了详细的说明， 绝对不允许尖角、残留筋的存在，只有在此种情况下，热处理时用较高的淬火压 力冷却，热处理时模具不开裂且获得非常优秀的性能，才可生产出高性能的模具。 3.模具形状不同，热处理工作者应该评估每块模具开裂风险，但是这有赖于经验 的积累。热处理开裂是概率事件，必然开裂一定是存在某种缺陷（ 模具结构、 加工），通过完善加工减少开裂概率是可行的。 4. 热处理商开模商应该就加工问题随时沟通。
DIEVAR 热处理变形及余量推荐
Dimensional changes %
Tempering temperature °C
Dim changes of Dievar after hardening and tempering.
1020°C and an overpressure of 2 bar. Tempering 2 + 2 hours
2、通用汽车对模具粗加工时台阶处圆角推荐：
A、半径3mm的圆角，适用于小的不复杂的模具及模具的各孔洞表面倒角
B、半径5mm的圆角，适用于较小台阶，对开裂有一定的预防作用；
C、半径5-6.5mm的圆角，适用于较大的台阶，对开裂有一定的预防作用； D、半径大于13mm的圆角，使用于台阶高度大于150mm的模具； 3、在维持以上原则的情况下，开模商与热处理商必须经常对粗加工方面进行交流。
•大平面的模具，模具宽度超过炉子允许高度，只能平放，变形也会比立放要大；
模具热处理开裂探讨
模具热处理的目的：采用合理的装炉及合适的热处理工艺，以较高的淬火冷却压 力冷却，然后经过三次以上的回火，使材料达到优良的机械性能。
热处理淬火冷却时为何会开裂： 模具的心部和表面冷速不一致，模具局部厚度不一致，导致温差，产生热应力； 组织转变时心部和表面及模具表面的局部不同时，产生组织应力。 在热应力和组织应力的共同作用下，模具表面将产生拉应力状态，导致模具发生 变形，变形在发展到材料无法承受的极限时，应力集中处发生开裂。 应力集中即模具设计、加工当中出现的薄弱环节。