模具热处理过程中存在的主要问题剖析

摘要：在生产实践中发现ღ，模具产品的质量和使用寿命直接受模具的热处理工艺的影响，这与模具热处理过程中其组织转化及温度变化的不均匀性有关。模具热处理会产生一系列问题，严重影响模具的质量和使用寿命。为此，围绕热应力和热变形两个主要问题，分析了模具热变形的原因及变形规律，并从材料选择、结构设计方面给出若干对策。

关键词：模具；热处理；主要问题；组织转化；温度变化；变形规律 文献标识码：A

1 热应力与热变形

1.1 热应力

在模具热处理过程中，模具零件存在热应力的部分表现出不同比例的伸缩量，从而直接导致整个模具零件的变形。若变形部分同存在于塑性变形区或弹性变形区，变形最终会随热处理过程的结束而逐渐消失，但若一部分处在塑性变形区，而另一部分处于弹性变形区，这种变形将在模具上保留下来。更为严重的是，若模具零件的局部的热应力超过材料的抗拉强度或因外力产生的应力与热应力叠加在一起超过材料的抗拉强度，相应部分会产生破坏性的后果，表现为裂纹或断裂等。

模具热处理后，模具仍会继续变形，这主要是模具中残余的热应力导致的。自然界存在能力最低原理，存在残余应力时处于一种高能量，这种能量必须释放出来ข，和热处理过程一样，能量的释放伴随着结构形状上的调整。这对因材料、结构方面容易产残余应力的模具表现更为突出。

以圆柱形的模具零件为例，棱角处首♡先冷却，因其处于散热有利位置，热收缩在此部位快速发生，而其芯部因来不及冷却则会限制其表面的收缩，这样圆柱形的零件的表层表现为拉应力，其中心却表现为压应力，因此产生为棱边收缩、中心突出的现象，表现为长度缩短而直径增大。以普通的钢制模具的淬火处理为例，因为模具的不同部分冷速不同，钢件会表现出不同的变形形式，而且这种冷却速度的差别越大，变形量也就越大，冷却速度的差异是产生这种变形的根本原因。当模具零件的一个表面因冷速大产生凹形陷入时，而另一个相对表面因冷速小产生鼓形凸起时，模具就会有产生弯曲类变形的倾向。当模具的一个端面因冷速大产生向内的凹入，而另一端面因冷速小产生向外的凸出时，模具就有会产生旋转类变形的倾向。在模具的制造或应用过程中往往是多种变形的综合，在分析变形倾向时应作全面分析。一般钢制模具淬火过程中的变形规律可以概括为：初期，因为淬火介质与模具的温差大，冷却速度大的部位表现出表面积缩小的趋势，而随着淬火过程的进行，冷却速度逐渐减小，导致工件表面积缩小的趋势就减小。少数情况下，慢冷部位还表现出表面积略微增大的趋势。在这里要特别强调一点：热应力的存在也不一定总是坏事，在某些工艺处理的情况下，若模具零件的变形超过了一定的差值，可以利用热应力对模具产品的调整作用进行补救，以解决工艺中的矛盾。

2 模具材料对热变形的影响及其对策

模具产品本身的材料对模具的热处理工艺的质量起直接性的决定作用，进一步决定着热变形的情况。模具的选材包括两个方面：一是材料的种类；一是材质的好坏。

2.1 模具材料种类的影响及其对策

在热处理工艺设计的过程中ก，要考虑到模具材料的种类影响热处理工艺的质量、效率，当然也决定着模具本身的价格。就碳素工具钢来讲，若用其制作较复杂的模具，硬度一般可以满足要求，但因其含碳量高，热处理后的变形往往较大，严重时还使模具报废，造成巨大的经济损失。若换用合金钢时，不仅硬度可以满足要求，热处理后的变形也相对较小，但其价格相对较高。在选材时，应综合考虑质量、效率和经济性等方面，选择最佳种类的材料。一般来讲，模具的结构越复杂，热处理的难度越大，应选择易淬透的材料，如合金钢普遍优于碳素钢。在模具的钢种选择时，一定要对不同种类的钢种的性能有较全面的了解，包括其物化性质和工艺性。

2.2 模具材质的影响及其对策

3 模具结构的影响及其对策

4 结语

模具热处理过程中存在一系列问题，热应力和热变形是ป两个主要问题，其危害较大，在模具设计制造及使用的过程中必须对其成因进行分析，并积极给出对策。其中，材料的选择和模具结构的合理性是两个需要重点考虑的方面。