Понимание деформации при термообработке пресс-формы: Основы и профилактические меры

1. Влияние материала пресс-формы

Выбор материала для пресс-формы

Машиностроительный завод выбрал сталь T10A для изготовления сложных штампов с большой разницей в размерах сечения и минимальной деформацией после закалки, с требованием к твердости 56-60HRC.

Однако после термообработки твердость штампа соответствовала техническим требованиям, но деформация была слишком значительной, и штамп пришлось отбраковать.

Для изготовления точных и сложных штампов с ограниченной деформацией рекомендуется выбирать сталь с микродеформацией, например, закаленную на воздухе.

Влияние материала пресс-формы

Как правило, сталь Cr12MoV считается микродеформационной сталью, которая должна иметь ограниченную деформацию.

Металлографический анализ штампа с чрезмерной деформацией показал наличие большого количества эвтектических карбидов в штамповая сталькоторые присутствовали в виде полос и блоков.

(1) Причины эллипса штампа (деформации)

Наличие неоднородных карбидов, распределенных в определенном направлении в штамповой стали, является причиной сильной деформации. Коэффициент расширения карбидов примерно на 30% меньше, чем у матричной структуры стали.

При нагревании карбиды препятствуют расширению внутреннего отверстия матрицы, а при охлаждении - сужению внутреннего отверстия матрицы, что приводит к неравномерной деформации внутреннего отверстия матрицы и превращению круглого отверстия матрицы в эллиптическое.

(2) Профилактические меры

① При изготовлении точных и сложных пресс-форм мы должны стремиться выбирать сталь для пресс-форм с минимальным расслоением карбида, даже если это не самый дешевый вариант. Мы должны избегать стали, произведенной на небольших металлургических заводах, с низким качеством материала.

② Штамповая сталь со значительным расслоением карбидов должна быть подвергнута правильной ковке, чтобы разбить кристаллические блоки карбидов и уменьшить неравномерное распределение карбидов. Это также устранит любую анизотропию в свойствах стали.

③ Кованая штамповочная сталь должна быть закалка и отпуск для получения структуры сорбита с равномерным распределением карбидов, которые являются мелкими и дисперсными. Это позволит свести к минимуму деформацию в прецизионном сложном штампе после термообработки.

④ Для пресс-форм больших размеров или тех, которые не поддаются ковке, можно использовать двойное рафинирование раствором для равномерного рафинирования и распределения карбидов. При этом также скругляются края и углы, что уменьшает деформацию при термообработке в штампе.

2. Влияние конструкции пресс-формы

Продуманный дизайн

Конструкция пресс-формы в первую очередь зависит от ее предназначения, поэтому ее структура не всегда может быть полностью рациональной или симметричной. Чтобы решить эту проблему, конструкторы должны принять эффективные меры для обеспечения технологичности, рациональности структуры и симметрии геометрической формы пресс-формы, сохраняя при этом ее эксплуатационные характеристики. Это требует тщательного рассмотрения в процессе проектирования.

(1) Старайтесь избегать острых углов и участков с разной толщиной

При проектировании пресс-форм дизайнерам следует избегать участков, тонких кромок и острых углов с большой разницей в толщине. Вместо этого следует реализовать плавные переходы на стыке толщин штампа. Это позволит эффективно снизить разницу температур и тепловые напряжения в секции пресс-формы. Кроме того, разница во времени преобразования микроструктуры и напряжения в микроструктуре может быть уменьшена за счет использования переходных галтелей и конусов.

(2) Увеличить технологическое отверстие соответствующим образом

Для пресс-форм, которые не могут гарантировать равномерное и симметричное поперечное сечение, может потребоваться модификация конструкции путем замены непроходных отверстий на сквозные или добавления дополнительных технологических отверстий, при условии, что это не влияет на производительность пресс-формы.

Пресс-формы с узкими полостями могут деформироваться после закалки. Добавление двух технологических отверстий на этапе проектирования позволяет уменьшить разницу температур в поперечном сечении во время закалки, что приводит к снижению теплового напряжения и улучшению деформации.

Увеличение количества технологических отверстий или преобразование неравномерных отверстий в сквозные также может снизить риск образования трещин из-за неравномерной толщины.

(3) По возможности следует использовать тесную и симметричную структуру

Если форма штампа открытая или несимметричная, распределение напряжений после закалки будет неравномерным, что сделает его подверженным деформации. Чтобы уменьшить это, обычно на штампах с деформируемыми канавками общего назначения перед закалкой оставляют ребра, а после процесса их срезают. Это помогает предотвратить деформацию на R во время закалки и повышает общую стабильность заготовки.

(4) Принята комбинированная структура

Для больших плашек с сложные формы и размерами более 400 мм, а также пуансоны с малой толщиной и большой длиной, целесообразно использовать комбинированную структуру для упрощения сложности и уменьшения размера от большого к малому.

Переориентация внутренней поверхности штампа на внешнюю может облегчить как горячую, так и холодную обработку, а также уменьшить деформацию и растрескивание.

При проектировании комбинированной конструкции необходимо учитывать следующие принципы, чтобы обеспечить правильное разложение без ущерба для точности подгонки:

(1) Отрегулируйте толщину, чтобы добиться равномерного сечения после разложения.

(2) Разлагается в местах концентрации напряжений для рассеивания напряжения и предотвращения растрескивания.

(3) Соедините конструкцию с технологическими отверстиями, чтобы сделать ее симметричной.

(4) Обеспечить удобство как холодной, так и горячей обработки и сборки.

(5) Самое главное - обеспечить удобство использования конструкции.

Использование цельной конструкции для крупных штампов может затруднить термообработку, что приведет к неравномерной усадке полости после закалки. Это может привести к появлению вогнуто-выпуклых кромок, искажению плоскости и трудностям с устранением этих проблем при дальнейшей обработке.

Для решения этих проблем подходящим решением является использование комбинированной структуры. После термообработки структуру можно собрать, отшлифовать и снова подогнать. Это не только упрощает процесс термообработки, но и эффективно решает проблемы деформации.

3. Влияние процесса изготовления штампа и остаточных напряжений

На заводах часто можно встретить, что пресс-формы сложной формы и высокой точности испытывают значительную деформацию после термообработки. При ближайшем рассмотрении часто обнаруживается, что причиной такой деформации является отсутствие предварительной термической обработки как во время механической обработки, так и в процессе окончательной термической обработки.

1. Причины деформации

Суперпозиция остаточное напряжение в процессе обработки, а напряжение после закалки увеличивает деформацию штампа после термообработки.

2. Профилактические меры

Для снижения остаточного напряжения и деформации штампа после закалки можно принять следующие меры:

(1) Проведите мероприятие по снятию стресса отжиг один раз, при температуре (630-680)°C в течение (3-4) часов с охлаждением печи до 500°C или 400°C в течение (2-3) часов, между черновой и получистовой обработкой.

(2) Понизьте температуру закалки, чтобы уменьшить остаточное напряжение после закалки.

(3) Закалить штамп в масле при 170°C и дать возможность охладиться на воздухе (ступенчатая закалка).

(4) Снижение остаточного напряжения путем изотермической закалки.

Выполнение этих действий позволяет минимизировать остаточное напряжение и деформацию штампа после закалки.

4. Влияние термической обработки на процесс нагрева

1. Влияние скорости нагрева

Распространенное мнение о том, что деформация штампа после термообработки вызвана охлаждением, неверно.

На самом деле, правильная технология обработки пресс-формы, особенно сложной, оказывает большее влияние на ее деформацию.

Сравнение процессов нагрева некоторых пресс-форм показывает, что более высокая скорость нагрева часто приводит к большей деформации.

(1) Причина деформации Любой металл расширяется при нагревании

Когда сталь нагревается, неравномерная температура каждой детали в одной и той же форме (то есть неравномерный нагрев) приводит к неравномерному расширению, что приводит к внутреннее напряжение вызванные неравномерным нагревом.

Ниже точки превращения стали термические напряжения возникают в основном из-за неравномерного нагрева.

Когда температура превышает температуру превращения, неравномерный нагрев приводит к неравномерному микроструктурному превращению, что создает структурные напряжения.

В результате более высокая скорость нагрева увеличивает разницу температур между поверхностью и сердцевиной штампа, что приводит к повышению уровня напряжений и большей деформации штампа после термообработки.

(2) Профилактические меры

Сложную форму следует постепенно нагревать ниже температуры фазового перехода.

В целом, деформация формы во время вакуумной термообработки значительно меньше по сравнению с деформацией в печи с соляной ванной.

Для низких легированная сталь штампов достаточно одного цикла предварительного нагрева в диапазоне температур 550-620°C. Для штампов из высоколегированных сплавов рекомендуется двухступенчатый цикл предварительного нагрева при температурах 550-620°C и 800-850°C.

2. Влияние температуры нагрева

Некоторые производители считают, что повышение температуры закалки имеет решающее значение для обеспечения высокой твердости штампа. Однако реальный производственный опыт показывает, что этот метод не подходит.

Для сложных штампов нормальная температура нагрева используется как для нагрева, так и для закалки. Деформация при термообработке, возникающая после нагрева при максимально допустимой температуре, намного больше, чем при минимально допустимой температуре.

(1) Причины деформации

Как известно, повышение температуры закалки приводит к увеличению размера зерна в стали. Это связано с тем, что больший размер зерна повышает прокаливаемость, что приводит к увеличению напряжения при закалке и охлаждении.

Кроме того, поскольку большинство сложных штампов изготавливаются из средне- и высоколегированной стали, высокая температура закалки приведет к увеличению остаточной температуры. аустенит в структуре из-за низкой точки Ms. Это приведет к увеличению деформации штампа после термообработки.

(2) Профилактические меры

Для того чтобы удовлетворить технические требования пресс-формы, важно выбрать соответствующую температуру нагрева. Чтобы минимизировать напряжение при охлаждении и уменьшить деформацию при термообработке сложных пресс-форм, рекомендуется выбирать как можно более низкую температуру закалки.

5. Влияние сохранившегося аустенита

Степень деформации и растрескивания во время термообработки тесно связана с тип стали и его качество. Выбор должен быть сделан на основе требований к производительности пресс-формы, с учетом точности, структуры и размера пресс-формы, а также характера, количества и способа обработки обрабатываемого материала.

Для деталей, не требующих деформации и точности, можно использовать углеродистую инструментальную сталь, чтобы снизить затраты. Для деталей, склонных к деформации и растрескиванию, используется легированная инструментальная сталь с более высокой прочностью и медленным темпом критическая скорость охлаждения во время закаливания следует выбрать.

Если деформация штампа из углеродистой стали не соответствует требованиям, вместо нее следует использовать сталь 9Mn2V или CrWMn, несмотря на то, что стоимость материала может быть выше. Это позволит решить проблемы деформации и растрескивания, что в конечном итоге приведет к экономически эффективному решению.

Также важно усилить контроль и управление сырьем, чтобы предотвратить образование трещин во время термообработки из-за дефектов в сырье.

Разработка разумных технических условий (включая требования к твердости) - важнейший шаг в предотвращении деформации и растрескивания при закалке. Локальная закалка или упрочнение поверхности может соответствовать требованиям эксплуатации, и по возможности следует избегать общей закалки.

Для цельных закалочных штампов местные требования могут быть смягчены, и нет необходимости добиваться единообразия. Для пресс-форм с высокой стоимостью или сложной структурой, если трудно соблюсти технические требования при термообработке, рекомендуется скорректировать технические характеристики и ослабить требования, которые мало влияют на срок службы, чтобы избежать брака, вызванного повторным ремонтом.

Наибольшая достижимая твердость не должна приниматься в качестве единственной технической характеристики при проектировании выбранной стали. Это связано с тем, что наибольшая твердость часто измеряется на небольшом образце ограниченного размера, который может значительно отличаться от твердости, которая может быть достигнута на более крупном образце реального размера.

Стремление к максимальной твердости часто требует увеличения скорости охлаждения при закалке, что может привести к увеличению деформации и образованию трещин. Поэтому указание высокой твердости в качестве технического условия может создать проблемы для термообработки даже для небольших пресс-форм.

В заключение следует отметить, что проектировщик должен установить разумные и выполнимые технические требования, исходя из предполагаемого использования и выбранных марок стали. Кроме того, при определении требований к твердости выбранных марок стали следует избегать диапазона твердости, связанного с отпускной хрупкостью.

1. Причины деформации

Легированные стали, такие как сталь Cr12MoV, часто содержат значительное количество сохранившийся аустенит после закалки. Различные структуры в стали имеют разный удельный объем, при этом аустенит имеет наименьший удельный объем, что является основной причиной уменьшения объема штампов из высоколегированной стали после закалки и низкотемпературного отпуска.

Удельный объем различных стальных конструкций уменьшается в следующем порядке: мартенсит, закаленный сорбит, перлит и аустенит.

2. Профилактические меры

(1) Правильно снижайте температуру закалки

Как уже упоминалось ранее, более высокие температуры закалки приводят к увеличению сохранившийся аустенит масса. Поэтому выбор подходящей температуры закалки имеет решающее значение для снижения усадки пресс-формы. Чтобы удовлетворить технические требования к пресс-форме, необходимо учитывать общую производительность пресс-формы и соответствующим образом снижать температуру закалки.

(2) Увеличьте температуру закалки

Данные показывают, что содержание аустенита в стали Cr12MoV, закаленной при 500°C, в два раза меньше, чем в стали, закаленной при 200°C. Поэтому температуру отпуска следует увеличить, сохраняя при этом технические требования к штампу. На практике деформация штампа из стали Cr12MoV, закаленной при 500°C, минимальна, при этом наблюдается лишь незначительное снижение твердости (2-3HRC).

(3) Используйте криогенную обработку

Криогенная обработка после закалки является эффективным методом уменьшения массы остаточного аустенита и минимизации деформации и изменения размеров в процессе стабильной эксплуатации. Поэтому криогенная обработка должна применяться для точных и сложных штампов.

6. Влияние охлаждающей среды и метода охлаждения

Деформация, возникающая при термической обработке штампов, часто заметна после закалки и охлаждения. Хотя этому способствуют различные факторы, влияние процесса охлаждения нельзя упускать из виду.

1. Причины деформации

Когда матрица охлаждается ниже Точка MSВ стали происходит фазовое превращение. Это приводит не только к термическим напряжениям, вызванным неравномерным охлаждением, но и к структурным напряжениям, вызванным неравномерным фазовым превращением. Чем выше скорость охлаждения и чем неравномернее охлаждение, тем выше напряжение и деформация.

2. Профилактические меры

(1) Используйте предварительное охлаждение, когда это возможно

Обеспечивая твердость штампа, следует как можно чаще использовать предварительное охлаждение. Для углеродистых и низколегированных сталей штампы можно предварительно охлаждать до почернения углов (720-760°C). Для сталей со стабильным недоохлажденным аустенитом в зоне перлитного превращения предварительное охлаждение можно проводить до температуры около 700°C.

(2) Принять ступенчатое охлаждение закалки

Метод закалки со ступенчатым охлаждением является эффективным способом уменьшения деформации в некоторых сложных штампах за счет значительного снижения термических напряжений и напряжений микроструктуры в процессе закалки. процесс закаливания.

(3) Использовать аустемперирование

Аустемперирование позволяет значительно уменьшить деформацию некоторых прецизионных и сложных штампов.

7. Улучшение процесса термообработки и уменьшение деформации штампа при термообработке

Полностью устранить деформацию в пресс-форме после закалки невозможно. Однако для контроля деформации в точных и сложных пресс-формах можно использовать следующие методы:

(1) Выберите подходящую температуру нагрева

При обеспечении закалки следует выбирать минимально возможную температуру закалки. Однако для высоких углеродистая легированная сталь штампов (таких как CrWMn и Cr12Mo стали), повышение температуры закалки для снижения точки MS и увеличения остаточного аустенита может быть использовано для контроля деформации при закалке.

Кроме того, температура закалки штампов из высокоуглеродистой стали большой толщины может быть увеличена для предотвращения образования закалочных трещин. Для штампов, склонных к деформации и растрескиванию, перед закалкой следует провести отжиг для снятия напряжения.

(2) Оптимальное отопление

Необходимо стремиться к равномерному нагреву, чтобы снизить тепловые напряжения во время нагрева. Для штампов из высоколегированной стали с большим поперечным сечением, сложной формой и высокими требованиями к деформации обычно требуется предварительный нагрев или ограничение скорости нагрева.

(3) Соответствующий режим охлаждения и охлаждающая среда

По возможности следует выбирать закалку с предварительным охлаждением, ступенчатую закалку и ступенчатое охлаждение. Закалка с предварительным охлаждением эффективна для уменьшения деформации тонких или изящных штампов. Она также может в некоторой степени уменьшить деформацию в штампах с большой разницей в толщине.

Для пресс-форм сложной формы и со значительными различиями в поперечном сечении рекомендуется ступенчатая закалка. Если быстрорежущая сталь закаливается при температуре 580-620°C, что позволяет избежать закалочной деформации и растрескивания.

(4) Правильное выполнение операций закалки

Чтобы обеспечить наиболее равномерное охлаждение пресс-формы, необходимо выбрать правильный метод закалки заготовки в среду. Заготовка должна входить в охлаждающую среду в направлении минимального сопротивления, а сторона с наиболее медленным охлаждением должна перемещаться в сторону жидкости. Как только форма охладится ниже точки MS, движение следует прекратить.

Например, в случае неравномерной толщины формы более толстая часть должна быть закалена первой. Для уменьшения деформации при термообработке в заготовках с большими изменениями сечения можно добавить технологические отверстия, усиливающие ребра и асбестовые пробки в отверстия.

Для заготовок с вогнутыми и выпуклыми поверхностями или сквозными отверстиями вогнутую поверхность и отверстие следует закаливать вверх, чтобы выпустить пузырьки в сквозном отверстии.

8. Заключение

Причина деформации точных и сложных пресс-форм часто бывает сложной, но, понимая законы деформации, анализируя ее причины и применяя различные методы для предотвращения деформации, ее можно уменьшить и контролировать.

В целом, для предотвращения деформации при термообработке точных и сложных пресс-форм можно использовать следующие методы:

(1) Выбор подходящих материалов

Для прецизионных и сложных штампов используется микродеформируемая штамповая сталь с хорошей свойства материала (например, сталь с воздушной закалкой) должны быть выбраны. Для штамповой стали со значительной сегрегацией карбидов следует выбирать разумные режимы ковки, закалки и закалка термическая обработка должна быть выполнена. Для крупногабаритной штамповой стали или штамповой стали, не поддающейся ковке, можно использовать термическую обработку с двойным рафинированием в твердом растворе.

(2) Разумный Структура пресс-формы Дизайн

Конструкция пресс-формы должна быть разумной, иметь симметричную форму и не слишком большую толщину. Для пресс-форм со значительной деформацией необходимо понять законы деформации и предусмотреть припуски на обработку. Для больших, точных и сложных пресс-форм можно использовать комбинированную конструкцию.

(3) Устранение остаточных напряжений во время обработки

Для устранения остаточных напряжений во время обработки прецизионные и сложные штампы следует предварительно подвергать термообработке.

(4) Выбор подходящей температуры нагрева

Температура нагрева должна быть выбрана разумно, а скорость нагрева должна контролироваться. Медленный нагрев, предварительный нагрев и другие сбалансированные методы нагрева могут быть использованы для уменьшения деформации при термообработке точных и сложных штампов.

(5) Соответствующий процесс охлаждения

При условии обеспечения твердости штампа следует максимально использовать процессы предварительного охлаждения, закалки со ступенчатым охлаждением или теплой закалки.

(6) Закалка с вакуумным нагревом и криогенная обработка

По возможности для прецизионных и сложных штампов следует использовать закалку с вакуумным нагревом и криогенную обработку после закалки.

(7) Предварительная термическая обработка, термическая обработка при старении и Азотирование Термообработка

Для некоторых точных и сложных штампов можно использовать предварительную термическую обработку, термическую обработку со старением, закалку и отпуск с азотированием для контроля точности штампов.

Кроме того, правильное функционирование процессов термообработки (таких как затыкание отверстий, связывание отверстий, механическая фиксация, соответствующие методы нагрева, правильный выбор направления охлаждения и направления движения охлаждающей среды и т.д.) и разумное закалка термическая обработка Процессы также являются эффективными мерами по снижению деформации точных сложных форм.

Не забывайте, что делиться - значит заботиться! : )
Шейн
Автор

Шейн

Основатель MachineMFG

Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.

Далее

Освоение CAD/CAM: Основные технологии с пояснениями

Основные концепции автоматизированного проектирования и автоматизированного производства Автоматизированное проектирование и автоматизированное производство (CAD/CAM) - это комплексная и технически сложная дисциплина системного инжиниринга, которая включает в себя такие различные области, как компьютерная [...]...

Виртуальное производство: Концепции и принципы

Концепция виртуального производства Виртуальное производство (ВП) - это фундаментальная реализация реального производственного процесса на компьютере. В нем используются технологии компьютерного моделирования и виртуальной реальности, поддерживаемые высокопроизводительными [...]...

Понимание гибких производственных систем: Руководство

Гибкая производственная система (FMS) обычно использует принципы системной инженерии и групповой технологии. Она объединяет станки с числовым программным управлением (ЧПУ) (обрабатывающие центры), координатно-измерительные машины, системы транспортировки материалов, [...]...

Изучение 4 передовых методов нанофабрикации

Подобно тому, как производственные технологии играют важнейшую роль в различных областях, технология нанофабрикации занимает ключевое место в сфере нанотехнологий. Технология нанофабрикации включает в себя множество методов, в том числе механические [...].

Сверхточная обработка: Виды и технологии

Сверхточная обработка относится к прецизионным производственным процессам, в которых достигаются чрезвычайно высокие уровни точности и качества поверхности. Ее определение относительно и меняется по мере развития технологий. В настоящее время эта технология позволяет достичь [...].

Выбор правильного приспособления для ЧПУ: Типы и советы

В настоящее время механическую обработку можно разделить на две группы в зависимости от серийности производства: Среди этих двух категорий, первая составляет около 70-80% от общей стоимости продукции механической обработки [...]...

Топ-4 метода специальной обработки в современном машиностроении

В этой статье в основном представлены несколько зрелых методов специальной обработки. I. Обработка электрическим разрядом (EDM) EDM - это метод обработки токопроводящих материалов, использующий явление электрической коррозии во время [...]...

Что такое обработка с ЧПУ? Виды, преимущества, недостатки и этапы обработки

Что такое обработка с ЧПУ? Числовое программное управление (ЧПУ) - это метод управления движением и операциями обработки на станках с помощью оцифрованной информации. Станки с числовым программным управлением, часто сокращенно называемые [...]...

Изучение высокоскоростной резки: Обзор технологий и применение

Обработка резанием остается наиболее распространенным методом механической обработки, играющим важную роль в механическом производстве. С развитием производственных технологий технология обработки резанием претерпела значительный прогресс в [...].

Топ-7 новых инженерных материалов: Что нужно знать

Под передовыми материалами понимаются недавно исследованные или находящиеся в стадии разработки материалы, обладающие исключительными характеристиками и особыми функциональными свойствами. Эти материалы имеют огромное значение для развития науки и техники, [...]...

Методы расширения металла: Исчерпывающее руководство

Формирование выпуклости подходит для различных типов заготовок, таких как чашки глубокой вытяжки, разрезанные трубы и прокатные конические сварные изделия. Классификация по средствам формования выпуклости Методы формования выпуклости можно разделить [...].
MachineMFG
Поднимите свой бизнес на новый уровень
Подпишитесь на нашу рассылку
Последние новости, статьи и ресурсы, еженедельно отправляемые в ваш почтовый ящик.

Свяжитесь с нами

Вы получите наш ответ в течение 24 часов.