模具加工路上的必修课——如何应对原材料上存在的缺陷?

2021-1-15 9:44:30

就模具加工工作而言,其工艺还是比较复杂的,而且工序也相对繁琐,一般主要包括锻造、粗加工、热处理、磨削、电火花和线切割加工等等。正是因为模具加工工艺不简单,所以在实际加工制造的过程中,总不免会出现一些质量缺陷问题。为避免二次返工,节省材料的浪费,提高生产效益,本章现针对模具在加工制造过程中因材料引起的常见缺陷及其预防措施进行深入分析和探讨,希望能借此达到提高模具加工质量、延长模具使用寿命的目的。

 

模具加工中,传统的预处理如锻造正火、退火、球化退火和等温退火等只能降低硬度便于切削加工


一般简单小型的、寿命要求不高的模具选用高碳工具钢,如T8A、T10A等;而对于复杂大型的、寿命要求较高的模具一般选用合金工具钢如Cr12、Cr12MoV、CrWMn等。受制造工艺影响,我国的模具钢往往存在各种各样缺陷如疏松、缩管、翻皮、皮下气泡、内裂等,以及带状碳化物偏析,如碳素工具钢中的粗片状珠光体加连续网状渗碳体,以及合金工具钢中严重的共晶碳化物偏析等。如果碳化物偏析严重,可能引起过热、过烧、开裂、崩刃、塌陷、拉断等早期失效现象。带状、网状、大颗粒和大块堆集的碳化物使制成的模具性能呈各向异性,横向的强度低,塑性也差。在碳化物稀少处易回火过度,使硬度和强度降低,碳化物富集区往往因回火不足,脆性大,而导致模具镦粗或断裂。原始组织中碳化物的组织形态及分布不均匀,导致奥氏体成分的不均匀,这不但影响模具加工工艺,而且严重影响钢材的机械性能,使钢的强韧性大大降低,影响后续的模具加工工序,如出现明显的淬火变形、裂纹等,同时造成模具的崩刃、拉毛等早期失效。因此有必要采取以下措施:

1.改善与优化材料的冶金质量。材料的冶金质量对模具寿命的影响极大,尤其是高碳高合金钢,冶金缺陷往往是模具淬火开裂和模具早期损坏的主要根源。

2.制定合适的锻造工艺,改善钢的组织和性能。合理的锻造可以消除或减轻冶金缺陷(如焊合气孔),提高钢的致密度,还可破碎大块碳化物,使其细化,减小偏析,获得均匀分布等。合金工具钢如Cr12型钢、Cr12MoV或CrWMn型钢等,这类钢不同程度的存在成分偏析、碳化物粗大不均匀、组织不均匀等缺陷。经锻造后,能改善钢材的共晶碳化物不均匀度,达到≤2级碳化物级别要求,提高其工艺性能和使用性能,延长模具使用寿命。

3.采用合理的预热处理。模具加工中,传统的预处理如锻造正火、退火、球化退火和等温退火等只能降低硬度便于切削加工,很难改善碳化物的分布或使带状、网状碳化物得到减少和消除。如模具的淬火组织中存在这些不良的组织结构,将无法保障模具热处理的组织要求。如采用快速球化退火预处理,即可得到分布均匀、球化程度高的粒状碳化物。因此,应根据不同材料与模具的工作条件,分别施以较佳预处理工艺,以提高其使用寿命。

4.采用优良的模具材料。我国冷作模具钢Cr12MoV中钼和钒的含量较低,综合性能差;CrWMn含碳量较高,容易产生严重的网状碳化物,影响使用性能。日本、瑞典等开发了SHD11(D2)、XW~42(D2)、FT32(D)以及A2、01、W1等钢种。D2钢具有耐磨性和较高的韧性等好的综合性能。【具体可参考《你关心的,如何提高模具加工设备加工性能?》的相关内容】

 

要知道,模具材料的缺陷很有可能会引起后续加工(如磨削)过程中缺陷的产生,而磨削加工中的缺陷又很有可能引起零件开裂变形,因此,根据模具的不同要求来正确选择相应的模具材料,对于保障模具加工质量具有十分重要的意义。


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