金型変形のXNUMXつの重要な要因

公開時間： 06 / 18 2021 著者：サイト編集者訪問：11715

現在、金型製造では、複雑な金型加工や熱処理変形の問題をよりよく解決するために、放電加工、形状研削、ワイヤーカットなどの新技術が適用されています。ただし、これらの新しいプロセスは、さまざまな制約のためにまだ広く使用されていません。したがって、金型の熱処理変形をどのように低減するかは、依然として非常に重要な問題です。

一般的に、金型には高精度が必要です。熱処理後は、加工や修正が不便または不可能ですらあります。そのため、熱処理後、構造や性能が要件を満たしていても、変形が許容範囲を超えている場合は、保存できないため廃棄されます。生産に影響を与えるだけでなく、経済的損失も引き起こします。

熱処理変形の一般法則はここでは説明しません。以下は、金型の変形に影響を与えるいくつかの要因の簡単な分析です。

金型変形のXNUMXつの重要な要因

金型材料が熱処理変形に及ぼす影響

熱処理変形に対する材料の影響には、鋼の化学組成と元の構造の影響が含まれます。

材料自体の観点から、熱処理変形は主に焼入れ性とMsポイントに対する組成の影響によって影響を受けます。

炭素工具鋼を通常の焼入れ温度で水と油で焼入れすると、Ms点を超えると大きな熱応力が発生します。 Ms点以下に冷却すると、オーステナイトがマルテンサイトに変態して構造応力が発生しますが、炭素工具鋼の焼入れ性が悪いため、構造応力の値は大きくありません。また、Msポイントは高くありません。マルテンサイト変態が発生した場合、鋼の塑性はすでに非常に低く、塑性変形は起こりにくい。そのため、熱応力による変形特性が維持され、金型キャビティが収縮しやすくなります。ただし、焼入れ温度を上げると（> 850°C）、構造応力も主導的な役割を果たし、キャビティが膨張する傾向があります。

9Mn2V、9SiCr、CrWMn、GCr15鋼などの低合金工具鋼で金型を作成する場合、焼入れ変形則は炭素工具鋼と同様ですが、変形量は炭素工具鋼よりも小さくなります。

Cr12MoV鋼などの一部の高合金鋼では、炭素と合金元素の含有量が高く、Msポイントが低いため、焼入れ後にオーステナイトがより多く保持され、マルテンサイトによる体積膨張に大きな影響を与えます。したがって、焼入れ後の変形は非常に小さいです。一般に、空冷、空冷、硝酸塩浴で急冷すると、金型キャビティがわずかに膨張する傾向があります。焼入れ温度が高すぎると、残留オーステナイトの量が増加します。空洞も収縮する可能性があります。

金型が炭素構造用鋼（45鋼など）または一部の合金構造用鋼（40Crなど）でできている場合、Msポイントが高いため、表面がマルテンサイトに変態し始めると、コア温度はさらに高くなります。降伏強度低く、ある程度の可塑性があります。コアに対する表面の瞬間的な引張組織応力は、コアの降伏強度を簡単に超え、キャビティは膨張する傾向があります。

鋼の元の構造も、焼入れ変形に一定の影響を及ぼします。ここでいう「鋼の一次構造」には、鋼中の介在物のレベル、帯状構造のレベル、成分の偏析の程度、遊離炭化物の分布の方向性など、およびさまざまな構造が含まれます。さまざまな予熱処理（パーライト、焼き戻しソルバイト、焼き戻しトロオスタイトなど）によって得られます。ダイス鋼の場合、主な考慮事項は、炭化物の分離、炭化物の形状と分布です。

高炭素鋼および高合金鋼（Cr12鋼など）の炭化物偏析が焼入れ変形に及ぼす影響は特に明白です。オーステナイト状態に加熱した後、炭化物の偏析が鋼の組成の不均一性を引き起こすため、さまざまな領域のMsポイントが高くなるか低くなります。同じ冷却条件下で、オーステナイトからマルテンサイトへの変態が最初に起こり、変態したマルテンサイトの比容積は炭素含有量によって異なり、一部の低炭素および低合金領域でさえマルテンサイトがない場合があります（ベイナイト、焼入れ後の部品の不均一な変形を引き起こすすべてのtroostiteなど）。

異なる炭化物分布形態（粒状または繊維形態で分布）は、マトリックスの膨張および収縮に異なる影響を及ぼし、これは熱処理後の変形にも影響を及ぼします。一般に、空洞はカーバイド繊維の方向に沿って拡大し、繊維に垂直な方向が減少する一方で、それはより明白ですが、重要ではありません。一部の工場では、このための特別な規制を設けています。キャビティの変形を減らすために、キャビティの表面はカーバイドファイバーの方向に垂直である必要があります。炭化物が粒状の場合均一に分布している場合、空洞は均一な膨張と収縮を示します。

また、最終熱処理前の構造物の状態も変形に一定の影響を及ぼします。たとえば、球状パーライトの元の構造は、フレーク状パーライトよりも焼入れ後に変形する傾向が小さくなっています。そのため、変形要件の厳しい金型は、荒加工後の焼入れ焼戻し処理、仕上げ処理、最終熱処理を行うことがよくあります。

変形に及ぼす金型形状の影響

熱処理変形に対する金型形状の影響は、実際には熱応力と組織応力によって機能します。型の形状は多様であるため、それから正確な変形則を要約することは依然として困難です。

対称金型の場合、キャビティのサイズ、形状のサイズ、高さによって、キャビティの変形傾向を考慮することができます。金型の壁が薄く、高さが低いと、焼き入れが容易になります。現時点では、組織ストレスが主導的な役割を果たしている可能性があります。したがって、空洞はしばしば膨張する傾向があります。逆に、肉厚や高さが大きいと硬化しにくい。現時点では、熱応力が主導的な役割を果たす可能性があります。したがって、空洞はしばしば収縮する傾向があります。ここで言及されているのは一般的な傾向です。製造実習では、部品の具体的な形状、鋼種、熱処理工程などを考慮し、実習を通じて経験を継続的にまとめる必要があります。実際の生産では、金型の外形寸法が主な作業寸法ではないことが多く、変形は研削などで修正できるため、上記の主な分析はキャビティの変形傾向です。

非対称のカビの変形は、熱応力と組織応力の複合効果の結果でもあります。たとえば、薄肉金型と薄肉金型の場合、金型壁が薄いため、焼入れ時の内外の温度差が小さく、熱応力が小さくなります。しかし、焼入れしやすく、構造応力が大きいため、変形により空洞が膨張する傾向があります。

金型の変形を低減するために、熱処理部門は金型設計部門と協力して、断面サイズの大きな違いがある金型構造、対称的な金型形状、複雑な分割構造を回避するなど、金型設計を改善する必要があります。カビ。

金型形状が変更できない場合は、変形を抑えるために他の対策を講じることができます。これらの対策の一般的な考慮事項は、各部品を均一に冷却できるように冷却条件を改善することです。さらに、部品の焼入れ変形を制限するために、さまざまな強制措置を支援することもできます。たとえば、プロセス穴を追加することは、各部品を均一に冷却するための手段です。つまり、金型の一部に穴を開けて、金型の各部分を均一に冷却して変形を減らすことができます。また、金型の周囲にアスベストを巻き付けて、焼入れ後に膨張しやすく、内穴と外層の冷却差を大きくし、キャビティを収縮させることもできます。金型にリブを保持するか、リブを補強することは、変形を減らすためのもうXNUMXつの必須の手段です。キャビティが膨潤しているダイや、伸縮しやすい切り欠きのあるダイに特に適しています。

金型変形に及ぼす熱処理プロセスの影響

1.加熱速度の影響

一般的に、焼入れ加熱中は、加熱速度が速いほど金型に発生する熱応力が大きくなり、金型の変形や割れの原因となる可能性があります。特に合金鋼や高合金鋼の場合、熱伝導率が低いため、予熱に特に注意する必要があります。複雑な形状の一部の高合金金型では、複数の予熱手順を実行する必要があります。ただし、個々のケースでは、急速な加熱によって変形が減少する場合があります。このとき、金型の表面のみが加熱され、中心は「低温」のままであるため、組織応力と熱応力がそれに応じて減少し、コアの変形抵抗が大きくなります。、それにより、いくつかの工場の経験によれば、穴ピッチ変形を解決するために使用される焼入れ変形を低減することは、特定の効果を有する。

2.加熱温度の影響

焼入れ加熱温度は、材料の焼入れ性に影響を与えると同時に、オーステナイトの組成と結晶粒径に影響を与えます。

（1）焼入れ性の観点から、高温は熱応力を増加させますが、同時に焼入れ性を増加させるため、構造応力も増加し、徐々に支配的になります。例：炭素工具鋼T8、T10、T12など。、一般焼入れ温度で焼入れすると内径が縮む傾向がありますが、焼入れ温度を850℃以上に上げると焼入れ性が増し、構造応力が徐々に支配的になるため、内径に傾向が見られる場合があります。膨らむ。
（2）オーステナイト組成の観点から、焼入れ温度の上昇はオーステナイト炭素含有量を増加させ、焼入れ後のマルテンサイトの直角度（比容積の増加）は焼入れ後の体積を増加させます。
（3）Ms点への影響を詳しく見ると、焼入れ温度が高いほどオーステナイト粒が粗くなり、部品の変形や割れ傾向が大きくなります。

要約すると、すべての鋼種、特に一部の高炭素中合金鋼および高合金鋼では、焼入れ温度が金型の焼入れ変形に明らかに影響します。したがって、焼入れ加熱温度を正しく選択することが非常に重要です。

一般的に言って、急冷加熱温度を高くしすぎると、変形には適していません。性能に影響を与えないことを前提として、常に低い加熱温度が使用されます。ただし、焼入れ後のオーステナイトの残留量が多い鋼種（Cr12MoVなど）では、加熱温度を調整して金型の変形を調整することで、オーステナイトの残留量を調整することもできます。

3.焼入れ冷却速度の影響

一般に、冷却速度をMsポイントより上に上げると、熱応力が大幅に増加し、その結果、熱応力によって引き起こされる変形が増加する傾向があります。冷却速度をMsポイント未満に上げると、主に組織応力によって引き起こされる変形が増加する傾向があります。

鋼種が異なれば、Msポイントの高さが異なるため、同じ焼入れ媒体を使用すると、変形傾向が異なります。同じ鋼種の場合、異なる焼入れ媒体を使用すると、冷却能力が異なるため、変形傾向も異なります。

たとえば、炭素工具鋼のMsポイントは比較的低いため、水冷を使用すると、熱応力の影響が優勢になる傾向があります。冷却を使用すると、構造応力が優勢になる場合があります。

実際の製造では、金型は通常、グレーディングまたはグレーデッドオーステンパ処理時に完全に焼入れされないため、熱応力が主な影響であることが多く、キャビティが収縮する傾向があります。ただし、この時点では熱応力はそれほど大きくないため、全体の変形は比較的小さくなります。水-油二重液焼入れまたは油焼入れを使用すると、発生する熱応力が大きくなり、キャビティの収縮が大きくなります。

4.焼戻し温度の影響

変形に対する焼戻し温度の影響は、主に焼戻しプロセス中の構造の変形によって引き起こされます。焼戻し過程で「二次焼入れ」現象が発生すると、保持されたオーステナイトがマルテンサイトに変態し、生成されたマルテンサイトの比容積が保持されたオーステナイトの比容積よりも大きくなり、金型キャビティが膨張します。 Cr12MoVなどの一部の高合金工具鋼では、高温焼入れを使用して、主な要件として赤色の硬度を要求します。複数の焼き戻しを行う場合、焼き戻しを行うたびに体積がXNUMX回拡大します。

他の温度領域で焼入れした場合、焼入れマルテンサイトから焼戻しマルテンサイト（または焼戻しソルバイト、焼戻しトルースタイトなど）への変態により比容積が減少するため、キャビティが収縮する傾向があります。

さらに、焼戻し中、金型内の残留応力の緩和も変形に影響を与えます。金型を焼入れした後、表面が引張応力の状態にある場合、焼き戻し後にサイズが大きくなります。逆に、表面が圧縮応力の状態にある場合、表面は収縮します。しかし、組織変革と応力緩和のXNUMXつの効果のうち、前者が主な効果です。

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