จะป้องกันการเสียรูปและการแตกร้าวจากการอบชุบด้วยความร้อนของแม่พิมพ์ด้วยการออกแบบที่สมเหตุสมผลและการเลือกใช้วัสดุที่ถูกต้องได้อย่างไร

ส่วนที่ 1 การออกแบบอย่างมีเหตุผล

แม่พิมพ์ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบตามความต้องการในการใช้งาน และบางครั้งโครงสร้างของแม่พิมพ์อาจไม่เหมาะสมและสมมาตรได้อย่างสมบูรณ์แบบ ดังนั้น ผู้ออกแบบจึงต้องใช้มาตรการที่มีประสิทธิภาพบางประการในการออกแบบแม่พิมพ์โดยไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของแม่พิมพ์ และพยายามใส่ใจกับกระบวนการผลิต ความสมเหตุสมผลของโครงสร้าง และความสมมาตรของรูปทรงเรขาคณิต

(1) พยายามหลีกเลี่ยงมุมแหลมและส่วนที่มีความหนาต่างกันมาก

ควรมีการเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่นที่จุดเชื่อมต่อของส่วนหนาและบางของแม่พิมพ์ ซึ่งจะช่วยลดความแตกต่างของอุณหภูมิของหน้าตัดของแม่พิมพ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดความเครียดจากความร้อน และในเวลาเดียวกันก็ลดความไม่พร้อมกันของการเปลี่ยนแปลงเนื้อเยื่อบนหน้าตัด และลดความเครียดของเนื้อเยื่อ รูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่าแม่พิมพ์ใช้ฟิเลต์เปลี่ยนผ่านและกรวยเปลี่ยนผ่าน

(2) เพิ่มรูกระบวนการให้เหมาะสม

สำหรับแม่พิมพ์บางรุ่นที่ไม่สามารถรับประกันหน้าตัดที่สม่ำเสมอและสมมาตรได้ จำเป็นต้องเปลี่ยนรูที่ไม่ทะลุให้เป็นรูทะลุ หรือเพิ่มรูกระบวนการบางรูให้เหมาะสมโดยไม่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน

รูปที่ 2a แสดงแม่พิมพ์ที่มีโพรงแคบ ซึ่งจะเสียรูปตามที่แสดงด้วยเส้นประหลังการชุบแข็ง หากสามารถเพิ่มรูสำหรับกระบวนการสองรูในการออกแบบได้ (ดังที่แสดงในรูปที่ 2b) ความแตกต่างของอุณหภูมิของหน้าตัดระหว่างกระบวนการชุบแข็งจะลดลง ความเครียดจากความร้อนจะลดลง และการเสียรูปจะดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

(3) ใช้โครงสร้างแบบปิดและสมมาตรให้มากที่สุด

เมื่อรูปร่างของแม่พิมพ์เป็นแบบเปิดหรือไม่สมมาตร การกระจายความเค้นหลังการชุบแข็งจะไม่สม่ำเสมอและเสียรูปได้ง่าย ดังนั้น สำหรับแม่พิมพ์แบบรางที่เสียรูปได้ทั่วไป ควรเสริมเหล็กก่อนการชุบแข็ง จากนั้นจึงตัดออกหลังการชุบแข็ง ชิ้นงานแบบรางที่แสดงในรูปที่ 3 เดิมทีถูกทำให้เสียรูปเมื่อถึง R หลังการชุบแข็ง และการเสริมเหล็ก (ส่วนที่เป็นเส้นในรูปที่ 3) สามารถป้องกันการเสียรูปจากการชุบแข็งได้อย่างมีประสิทธิภาพ

(4) นำโครงสร้างแบบผสมผสานมาใช้ คือ การทำแม่พิมพ์เบี่ยง แยกแม่พิมพ์บนและล่างของแม่พิมพ์เบี่ยง และแยกแม่พิมพ์และปั๊มออก

สำหรับแม่พิมพ์ขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างและขนาดที่ซับซ้อน >400 มม. และหมัดที่มีความหนาและความยาวน้อย ควรใช้โครงสร้างแบบผสมผสานเพื่อลดความซับซ้อน ลดขนาดใหญ่ให้เล็ก และเปลี่ยนพื้นผิวด้านในของแม่พิมพ์ให้เป็นพื้นผิวด้านนอก ซึ่งไม่เพียงแต่สะดวกต่อการประมวลผลการทำความร้อนและการทำความเย็นเท่านั้น

เมื่อออกแบบโครงสร้างแบบรวม โดยทั่วไปควรแยกส่วนตามหลักการต่อไปนี้ โดยไม่ส่งผลกระทบต่อความแม่นยำในการติดตั้ง:

• ปรับความหนาเพื่อให้หน้าตัดของแม่พิมพ์ที่มีหน้าตัดต่างกันมากมีความสม่ำเสมอเกือบเท่าๆ กันหลังการสลายตัว
• สลายตัวในที่ที่เกิดแรงเครียดได้ง่าย ช่วยกระจายแรงเครียด และป้องกันการแตกร้าว
• ร่วมมือกับรูกระบวนการเพื่อสร้างโครงสร้างสมมาตร
• สะดวกต่อการแปรรูปทั้งแบบเย็นและร้อน และประกอบง่าย
• สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการทำให้มั่นใจว่าสามารถใช้งานได้

ตามที่แสดงในรูปที่ 4 เป็นแม่พิมพ์ขนาดใหญ่ หากใช้โครงสร้างแบบครบวงจร ไม่เพียงแต่การอบชุบด้วยความร้อนจะยากขึ้นเท่านั้น แต่โพรงจะหดตัวไม่สม่ำเสมอหลังการชุบแข็ง และทำให้คมตัดเกิดความไม่สม่ำเสมอและการบิดเบือนระนาบ ซึ่งจะแก้ไขได้ยากในการประมวลผลครั้งต่อไป ดังนั้น จึงสามารถใช้โครงสร้างแบบผสมผสานได้ ตามเส้นประในรูปที่ 4 จะแบ่งออกเป็น 4 ส่วน และหลังจากการอบชุบด้วยความร้อนแล้ว จะประกอบและขึ้นรูป จากนั้นจึงเจียรและจับคู่กัน ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดความซับซ้อนในการอบชุบด้วยความร้อน แต่ยังช่วยแก้ปัญหาการเสียรูปได้อีกด้วย

ส่วนที่ 2 การเลือกวัสดุที่ถูกต้อง

การเสียรูปและการแตกร้าวจากการอบด้วยความร้อนนั้นมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับเหล็กที่ใช้และคุณภาพของเหล็ก ดังนั้นควรพิจารณาจากข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของแม่พิมพ์ การเลือกเหล็กที่เหมาะสมควรคำนึงถึงความแม่นยำ โครงสร้าง และขนาดของแม่พิมพ์ ตลอดจนลักษณะ ปริมาณ และวิธีการประมวลผลของวัตถุที่ประมวลผล หากแม่พิมพ์ทั่วไปไม่มีข้อกำหนดด้านการเสียรูปและความแม่นยำ สามารถใช้เหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนเพื่อลดต้นทุนได้ สำหรับชิ้นส่วนที่เสียรูปและแตกร้าวได้ง่าย สามารถใช้เหล็กกล้าเครื่องมือโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงกว่าและความเร็วในการดับวิกฤตและการระบายความร้อนที่ช้ากว่าได้ ตัวอย่างเช่น แม่พิมพ์ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เดิมใช้เหล็ก T10A ซึ่งมีการเสียรูปมาก และแตกร้าวได้ง่ายหลังจากการดับด้วยน้ำและการระบายความร้อนด้วยน้ำมัน และโพรงดับในอ่างอัลคาไลนั้นไม่ง่ายที่จะชุบแข็ง ปัจจุบันใช้เหล็ก 9Mn2V หรือเหล็ก CrWMn ความแข็งในการดับและการเสียรูปสามารถตอบสนองความต้องการได้

จะเห็นได้ว่าเมื่อการเสียรูปของแม่พิมพ์ที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนไม่เป็นไปตามข้อกำหนด ก็ยังคุ้มต้นทุนที่จะใช้เหล็กกล้าผสม เช่น เหล็กกล้า 9Mn2V หรือเหล็กกล้า CrWMn แม้ว่าต้นทุนวัสดุจะสูงกว่าเล็กน้อย แต่ปัญหาการเสียรูปและการแตกร้าวก็หมดไป

ในการคัดเลือกวัตถุดิบอย่างถูกต้องนั้น จำเป็นต้องเสริมสร้างการตรวจสอบและการจัดการวัตถุดิบเพื่อป้องกันการแตกร้าวจากการอบชุบด้วยความร้อนแม่พิมพ์อันเนื่องมาจากข้อบกพร่องของวัตถุดิบ

เรียบเรียงโดย เมย์ เจียง จาก MAT Aluminum