จะป้องกันการเสียรูปและการแตกร้าวจากการอบชุบด้วยความร้อนของแม่พิมพ์ได้อย่างไรโดยการออกแบบที่สมเหตุสมผลและการเลือกใช้วัสดุที่ถูกต้อง?

ส่วนที่ 1 การออกแบบอย่างมีเหตุผล

แม่พิมพ์ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบตามความต้องการใช้งาน และบางครั้งโครงสร้างของแม่พิมพ์อาจไม่สมดุลและเหมาะสมอย่างสมบูรณ์ ด้วยเหตุนี้ ผู้ออกแบบจึงจำเป็นต้องใช้มาตรการที่มีประสิทธิภาพในการออกแบบแม่พิมพ์โดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพของแม่พิมพ์ และพยายามให้ความสำคัญกับกระบวนการผลิต ความสมเหตุสมผลของโครงสร้าง และความสมมาตรของรูปทรงเรขาคณิต

(1) พยายามหลีกเลี่ยงมุมแหลมและส่วนที่มีความหนาต่างกันมาก

ควรเกิดการเปลี่ยนผ่านที่ราบรื่นบริเวณรอยต่อระหว่างส่วนหนาและส่วนบางของแม่พิมพ์ ซึ่งจะช่วยลดความแตกต่างของอุณหภูมิของหน้าตัดแม่พิมพ์ ลดแรงเค้นจากความร้อน และลดความไม่พร้อมกันของการเปลี่ยนแปลงเนื้อเยื่อบนหน้าตัดแม่พิมพ์ และลดแรงเค้นของเนื้อเยื่อ รูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่าแม่พิมพ์ใช้แผ่นฟิลเล็ตเปลี่ยนผ่านและกรวยเปลี่ยนผ่าน

(2) เพิ่มรูกระบวนการให้เหมาะสม

สำหรับแม่พิมพ์บางประเภทที่ไม่สามารถรับประกันหน้าตัดที่สม่ำเสมอและสมมาตรได้ จำเป็นต้องเปลี่ยนรูที่ไม่ทะลุให้เป็นรูทะลุ หรือเพิ่มรูกระบวนการบางรูให้เหมาะสมโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพการทำงาน

รูปที่ 2a แสดงแม่พิมพ์ที่มีโพรงแคบ ซึ่งจะเสียรูปตามที่แสดงด้วยเส้นประหลังจากการชุบแข็ง หากสามารถเพิ่มรูสำหรับกระบวนการสองรูในการออกแบบ (ดังแสดงในรูปที่ 2b) ความแตกต่างของอุณหภูมิของหน้าตัดระหว่างกระบวนการชุบแข็งจะลดลง ความเค้นทางความร้อนจะลดลง และการเสียรูปจะดีขึ้นอย่างมาก

(3) ใช้โครงสร้างแบบปิดและสมมาตรให้มากที่สุด

เมื่อแม่พิมพ์มีรูปร่างเปิดหรือไม่สมมาตร การกระจายแรงเค้นหลังการชุบแข็งจะไม่สม่ำเสมอและเกิดการเสียรูปได้ง่าย ดังนั้น สำหรับแม่พิมพ์แบบรางน้ำที่เสียรูปได้ทั่วไป ควรเสริมเหล็กก่อนการชุบแข็ง แล้วจึงตัดออกหลังการชุบแข็ง ชิ้นงานแบบรางน้ำที่แสดงในรูปที่ 3 เดิมทีถูกทำให้เสียรูปที่อุณหภูมิ R หลังการชุบแข็ง และการเสริมแรง (ส่วนฟักในรูปที่ 3) สามารถป้องกันการเสียรูปหลังการชุบแข็งได้อย่างมีประสิทธิภาพ

(4) นำโครงสร้างแบบผสมผสานมาใช้ คือ การทำแม่พิมพ์เบี่ยงแยกแม่พิมพ์เบี่ยงบนและแม่พิมพ์เบี่ยงล่างออกจากกัน และแยกแม่พิมพ์และปั๊มออก

สำหรับแม่พิมพ์ขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างและขนาดซับซ้อน >400 มม. และหมัดที่มีความหนาและความยาวน้อย ควรใช้โครงสร้างแบบผสมผสาน ลดความซับซ้อน ลดขนาดใหญ่ให้เล็ก และเปลี่ยนพื้นผิวด้านในของแม่พิมพ์ให้เป็นพื้นผิวด้านนอก ซึ่งไม่เพียงแต่สะดวกต่อการให้ความร้อนและการทำความเย็นในการประมวลผลเท่านั้น

เมื่อออกแบบโครงสร้างแบบรวม โดยทั่วไปควรแยกส่วนตามหลักการต่อไปนี้โดยไม่กระทบต่อความแม่นยำในการปรับ:

• ปรับความหนาเพื่อให้หน้าตัดของแม่พิมพ์ที่มีหน้าตัดต่างกันมากมีความสม่ำเสมอโดยทั่วไปหลังจากการสลายตัว
• สลายตัวในที่ที่เกิดแรงเครียดได้ง่าย กระจายแรงเครียด และป้องกันการแตกร้าว
• ร่วมมือกับรูกระบวนการเพื่อสร้างโครงสร้างสมมาตร
• สะดวกสำหรับการแปรรูปแบบเย็นและแบบร้อน และประกอบง่าย
• สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการทำให้มั่นใจว่าสามารถใช้งานได้

ดังแสดงในรูปที่ 4 เป็นแม่พิมพ์ขนาดใหญ่ หากใช้โครงสร้างแบบรวม ไม่เพียงแต่การอบชุบด้วยความร้อนจะยากขึ้นเท่านั้น แต่โพรงจะหดตัวไม่สม่ำเสมอหลังจากการชุบแข็ง และอาจก่อให้เกิดความไม่สม่ำเสมอและการบิดเบี้ยวของระนาบของคมตัด ซึ่งจะแก้ไขได้ยากในกระบวนการถัดไป ดังนั้นจึงสามารถใช้โครงสร้างแบบรวมได้ ตามเส้นประในรูปที่ 4 แบ่งออกเป็นสี่ส่วน หลังจากการอบชุบด้วยความร้อนแล้ว ส่วนประกอบต่างๆ จะถูกประกอบและขึ้นรูป จากนั้นจึงเจียรและจับคู่ ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดความซับซ้อนของการอบชุบด้วยความร้อน แต่ยังช่วยแก้ปัญหาการเสียรูปได้อีกด้วย

ส่วนที่ 2 การเลือกวัสดุที่ถูกต้อง

การเสียรูปและการแตกร้าวจากการอบชุบด้วยความร้อนมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับเหล็กที่ใช้และคุณภาพ ดังนั้นจึงควรพิจารณาจากข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของแม่พิมพ์ การเลือกเหล็กที่เหมาะสมควรคำนึงถึงความแม่นยำ โครงสร้าง และขนาดของแม่พิมพ์ รวมถึงลักษณะ ปริมาณ และวิธีการแปรรูปของชิ้นงาน หากแม่พิมพ์ทั่วไปไม่ต้องการการเสียรูปและความแม่นยำ สามารถใช้เหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนเพื่อลดต้นทุนได้ สำหรับชิ้นส่วนที่เสียรูปและแตกร้าวได้ง่าย สามารถใช้เหล็กกล้าเครื่องมือผสมที่มีความแข็งแรงสูงกว่าและความเร็วในการชุบแข็งและเย็นตัวที่ช้ากว่าได้ ตัวอย่างเช่น แม่พิมพ์ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เดิมใช้เหล็กกล้า T10A ซึ่งมีการเสียรูปมากและแตกง่ายหลังจากการชุบแข็งด้วยน้ำและการหล่อเย็นด้วยน้ำมัน และโพรงชุบแข็งในอ่างอัลคาไลนั้นไม่แข็งตัวง่าย ปัจจุบันใช้เหล็กกล้า 9Mn2V หรือเหล็กกล้า CrWMn ซึ่งความแข็งและการเสียรูปในการชุบแข็งสามารถตอบสนองความต้องการได้

จะเห็นได้ว่าแม้แม่พิมพ์ที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนจะเสียรูปไม่ตรงตามข้อกำหนด ก็ยังสามารถใช้เหล็กกล้าผสม เช่น เหล็กกล้า 9Mn2V หรือเหล็กกล้า CrWMn ได้อย่างคุ้มค่า ถึงแม้ว่าต้นทุนวัสดุจะสูงกว่าเล็กน้อย แต่ปัญหาการเสียรูปและการแตกร้าวก็หมดไป

ขณะเลือกวัสดุอย่างถูกต้อง จำเป็นต้องเสริมสร้างการตรวจสอบและการจัดการวัตถุดิบเพื่อป้องกันการแตกร้าวจากการอบชุบด้วยความร้อนแม่พิมพ์อันเนื่องมาจากข้อบกพร่องของวัตถุดิบ

แก้ไขโดย May Jiang จาก MAT Aluminum