虽然模具热处理变形不可避免，但通过合理选材、合理设计模具、控制原材料质量、正确锻造、合理机械加工、正确热处理等是可以减少和控制的。另外，掌握模具形状的变形规律，在设计或加工时预先留出变形余量，对减少热处理变形也是有利的。

1.模具热处理变形控制措施

（1）合理选用模具材料 合金钢比碳素钢淬火变形小，而高合金钢又比低合金钢淬火变形小。对于有硬度要求的模具，应尽量选择能够在较缓和的冷却条件下便能达到硬化目的的模具材料，通常可采用淬透性较好的合金钢等，因为这种钢淬火变形倾向较小。此外，模具设计时还可根据需要，选择高强度钢和非调质钢，这类钢淬火变形控制效果较好。一些塑料模具还可采用预硬化型塑料模具钢（如3Cr2Mo、B25、B30等），因为这类钢在进行预硬化处理（调质）后可以获得要求的使用性能，最后加工成形后可直接使用，故而避免了因热处理而引起的淬火变形和裂纹等缺陷。大截面及要求变形小的模具则应尽量采用微变形钢，如5CrNiMnMoVSCa、Cr5Mo1V、Cr12MoV、8Cr2MnWMoVS钢等。

例如，用T10A钢制的陶瓷模型芯凹模，采用双介质淬火后口部呈喇叭口状，变形大（0.12mm），根部易开裂。若改用CrWMn钢，则变形较小并能满足技术要求。

（2）合理设计模具 合理的模具结构是实现模具热处理微变形的重要条件之一。如果模具结构设计不合理，就会导致其工艺性先天不良，而这往往是造成淬火变形的根本原因。合理的模具结构，能够使其在热处理过程中加热时均匀受热，冷却时均匀散热，而模具加热冷却均匀，应力分布也就均匀，因此可以减小淬火变形。

模具设计时要根据其不同的工作条件，满足不同的要求。例如：对于切削性能要求高的模具，应该重点保证耐磨性和硬度；对于承受较大冲击的模具，则应保证冲击韧性。另外，模具设计者和热处理工作者都应熟悉和掌握材料的特性。

实例 模具（见图4-8），材料为Cr12MoV钢，采用直径200mm的圆棒料锻成。当钢材碳化物分布方向与模具的孔型中心线相垂直时，经960℃装箱加热后油淬，孔形产生了严重的圆度超差，即顺着碳化物方向的直径缩小了0.04mm，而垂直于碳化物方向的直径缩小达0.17mm。后改用直径120mm圆棒料镦粗后加工，使钢材的轧制方向与模具孔形的中心线一致，同上规范淬火后，孔形的圆度误差减小到了0.02mm左右。

为了减少模具的淬火变形，设计模具时应力求形状简单、均匀、截面对称。当确实因结构需要无法满足上述要求时，也可采用组合或镶套方法，在淬火回火后再进行加工也是减少变形的有效方法。

图4-8 Cr12MoV钢制模具简图

实例Cr12MoV钢制压胶模（见图4-9）上的5个圆孔为工作部分，淬火后5个圆孔都出现了变形，磨削加工比较困难。后改为镶嵌式结构，件2仍为Cr12MoV钢，件1为40Cr钢（淬火硬度为45～50HRC）。件2淬火后变形小，可磨削加工。这样既解决了模具变形问题，又可节约大量高合金钢。

图4-9 Cr12MoV钢制压胶模简图

1—40Cr钢 2—Cr12MoV钢

模具的形状多种多样的，在设计时，有时可以采用不容易变形的形状，有时则不能避免。模具设计者如果能够掌握模具形状的变形规律，在设计或加工时预先留出变形余量，对减少热处理变形或减少热处理后精加工工时是大有好处的。图4-10所示是由于模具的形状或材料的方向性引起的在热处理时可能出现的变形倾向，很有参考价值。

图4-10 模具的变形趋势

a）由于模具形状产生的变形倾向（双点画线） b）由于材料的方向性出现的变形倾向（双点画线）

模具设计时，对壁厚不均匀的模具，可采用增加工艺孔的方法（目的是增加冷却均匀性）来减少因截面相差悬殊造成的热处理变形与开裂，如图4-11所示。对有薄壁、尖角的模具，要尽量改用圆角过渡并增大圆角半径。

实例 图4-12所示为大型剪切凸模，材料为T10钢。原设计为减轻重量，结构采用方框形，要求整体淬火后硬度为58～63HRC。但其淬火后经常因歪扭变形而报废（刃口用火焰淬火变形稍小，但也超差）。采用组合式结构又不易并合。为了减小变形，改为图4-12所示的中心多孔的平板形状，用T10钢制造后，刃口处用氧乙炔焰加热淬火，获得较好的效果。

图4-11 模具增加工艺孔减少变形的示意图

图4-12 大型剪切凸模简图

模具设计时应保证其具有一定的厚度，以使模具具有足够高的强度。例如，薄壁冲模的壁厚，应尽可能厚一些，并在下冲模的四周留有余量，如图4-13a所示的下冲模冲孔边缘的宽度应为下冲模厚度的1.5～2倍。对于大型模具，该宽度应为下冲模厚度的2～3倍。导向孔和冲模冲孔边缘的距离应为厚度的2倍。当模具上的冲孔形状比较简单且规则时，该宽度可选下限；如果冲孔形状比较复杂，该宽度则应选上限。如果冲孔是圆形，则下冲模最好也是圆形，如图4-13b所示。

设计冲压大圆孔的下冲模时，圆孔中心必须和冲模外形保持同心，以保证其截面均匀一致，如图4-14a所示。另外，从冲孔到定位孔（辅助孔）之间的距离，应和冲模的厚度相适应，如图4-14b、c所示。

图4-13 薄壁冲模减小变形的设计

a）上、下冲模宽度选择 b）圆孔冲模的下模形状

图4-14 冲压大圆孔的模具中心工艺设计

a）大圆孔模具中心 b）辅助孔的间距 c）合理的辅助孔

（3）严格控制原材料质量 原材料应避免存在偏析、疏松、发纹、脱碳、带状组织及碳化物分布不均等质量缺陷。改善碳化物偏析程度，可采用增加模具毛坯的锻造比等措施。

（4）采用正确的锻造方法 模具毛坯在锻造时应保证一定的锻造比。采用六面锻造、十字锻造、反复镦拔等方法，并配合预先正火、快速球化退火等工艺，可消除模具钢碳化物网、碳化物带及碳化物链，并获得分布均匀、细小的碳化物，同时保证毛坯流线的合理排列，而且在淬火时可使模具变形最小。

（5）进行预备热处理 预备热处理（正火、球化退火及调质）的作用是：消除残余应力及不良组织；改善切削加工性能和冷压加工性能；细化晶粒以改善淬火质量，减小淬火变形，防止淬火开裂。

1）毛坯退火预备热处理。模具毛坯锻造后一般都应经过退火处理，以使基体重结晶组织均匀化，并消除锻造应力，降低锻件硬度，便于切削加工。该方法对减小模具变形也是有力的。

2）调质预备热处理。其工艺过程是在稍高于Ac₁点的温度进行淬火及高温回火（550～650℃），使模具体积变化小于退火状态，并抵消由马氏体转变而产生的体积膨胀。调质预备热处理可以削弱高速工具钢、高铬钢的异常变形倾向，可使Cr12MoV钢的纵向横向淬火变形胀缩率差异降低50%，并减轻翘曲作用，还可以显著减少体积的膨胀程度。例如，先经过调质处理，再按常规工艺淬火后，Cr2、9SiCr、CrWMn钢等的尺寸变化可减少70%～90%，Cr12MoV、W18Cr4V等合金工具钢和高速工具钢可减少30%～50%。再如20mm×100mm×2000mm的T10钢制剪刀板，若不经过调质处理，淬火后其长度将伸长5～6mm，并使螺纹孔的距离拉长，无法安装到剪板机上，但如果预先对其进行调质处理，再钻孔并加工到尺寸，只要孔的直径比螺纹孔大1.5mm，就可以顺利地安装使用。

模具毛坯调质处理所采用的淬火温度通常为Ac₁或Ac₃+20～40℃，回火温度通常采用600℃左右，保温时间为2～4h。常用模具钢的调质工艺参数见表4-18。

表4-18 常用模具钢的调质工艺参数

在调质处理后，由于硬度提高，机械加工应力相应增加。因此，对于形状复杂的模具，在调质及机械加工后，有必要再进行一次去应力退火，以去除加工时所产生的应力，然后再以变形最小的热处理工艺淬火，以控制其变形量，达到设计的要求。

（6）冷热加工配合 掌握模具的变形规律及其特点后，预留加工余量、变更加工工序、合理安排冷热加工工序对减少模具变形非常重要。

（7）减小和消除毛坯锻造及机械加工残余应力 合理选择切削加工量（避免大的吃刀量）、淬火前消除残余应力、做好模坯的预备热处理，对减少模具变形比较重要。

模具在机械加工后及淬火前采用去应力退火可减少淬火变形。其工艺是将模具加热到550～650℃（尽可能接近回火温度），保温4～8h，再随炉缓冷到300℃左右出炉。经此处理后，模具的残余应力得以消除，从而使变形减小。消除应力温度越高，材料的塑性越好，应力消除得也越彻底。如果模具在淬火前经过弯曲及校直处理，则消除应力是必不可少的。否则，模具一经加热淬火，必定会再次发生严重的弯曲变形。

（8）制定合理的热处理工艺规范并选用先进的热处理设备

1）合理的装炉方式。模具钢在淬火加热成奥氏体状态时由于塑性增大，在其自重的作用下会产生变形。因此，模具在装炉时应通过堵塞孔、用铁皮包裹薄壁处、采用合理的捆绑及吊装方式等来减小其变形。

2）采用预热、分阶段升温、下限的淬火温度加热。淬火时的奥氏体化温度要尽可能低，且保温时间不要超过规定值，以减小热应力。另外，必须采用缓慢加热或分阶段式加热的方法来减缓加热速度，特别是在加热导热性差的高合金钢和大尺寸模具的时候。如图4-15所示为Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2钢在普通加热炉中加热时通常采用的分阶段式加热方法。

图4-15 Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2钢的淬火加热曲线

形状比较简单的模具因淬火变形小，可以不进行预热，但精密的、形状复杂的模具必须进行预热。如果对大型模具要进行预热，第一阶段预热温度可采用550℃。预热保温的时间要根据模具的有效厚度来定，一般按每25mm厚度保温15min来计算。有些高合金工具钢（如Cr12MoV钢）为空冷钢种，几乎没有冷却变形，所以适宜制造精密模具。表4-19为几种代表性钢种尺寸变化率。高合金钢的导热性比较差，如果加热速度快，则整体升温速度就不一致，这将引起较大的加热变形，所以必须进行预热。预热的方式可采用550℃和800℃两段预热。第一段预热按壁厚每25mm加热15min计算，第二段预热按每25mm加热8min计算。形状简单的模具可以省去550℃的第一段预热。

表4-19 几种代表性钢种尺寸变化率

采用盐浴炉加热时，可以采取静态加热、局部加热、多次预热、合理吊挂、避开电极等措施来减少变形；采用箱式电阻炉加热时，可以采取合理放置、装箱架空加热（利于均匀受热）及快速加热（仅适用于截面尺寸相差不大的模具）等措施来减少变形。

一般的原则是，在保证模具性能的前提下，应尽量选用下限的淬火加热温度，这样可减小与淬火冷却介质的温差和热应力，而且模具的强度较高，对减小变形有利。另外，通过控制淬火温度还可以调整残留奥氏体的含量，从而达到控制模具变形的目的。例如，T10A钢冲模经760～770℃加热淬火后，其变形量仅为820℃加热淬火的1/10～1/7。

3）控制淬火冷却。模具的淬火变形大多发生在淬火冷却阶段，故淬火冷却的方式方法非常重要。淬火冷却的原则是在保证性能的基础上，尽可能采用缓慢冷却的方法来减少变形。例如，采用预冷（空气预冷、局部预冷、恒温预冷）淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火、真空炉加热气淬和浅层淬火等工艺都可减少模具变形。同时，冷却槽要有足够的冷却能力，一次淬入量要适当，冷却方式要合理；还要使模具各部位产生的热应力和组织应力尽量均衡，从而减少变形。显然提高淬火油温度，以减小温差，使热应力减小，对减少变形是很有利的。

采用分级淬火可减少变形。例如，CrWMn钢制模具（见图4-16），经调质处理及机械加工成形后，在800～820℃盐浴炉加热10min，在空气中预冷1min后淬入200～220℃硝盐浴中冷却，停留45～50s后取出在空气中继续冷至室温，结果孔距90mm±0.02mm变形量符合图样要求，即小于0.02mm。实践证明，该模具在160℃硝盐中等温，停留1.5～3min也可以得到符合图样规定的公差要求。

采用多次分级淬火（即复合淬火），可进一步降低模具淬火变形。例如，T10钢制凹模（外形尺寸为120mm×94mm×22mm），其热处理工艺过程为：预热400℃×30min，加热800℃×3.9min，出炉预冷30s后淬入160℃碱浴中保温2min，再转入180℃硝盐浴中保温10min后出炉，回火180℃×60min。经检验，模具变形甚微，变形量为-0.05～-0.01mm。

图4-16 CrWMn钢制模具简图

采用等温淬火也可减少变形。该方法是避免淬火裂纹、减少变形的重要工艺措施。等温淬火时，奥氏体直接转变为下贝氏体，可降低体积变化及淬火组织应力，促使热应力得到松弛。例如，低合金工具钢制模具，因刃口薄而凸起、截面形状不对称，以多种淬火工艺处理，均变形超差，后改用230～250℃硝盐等温淬火，结果平面度误差为0.1mm，型腔收缩0.04～0.06mm，满足了技术要求。

4）采用合理的淬火冷却介质、进入淬火槽的方向与冷却方式。在满足硬度及硬化层深度的前提下，尽量选用冷却作用缓和、均匀的淬火冷却介质（如热浴淬火冷却介质等）来减少淬火变形。表4-20为减少模具淬火变形常用的几种淬火冷却介质。

表4-20 减少模具淬火变形常用的几种淬火冷却介质

（续）

模具进入淬火槽的方向及冷却方式合理是减少模具热处理变形的有效措施。操作时需注意以下几点：平板状或截面尺寸均匀的模具，沿长轴方向垂直进入淬火冷却介质中；截面不对称的模具，以凹面向下并沿长轴与液面成一角度的方向进入淬火冷却介质中，然后作水平小行程起伏运动；截面大体均匀的长条形模具（如直剪刃），以水平位置、凹面向下进入淬火冷却介质（即横向淬火法，该方法对细长的轴、剪刃、刀片等减少淬火变形的效果极为明显）；如果模具无凹处（在凹处可能积聚气泡），则可以静止于水中。

局部加热的模具，应将未加热部分先行入水预冷后再全部入水。薄板类模具零件（垫板等）进入淬火冷却介质时动作应迅速而平稳。

5）通过控制残留奥氏体量来减少热处理变形。采用较低温度对模具材料淬火加热，既可以减少热应力，还可以使材料得到适量的残留奥氏体，因此有利于减少模具变形，防止晶粒粗大，从而提高材料韧性。如果要求模具具有较高的耐磨性和抗压强度，当然还应采用较高的淬火温度。(www.daowen.com)

高合金钢淬火后，由于存在大量的残留奥氏体，故会使模具的尺寸在使用过程中发生变化。如果对其淬火冷却4h后进行冷处理，使残留奥氏体转变为马氏体，则能够稳定组织，减少变形。例如，Cr12MoV钢制电影胶卷冲孔模（见图4-17），尺寸精度要求极高，淬火后经-80℃×6h冷处理，能够使其尺寸大大稳定。

6）及时并充分回火。模具淬火后可以利用回火来调整残留奥氏体的转变量，以减小模具时效变形或进行变形校正。操作时需注意以下几点：应使淬火后的模具表面冷却到60～80℃以下，再进行充分保温回火；形状复杂、存在内尖角的模具，可在表面冷却到100～150℃时直接进行首次回火，冷却到室温后再重新加热回火。另外，需要进行线切割加工的模具，经充分回火后再附加热油（140～160℃）时效12～24h，可有效地克服加工过程中自行破碎或尺寸变化的缺陷。例如，用Cr12钢制小电机硅钢片落料模，经淬火及180～220℃回火后硬度为60～64HRC，在随后进行线切割时，由于残余应力的作用，加工后变形量达0.07～0.1mm而超差，后增加140～160℃热油浴12～20h时效处理，线切割加工变形量降低到0.01～0.02mm，保证了精度要求。

7）深冷处理。模具淬火后进行-150℃～-195℃深冷处理，可使奥氏体进一步转变为马氏体，但这时所获得的马氏体能够引起时效收缩变形。因此，经深冷处理后进行低温稳定化回火是很必要的。

8）补充回火。等温淬火和分级淬火后具有较多量的残留奥氏体，易产生时效变形。因此，为防止时效变形，在等温淬火和分级淬火后必须进行补充回火。

9）采用机械加固以减少热处理变形。采用机械加固以减少热处理变形的方法如图4-18所示。

图4-17 Cr12MoV钢制电影胶卷冲孔模简图

图4-18 模具机械加固以减少热处理变形的措施示意图

a）加工时预留工艺拉筋 b）成对加工 c）加设工艺拉杆 d）长槽形凹模预留工艺拉筋

10）采用热平衡辅具减少热处理变形。当模具变形难以用机械手段控制，且改变淬火工艺参数效果不明显时，可采用图4-19所示的热平衡辅具（如型芯、套、填充块等）来改变各部位的相对冷却速度，以便调节变形趋势，控制变形量。

模具在冷却过程中，还可利用压力机或其他机械夹具对模具施加限制，以减少翘曲变形。例如，T10A钢凹模经常规双液淬火后，型腔纵横向分别收缩了0.1～0.15mm，后采用合模淬火，770℃加热7min，盐水冷却5s后取出，再立即塞入凸模转热油停留片刻后于220℃回火，槽宽仅收缩了0.02mm，长度未发生变化。

图4-19 减少模具热处理变形应用热平衡辅具

a）安置在型腔中 b）安置在背面单薄部位 c）安置在孔外单薄部位 d）安置在内孔中

11）采用气体氮碳共渗。气体氮碳共渗具有尺寸变化小和变形小的优点。由于氮碳共渗时的尺寸变化和变形大多数是由残余应力引起的，因此通常可使用调质处理来消除残余应力。调质作为氮碳共渗前的预备热处理时，必须注意以下两点：①先粗加工，后调质；②回火温度在600℃以上时，为了减少新的残余应力产生，应该缓慢冷却（随炉冷却）。此外，还可以采用退火作为预备热处理。如果必须采用正火作为预备热处理，则应在正火后再进行低温回火，以消除正火后的残余应力。通常渗氮处理的尺寸膨胀量随材料和处理条件的不同而不同，膨胀量大体上为氮化物形成深度的20%～25%。对于要求特别精密的模具，设计时最好把这个膨胀量考虑进去。对于公差要求特别严格的模具，也可以先进行试验，再根据试验结果来决定加工尺寸。

12）采用快速加热方法。快速加热方法适用于模具的工作部分，如冲模的刃口。具体方法是，将模具的工作部分加热到需要的淬火温度即可，而其心部可以保持稍低的温度。这样做的好处是模具中心部分具有较大的塑性变形抗力，能够阻止模具淬火冷却后产生的较大变形。

对有些小型简单模具，为减小变形也可采用快速加热方法。由于快速加热时相变可迅速完成，所以晶粒细化，变形减小，而且氧化脱碳倾向也大大减少，但必须严格控制加热温度和时间，并在淬火后迅速回火。

碳素工具钢和低合金钢的快速加热规范如下：采用箱式电阻炉时加热温度为950～980℃，加热时间为20～25s/mm；采用盐浴炉时加热温度为960～980℃，加热时间为3～5s/mm。要注意的是，对截面复杂的模具，应选用下限值。

实例T8钢制凹模（见图4-20），要求硬度54～58HRC，用于冲压1.5mm纸胶板，允许间隙0.02mm。采用980℃快速加热（3～5s/mm），淬入160℃硝盐浴中，冷至300℃左右即转入100℃油中，结果变形很小，能够达到要求。

图4-20 T8钢制凹模简图

13）采用浅层淬火。这种淬火方法适用于冲压凹模。一般凹模在使用时，主要工作部位是棱边刃口，如果在淬火时控制好加热时间，仅使刃口部位组织奥氏体化，再选择适当的淬火冷却介质，使淬火后硬化层的深度为2～4mm，心部组织仍为珠光体，则淬火应力可大为减小，故淬火后的变形很小。这种方法又称为微变形淬火法。其工艺过程及要点如下：①为了确保硬化层深度为2～4mm，模具在淬火前必须经过预热。对于截面厚度在15mm以上的高碳工具钢模具和截面厚度为10～20mm的低合金工具钢模具，应预热到300～350℃；对于截面厚度大于20mm的模具，必须预热到500～550℃。预热时，保温必须足够，以免入炉淬火加热时炉温出现过多的下降。②为了保证模具钢加热后不致全部奥氏体化而只加热刃部，并防止硬化层过深或过薄，加热温度可选用常规淬火温度的上限。保温时间按加热系数乘以有效厚度的1/2计算，并根据模具形状、尺寸等因素予以修正。③加热设备可采用盐浴炉，每次加热1件，在炉温到温后入炉。④截面厚度小的模具，可采用180℃碱浴淬火冷却。低合金钢模具，可采用160～180℃硝盐或120℃热油淬火冷却。

实例 下冲模（见图4-21），材料为CrWMn钢，技术要求：硬度为58～62HRC，配合间隙为0.45～0.65mm。

下冲模热处理工艺规程及效果如下：调质处理后先进行机械加工；预热500℃×60min；840℃盐浴炉中加热，保温8min，淬入250℃硝盐，停留4min后空冷；回火290℃×90min。经检验，尺寸为10mm的局部缩小了0.02～0.03mm，其他部位无变化；刃口四周硬度为60HRC，其他部位硬度为47HRC。

图4-21 下冲模简图

14）采用低温和恒温预冷淬火工艺。低温淬火可防止淬火裂纹的产生，减少变形并提高韧性。例如，CrWMn、MnCrWV钢制小型冲头以790～810℃淬火，9Mn2V钢以750～770℃淬火，可获得微变形、少磨削裂纹、强韧化的效果。大型模具加热时也不宜超过常规加热温度上限，而要通过适当延长保温时间来保证淬火硬化效果。

例如，外形尺寸为130mm×130mm×24mm的CrWMn钢制凹模，型腔尺寸为65mm×67mm，经820℃加热后转入700～720℃电炉中，恒温预冷30min后油冷。经检验，硬度为59～63HRC，模具变形微小均匀。

15）采用真空热处理设备。真空热处理只以辐射方式加热，升温速度缓慢，炉温均匀，如果再选用空冷钢种，除了因材料特性引起的少量尺寸变化外，基本上可以达到无变形的要求。当然，对于水冷或油冷来说，由于冷却速度快而引起的变形还是无法避免的。但如果采用高压气淬真空炉进行热处理，则可以通过调整冷却速度来减少热处理变形，这是因为在高压气淬真空炉中，模具与气体（氮气）接触，冷却速度均匀且较为缓慢，故淬火变形较小。

（9）采用新的模具材料 为了解决工模具的淬火变形问题，国外从20世纪60年代已开始了研制时效硬化钢。采用这种钢制造的工模具，由于不需要淬火，在时效过程中就可达到硬化的目的，因此有效地解决了工模具的淬火变形问题。国内20世纪从80年代开始，也开发和推出了一系列新的可用于制造精密模具的钢种，如马氏体时效钢、易切削钢、空冷淬火钢等。对于要求变形极小的模具，可选择在空气中即可淬火硬化的微变形钢制造，如5CrNiMnMoVSCa、Cr5Mo1V、Cr12MoV、8Cr2MnWMoVS钢等。

（10）防止线切割加工过程中的模具变形方法 淬火后获得高硬度的模具在线切割加工过程中出现的变形不但与热处理产生的残余应力有关，同时与模具厚度及材料特性（特别是淬透性）也有密切关系。耐回火性好的材料（如Cr12MoV等高合金模具钢）在线切割前必须进行充分的回火，其残余的相变应力通常加热到500～520℃就能够消除。而碳素工具钢（T7、T8、T9、T10等）和低合金工具钢（CrW、9CrWMn）的耐回火性比较差，如果也加热到500～520℃回火，硬度就会降低。所以，对耐回火性差的钢不能采用回火来消除热处理产生的相变应力。由于碳素工具钢和低合金工具钢淬透性低（如碳素工具钢模具的有效淬透深度在15mm以下，低合金工具钢模具的有效淬透深度在20mm以下），因此这些材料只适于做薄壁的模具。如果模具大于上述尺寸而必须采用这种钢，则必须在热处理前按图4-22所示先粗加工成形，以保证工作面淬火后具有足够的硬度，并减少线切割加工过程中的模具变形。

对于精度要求特别高的模具，应该留有热处理后的精加工余量，或者在线切割好以后再进行淬火。例如，图4-23所示的凸模和凹模为边长小于150mm的模具，如果冲裁单边间隙允许范围相当于被加工材料厚度的5%～7%，则线切割成形后再淬火也可以达到要求。但要注意，淬火前进行线切割时，凸模和凹模材料的取向应该一致，并最好选用Cr12MoV等空冷钢。

图4-22 模具粗加工简图

图4-23 凸模和凹模材料的正确取向

（11）模具淬火变形趋向及控制措施 如果能掌握模具材料的变形规律，则在模具设计时就可有效地减少或控制热处理变形。表4-21为模具零件淬火变形趋势及控制措施。

表4-21 模具零件淬火变形趋势及控制措施

（续）

2.控制与减小模具热处理变形实例

实例1 M3×16mm木螺钉搓丝板，材料为Cr12MoV钢，为了减少变形，采取真空热处理设备与工艺。

（1）真空热处理工艺

1）预热。加热温度800℃，真空度为0.133Pa，保温40min。

2）淬火。加热温度1080～1120℃，保温40～50min，然后加氮气使真空度为0.266Pa。

3）冷却。模具气冷到700℃以下再入油冷却。

4）回火。510～540℃回火3次，每次2h。

（2）效果 经检验，搓丝板真空淬火与盐浴炉加热淬火后，齿面平面度误差分别为-0.01mm和-0.025～+0.01mm，螺距变形分别为-0.02mm和-0.03mm。因此，真空淬火与盐浴炉加热淬火相比，不仅平面度误差小，而且硬度也均匀。另外，真空淬火模具的使用寿命可稳定在16个班以上，而经盐浴炉加热淬火的模具的使用寿命仅为5个班。

实例2 Cr12MoV钢制多孔塑料压缩模型腔板的外形尺寸为140mm×120mm×12mm，有60～70个工作孔，孔径为1.3～13.3mm，要求各孔距极限偏差范围为±0.01～±0.03mm，平面度误差不大于0.02mm，硬度为53～58HRC。

在最初选用Cr12MoV钢制造该模具时，由于钢中碳化物数量多，偏析严重，故脆性大，并对硬度的均匀性、变形都带来不利的影响。为防止型腔板变形，就要采取综合的技术措施，除在锻造后要进行球化退火外，在铣切平面之后还要进行调质处理，以减少淬火时的孔距变形和改善钻孔的切削加工性能。此外，钻孔后要再进行稳定化处理。

塑料压缩模型腔板的预备热处理及最终热处理工艺分别如图4-24和图4-25所示。为防止型腔板的氧化脱碳和变形，采取了装箱保护法加热，并进行了二次预热；为防止孔径胀大，在淬火冷却至760℃左右时，要将型腔板放置在预热到350～450℃的两块铁板中，并在压力机上加压冷却至室温。经过上述处理，平面度误差可控制在0.02mm以下。

图4-24 型腔板的预备热处理工艺

回火温度要根据淬火后的残留奥氏体量（体积分数约20%）及胀、缩情况选定，以调整和控制型腔板尺寸。如果型腔板淬火后尺寸胀大，则可采用340～430℃回火，以缩小尺寸；如果型腔板尺寸已经缩小，则可采用450～520℃回火，以增大尺寸。

图4-25 型腔板淬火及回火工艺

此外，Cr12MoV钢制型腔板在改锻时应尽量击碎碳化物，并使金属纤维流向垂直于大平面，以有利于控制和调整变形。

实例3冲压凹模（见图4-26），材料为T10钢，技术要求：硬度58～62HRC，变形量<0.03mm。

（1）淬火 盐浴炉中加热，加热温度为950～980℃，保温时间为132s（6s/mm×22mm）；淬火冷却，在160～180℃碱浴（80%KOH+20%NaOH，另加3%KNO₃+3%NaNO₂+6%H₂O，上述各含量为质量分数）中冷却180s，然后迅速转入油中冷却。

（2）回火 回火温度为200～220℃，保温时间为60min。

图4-26 冲压凹模简图

（3）效果 经检验，硬度为58～60HRC，变形符合要求，其变形量见表4-22。

表4-22 T10钢冷冲模淬火变形量（单位：mm）