熱變形的案例
塑料熱變形溫度測試影響因素，附常見塑料熱變形溫度匯總
熱變形溫度是指對浸在120°C/h的升溫速率升溫的導熱的液體介質中的一定尺寸的矩形材料試樣施以規定負荷，試樣中點的變形量達到與試樣高度相對應的規定值時的溫度，是衡量材料耐熱性能的重要指標之一。
1.測試方法對熱變形溫度結果的影響
常用熱變形溫度測試標準
(1)GB/T1634-2004 (2)ASTM D648-2007 (3)ISO 75-2：2013
注：由于1和3測試方法完全一樣，這里只討論1和2之間的區別
同種材料在相同實驗條件下，根據不同標準以及樣條獲得的實驗結果如下
結果分析：不論何種材料，按照不同測試方法得到的結果確實存在一定差別，且有著相同的規律：GB/T1634-2004 4X10X80（平放）＜GB/T1634-2004 4X10X120(側立)＜ASTMD648-2007 6.4X13X130（側立）。
2.硅油黏度對熱變形溫度的影響
根據熱變形溫度測試原理，硅油只是一種介質，用來保證樣品不同方位受熱均勻穩定，理論上對測試結果沒有影響。但當硅油使用時間較長以后，由于受到污染（樣品在高溫條件下分離出小顆粒渣滓），硅油會變得混濁，顏色變深，從而增加硅油的黏度，當黏度過大導致硅油不能均勻流動時，會對測試結果造成一定的誤差。
3.熱變形測試起始溫度對測試結果的影響
在GB/T1634-2004標準中規定：每次實驗開始時，加熱裝置的溫度應低于27°C，除非以前的實驗已經表明，對測試的具體材料在較高溫度下開始不會引起誤差。
展開 壓鑄模熱變形分析
壓鑄模熱變形分析
壓鑄以及金屬型重力鑄造，在生產中，受到了周期性的溫度載荷。模具變形主要是脹型力與熱載荷的共同作用，分析模具的熱變形，就需要將兩者結合起來進行分析，以發現模具在使用過程中的變形趨勢。
多年來，由于模流軟件，主要關注金屬液的充型與凝固過程，而對于模具，分析的最多只是循環過程中獲得的穩態溫度場。Cast-Designer v7.5 去年推出全新模塊CDPE，全稱（Cast-Designer Performance）。該模塊采用了固體力學的三維非線性有限元求解器。經過一年的應用，CDPE的分析對象從鑄件，延伸到了模具和后加工過程的力學分析。
模具結構與熱成像結果
利用結構力學分析軟件，分析模具熱變形，顯示模具張開量達到0.3mm
缺陷：
模具熱變形，產生的缺陷很多。1）飛邊，2）模具錯位影響壓鑄件精度，3）后加工量增加，4）還有可能出現導柱與導套、側抽芯與滑塊、推出機構運動零件“卡滯”現象，4）模具熱變形還會使模具在熱態出現“噴料”，無法保證壓鑄件的內部質量。
工程應用：
今天，C3P Cast-Designer CDPE，不僅只有充型凝固，還能結合完整的周期，分析模具熱變形。而且全面支持六面體元素，網格劃分非常簡單，一鍵生成。
以下金屬型重力鑄造案例：
可見在俯視方向，中部變形量約為3mm
側視方向，變形量約為1.5mm
四缸發動機壓鑄件，模具熱變形分析：
整體模具結構
左側為模具熱變形量
右側為等效應力結果
對于CDPE，有很多的意想不到的延伸應用。不知道是否算“前沿應用”，僅供有需求的朋友們參考。
展開 齒輪類零件變形影響因素及熱處理工藝
作者：楊揚，海俠女，王元棟
單位：陜西法士特汽車傳動工程研究院
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
摘要：對齒輪熱處理變形的各種影響因素做了一定的分析，指出齒輪類零件的熱處理變形主要受零件結構、材料、鍛造、機加工、熱處理工藝與設備等多方面因素的影響。
一、滲碳熱處理簡介
汽車中常用的軸和齒輪需經過鍛造、正火、機加工后，進行滲碳淬火和回火等工藝熱處理，得到淺表層為硬度較高的滲碳層、心部為具有良好綜合力學性能的組織，這些組織以及淬火后產生的殘余應力對軸和齒輪的力學性能有著決定性的作用。目前，滲碳熱處理在我公司應用普遍，也是較為成熟的一種熱處理工藝。滲碳的目的是為了得到高碳表面層，以及低碳的心部，以保證心部高塑性高韌性，表層高硬度，提高工件的硬度、耐磨性和疲勞強度。
二、熱處理變形淺析
1.影響熱處理變形的因素
在零件進行熱處理的同時，必然伴隨著形狀與尺寸的改變，這是組織應力、熱應力及重力的共同作用結果。組織應力與熱應力均為熱處理應力，組織應力是指熱處理過程各部位冷卻的不同時性引起的各部位組織轉變不同時所產生的應力，熱應力是由于工件各部分的溫度差異，導致熱脹冷縮不均勻而引起的應力。淬火時，零件主要發生兩種變形：幾何形狀的變形，主要為尺寸及形狀的變形，由淬火應力引起；體積的變形，主要為工件體積按比例脹大或縮小，是由相變時的比體積變化引起。
影響零件熱處理變形的因素很多，淬火過程只是釋放了零件的變形潛在應力，而這些變形潛在應力是整個零件加工過程中不斷累積的，可概括為材料的化學成分，鍛造過程中的鍛造溫度、鍛后冷卻速度，機械加工過程中的進給速率、進刀量、切削速度、裝夾方式，熱處理過程中的加熱速度、冷卻速度、加熱溫度等各個方面的因素。
展開 案例分享 | 如何減少輪胎胎面模具在增材制造過程中的熱變形？
仿真結果（1.1毫米）與實際結果（1.5毫米）相比，
相差約0.4毫米，但能夠確認的是仿真得到變形與實際變形位置及趨勢相同（圖3）。
圖. 3 輪胎模具熱變形分析結果（Source_Metal3D）
打印完成后首先要檢查的是后處理完成后最終3D打印產品的尺寸和形狀是否準確反映了STL文件的原始設計數據。
我們使用3D掃描儀對打印的輪胎模具進行了檢查驗證，并得到模具在Z軸方向上產生約1.5毫米的變形（圖3）。
在熱變形分析時所使用的變形補償方法，其目的是提高輪胎模具的精度。
我們生成了輪胎模具變形補償后的STL文件，繼續使用與真實3D打印工藝相同的條件，并對支撐進行了重新定位，然后對其進行了仿真分析，對使用3D打印變形補償的模型所得到的熱變形結果進行了研究。
如圖3所示，可以確定，使用與目標模具幾何相比，使用變形補償后的模型進行打印，熱變形降低到0.04 mm。
過使用變形補償設計，能夠顯著減少變形，這也證明了變形補償功能的重要性。
如圖3所示，通過使用變形補償方法，并對實際打印輪胎模具進行掃描，實測結果最大變形僅為0.03mm。
這意味著達到了要求的公差精度（這是比較好的結果）。
未來輪胎制造工藝的革新將取決于能夠制造出復雜且精確的集成輪胎模具。
通過借助本次研究所提出的補償方法，我們相信增材制造技術生產模具有利于優化輪胎胎面設計，并借由減少輪胎生產時產生的次品。
展開 
案例分享 | 如何減少輪胎胎面模具在增材制造過程中的熱變形？
仿真結果（1.1毫米）與實際結果（1.5毫米）相比，
相差約0.4毫米，但能夠確認的是仿真得到變形與實際變形位置及趨勢相同（圖3）。
圖. 3 輪胎模具熱變形分析結果（Source_Metal3D）
打印完成后首先要檢查的是后處理完成后最終3D打印產品的尺寸和形狀是否準確反映了STL文件的原始設計數據。
我們使用3D掃描儀對打印的輪胎模具進行了檢查驗證，并得到模具在Z軸方向上產生約1.5毫米的變形（圖3）。
在熱變形分析時所使用的變形補償方法，其目的是提高輪胎模具的精度。
我們生成了輪胎模具變形補償后的STL文件，繼續使用與真實3D打印工藝相同的條件，并對支撐進行了重新定位，然后對其進行了仿真分析，對使用3D打印變形補償的模型所得到的熱變形結果進行了研究。
如圖3所示，可以確定，使用與目標模具幾何相比，使用變形補償后的模型進行打印，熱變形降低到0.04 mm。
過使用變形補償設計，能夠顯著減少變形，這也證明了變形補償功能的重要性。
如圖3所示，通過使用變形補償方法，并對實際打印輪胎模具進行掃描，實測結果最大變形僅為0.03mm。
這意味著達到了要求的公差精度（這是比較好的結果）。
未來輪胎制造工藝的革新將取決于能夠制造出復雜且精確的集成輪胎模具。
通過借助本次研究所提出的補償方法，我們相信增材制造技術生產模具有利于優化輪胎胎面設計，并借由減少輪胎生產時產生的次品。
展開 Brembo 盤式剎車片的熱變形優化(新)
剎車片的幾何模型由CATIA V5創建， ICEM劃分網格Patran進行熱變形計算。此計算是一個并行計算。通過優化使得盤式剎車片質量最輕，熱變形最小。設計變量有9個之多，目標有兩個，通過modeFRONTIER更改9個設計變量的大小，自動尋優最終找到Pareto優解。
模具熱處理變形與開裂的預防措施
合理安排工藝流程
正確處理機械加工與熱處理之間的關系，合理安排工藝流程，使冷、熱加工密切配合是減小模具熱處理變形的有效措施。
1、合理安排工藝流程的關鍵
有些模具的變形，單從熱處理的角度來考慮是無法解決問題的，但如轉換思維方式，從整個工藝流程著手，往往能收到意想不到的效果。圖8所示是一半圓形模具，由于形狀不對稱，淬火時會產生顯著的扭曲變形。如在淬火前加工成整體的圓環，等熱處理后再用鋸片砂輪將其切成兩件，則不但降低成本，還可以減少變形。
圖8 半圓形模具
2、根據特點預留加工余量
熱處理時難免會有變形，如能掌握其變形特點，合理地預留加工余量，不但可簡化熱處理操作，還能減少隨后的機械加工，特別是磨削加工的工作量。圖9所示為一個45鋼的成型模，熱處理后內孔會趨向脹大，故機械加工時，應預先留出負公差，使熱處理后符合設計要求。
對于那些事先無法預料變形大小和方向的模具，則可在型腔未加工到設計尺寸前，進行一次試淬，根據其變形特點，留出相應的機械加工余量。
圖9 成型模
3、必要的去應力退火或時效處理
對于精密模具，因其切削加工或磨削加工產生的應力會引起變形與開裂，故如在工藝流程中增加去應力退火或時效處理，往往能顯著減少變形并防止開裂。例如，對于細長軸類及形狀復雜的模具，在粗加工成型后進行一次去應力退火，以消除切削加工應力，這對減少淬火變形十分有效。
展開 熱處理變形的預防
精密復雜模具的變形原因往往是復雜的，但是我們只要掌握其變形規律，分析其產生的原因，采用不同的方法進行預防模具的變形是能夠減少的，也是能夠控制的。一般來說，對精密復雜模具的熱處理變形可采取一下方法預防。
(1)合理選材。對精密復雜模應選擇材質好的微變形模具鋼(如空淬鋼)，對碳化物偏析嚴重的模具鋼應進行合理鍛造并進行調質熱處理，對較大和無法鍛造模具鋼可進行固溶雙細化熱處理。
(2)模具結構設計要合理，厚薄不要太懸殊，形狀要對稱，對于變形較大模具要掌握變形規律，預留加工余量，對于大型、精密復雜模具可采用組合結構。
(3)精密復雜模具要進行預先熱處理，消除機械加工過程中產生的殘余應力。
(4)合理選擇加熱溫度，控制加熱速度，對于精密復雜模具可采取緩慢加熱、預熱和其他均衡加熱的方法來減少模具熱處理變形。
(5)在保證模具硬度的前提下，盡量采用預冷、分級冷卻淬火或溫淬火工藝。
(6)對精密復雜模具，在條件許可的情況下，盡量采用真空加熱淬火和淬火后的深冷處理。
(7)對一些精密復雜的模具可采用預先熱處理、時效熱處理、調質氮化熱處理來控制模具的精度。
（8）在修補模具砂眼、氣孔、磨損等缺陷時，選用冷焊機等熱影響小的修復設備以避免修補過程中變形的產生。
另外，正確的熱處理工藝操作(如堵孔、綁孔、機械固定、適宜的加熱方法、正確選擇模具的冷卻方向和在冷卻介質中的運動方向等)和合理的回火熱處理工藝也是減少精密復雜模具變形的有效措施。
展開 『分享』基于ProE平臺下的機械密封熱變形分析
基于ProE平臺下的機械密封熱變形分析
基于ProE平臺下的機械密封熱變形分析
基于ProE平臺下的機械密封熱變形分析
基于comsol的復合材料熱變形仿真分析 ￥2890
</p><p><br></p><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_rar.gif"><a href="https://oss.jishulink.com/upload/201908/975a93ce59b74762879c9618aad88727.rar" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(0, 102, 204);">復合材料變形.rar</a></p><p>本模型分析了一款V型的雙層復合材料熱變形過程，雙層復合材料力學熱學性能不同，在一定的溫度作用下產生張角變形。 通過研究不同溫度，不同V型初始角度等情況下的變形，找到符合需求的邊界條件和幾何模型，指導實驗。</p><p> 本模型采用了固體傳熱、固體力學和微分代數方程。</p><p><br></p><p>復材固化的溫度邊界條件 。
展開 
沖壓模具熱處理變形和開裂怎么辦？
影響沖壓模具變形與開裂的原因是多方面的，主要與原始組織、鋼材的化學成分、零件的結構形狀及截面尺寸、熱處理工藝等因素有關。開裂往往是可以預防的，但是熱處理變形總是難以避免的。
在實踐中，截面尺寸的差異、沖壓模具零件的結構形狀、熱處理(加熱—保溫—冷卻)過程中因加熱與冷卻的速率不同，在熱應力、組織應力及相變體積變化的綜合作用下，引起零件體積膨脹或收縮，從而使尺寸與形狀發生偏差、變形，甚至造成開裂。
預備熱處理
對于共析鋼的沖壓模具鍛件，應先進行正火處理，然后進行球化退火，以消除鍛件內網狀二次滲碳體，細化晶粒，消除內應力，并為后續(或最終)熱處理作好組織準備。沖壓凹模零件淬火前，應先進行低溫回火(穩定化處理)。對一些形狀較為復雜、精度要求高的凹模，在粗加工后精加工前，應先進行調質處理，以減少淬火變形，盡量避免開裂傾向，并為最終熱處理作好組織準備。
優化淬火、回火處理工藝
1.回火處理的控制
模具零件從冷卻劑中取出后，不宜在空氣中停留較長時間，應及時放入回火爐中進行回火處理。回火處理時，應避免低溫回火脆性和高溫回火脆性。對于一些精度要求的模具零件，淬火后采用多次回火處理，以消除內應力，減小變形，避免開裂傾向。
2.淬火零件的防護
淬火、回火處理是影響沖壓模具零件熱處理變形或開裂的重要環節。對于淬火重要的模具零件(如凸模、凹模)易發生變形或開裂的部位，應采取有效的防護措施，力求使零件的形狀與截面對稱，內應力均衡。常用的防護方法如下：a.捆包法;b.填充法;c.堵塞法。
3.加熱溫度的確定
淬火加熱溫度過高，使得奧氏體晶粒粗大，且會造成氧化、脫碳現象，零件變形與開裂的傾向增大。在規定的加熱溫度范圍內，淬火加熱溫度偏低則會造成零件內孔收縮，孔徑尺寸變小。
展開 保溫箱內輻射熱引發物體溫升和變形的數值仿真 ￥800
<p>本案例建立了一立方體結構的保溫箱，通過保溫箱內壁的熱輻射作用，引發了保溫箱內放置物體的溫度升高，由于物體內產生了溫差，又引發了物體本身的熱膨脹變形效應。采用COMSOL軟件仿真了以上這一物理過程，仿真結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/40bb42db33a044779e4d79e69c40fe87.gif" alt="Untitled輻射-溫度.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>輻射熱導致物體溫度升高</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4aee65b6bcb04ded8636b536c676f2ac.gif" alt="Untitled輻射-變形.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>輻射熱引發物體變形</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型，歡迎交流合作</p>
展開 沖壓模具熱處理過程中變形與開裂的改善方法
模具熱處理后產生的變形將嚴重影響模具的質量和使用壽命，一旦在熱處理中開裂將造成模具的報廢，因此，減少和預防模具熱處理變形及開裂是廣大沖壓模具熱處理工作者的重要研究課題。我們就沖壓模具在熱處理過程中常見的變形與開裂缺陷進行簡要分析其產生的原因，并提出改善方法。
一、預備熱處理
對于共析鋼的沖壓模具鍛件，應先進行正火處理，然后進行球化退火，以消除鍛件內網狀二次滲碳體，細化晶粒，消除內應力，并為后續(或最終)熱處理作好組織準備。沖壓凹模零件淬火前，應先進行低溫回火(穩定化處理)。對一些形狀較為復雜、精度要求高的凹模，在粗加工后精加工前，應先進行調質處理，以減少淬火變形，盡量避免開裂傾向，并為最終熱處理作好組織準備。
二、優化淬火、回火處理工藝
1.回火處理的控制
模具零件從冷卻劑中取出后，不宜在空氣中停留較長時間，應及時放入回火爐中進行回火處理。回火處理時，應避免低溫回火脆性和高溫回火脆性。對于一些精度要求的模具零件，淬火后采用多次回火處理，以消除內應力，減小變形，避免開裂傾向。
2.淬火零件的防護
淬火、回火處理是影響沖壓模具零件熱處理變形或開裂的重要環節。對于淬火重要的模具零件(如凸模、凹模)易發生變形或開裂的部位，應采取有效的防護措施，力求使零件的形狀與截面對稱，內應力均衡。常用的防護方法如下：捆包法、填充法、堵塞法。
3.加熱溫度的確定
淬火加熱溫度過高，使得奧氏體晶粒粗大，且會造成氧化、脫碳現象，零件變形與開裂的傾向增大。在規定的加熱溫度范圍內，淬火加熱溫度偏低則會造成零件內孔收縮，孔徑尺寸變小。故應選用加熱溫度規范的上限植;而對于合金鋼，加熱溫度偏高，則會引起內孔膨脹，孔徑尺寸變大，因此應選用加熱溫度的下限值為宜。
展開 溫度對機床加工精度的影響
材料性能的影響：不同的材料有不同的熱性能參數（比熱、導熱率和線膨脹系數），在同樣熱量的影響下，其溫升、變形均有不同。機床熱性能的測試
1、機床熱性能測試的目的控制機床熱變形的關鍵是通過熱特性測試，充分了解機床所處的環境溫度的變化，機床本身熱源及溫度變化以及關鍵點的響應（變形位移）。測試數據或曲線描述一臺機床熱特性，以便采取對策，控制熱變形，提高機床的加工精度和效率。
具體地說，應達到以下幾個目的：
1）機床周圍環境測試。測量車間內的溫度環境，它的空間溫度梯度，晝夜交替中溫度分布的變化，甚至應測量季節變化對機床周圍溫度分布的影響。
2）機床本身的熱特性測試。盡可能地排除環境干擾的條件下，讓機床處于各種運轉狀態，以測量機床本身的重要點位的溫度變化、位移變化，記錄在足夠長的時間段內的溫度變化和關鍵點位移，也可用紅外線熱相儀記錄各時間段熱分布的情況。
3）加工過程測試溫升熱變形，以判斷機床熱變形對加工過程精度的影響。
4）上述試驗可積累大量的數據、曲線，將為機床設計和使用者控制熱變形提供可靠的判據，指出采取有效措施的方向。
2、機床熱變形測試的原理熱變形測試首先需要測量若干相關點的溫度，包含以下幾方面：
1）熱源：包括各部分進給電動機、主軸電動機、滾珠絲杠傳動副、導軌、主軸軸承。
2）輔助裝置：包括液壓系統、制冷機、冷卻和潤滑位移檢測系統。
3）機械結構：包括床身、底座、滑板、立柱和銑頭箱體和主軸。在主軸和回轉工作臺之間夾持有銦鋼測棒，在X、Y、Z方向配置了5個接觸式傳感器，測量在各種狀態下的綜合變形，以模擬刀具和工件間的相對位移。
3、測試數據處理分析機床熱變形試驗要在一個較長的連續時間內進行，進行連續的數據記錄，經過分析處理，所反映的熱變形特性可靠性很高。
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