在精密复杂模具的设计与制造过程中，模具变形是一个常见且重要的问题，直接影响到模具的质量与使用寿命。为了有效减少和控制模具变形，提升其性能，我们需要对变形的原因进行详细研究，并采取相应的预防措施。
一、模具材料的选择与影响
1. 模具选材问题
某模具企业在选择材料时，从便捷和热处理工艺考虑，选用了T10A钢来制造一款尺寸差异较大的复杂模具。该模具要求在淬火后变形最小，硬度标准为56-60HRC。经过热处理后，模具的硬度符合要求，但却因变形过大导致无法使用，最终被报废。此后，该企业改用Cr12钢这种微变形钢进行生产，热处理后的模具硬度和变形均符合标准，达到了预期效果。由此可见，对于精密复杂模具的制造，应优先选用微变形钢材，如空淬钢等，以减少热处理后的变形。
2. 材质成分对模具变形的影响
某厂使用了一批Cr12MoV钢来制造带有Φ60mm圆孔的复杂模具。热处理后，部分模具的圆孔发生了明显的椭圆形变，导致模具报废。Cr12MoV钢一般属于微变形钢，按理不应出现如此严重的形变。经过分析，发现模具钢材中的共晶碳化物分布不均，呈带状和块状结构。这些不均匀分布的碳化物在加热过程中膨胀系数与钢基体不同，导致在冷却时内孔的收缩不均，从而产生了椭圆形变。
针对这一问题，采取的预防措施包括：
在选材时，尽量选择碳化物偏析较小的钢材，避免使用质量不稳定的小钢厂生产的低品质钢材。
对碳化物分布不均的模具钢，进行合理锻造，打碎碳化物晶粒，降低其不均匀分布程度，从而减少性能差异。
锻造后的钢材应进行调质处理，使碳化物分布更为均匀且细小，从而减少模具热处理后的变形。
对于尺寸较大或无法锻造的模具，可采用固溶双细化工艺，使碳化物细化并均匀分布，圆化棱角，减少热处理变形。
二、模具结构设计的影响
尽管选用了合适的材料，但不合理的结构设计依然可能导致模具在热处理过程中发生较大的变形。常见的结构问题包括薄边、尖角、沟槽、台阶突变以及厚薄不均等，这些都会在淬火过程中造成不同程度的应力分布，进而引起变形。
1. 变形产生的原因
模具的各个部分如果厚度不均，或存在尖锐的圆角，淬火时会由于各部位热应力和应力的差异，导致不同部位膨胀程度不一致，最终产生变形。
2. 预防措施
在模具设计时，为了避免因结构不合理导致的变形，应尽量避免大幅度的厚薄悬殊和不对称结构。在设计中可以采取平滑过渡的方式，尤其是在厚薄交界处。根据模具的变形规律，设计时应预留足够的加工余量，以防止在热处理后模具因变形超出公差范围而报废。对于形状特别复杂的模具，可以采用组合结构来帮助冷却时实现更均匀的温度分布，从而减小热处理后的变形。
三、模具制造工序及残余应力的影响
模具在制造过程中，特别是在机械加工和热处理阶段，往往会因残余应力的积累导致变形。调查发现，许多高精度复杂模具在未进行预热处理的情况下，经过热处理后产生了较大变形。
1. 变形原因
在机械加工过程中，由于切削过程中的应力作用，模具内会产生残余应力。而在随后的热处理过程中，原有的残余应力与新的热处理应力相互叠加，导致模具变形加剧。
2. 预防措施
为减少热处理过程中的变形，首先应在粗加工后、半精加工前进行去应力退火。退火温度一般为630-680℃，保持3-4小时后炉冷至500℃以下。另一个方法是通过降低淬火温度，以减少热处理后的残余应力。还可以采用分级淬火方法，如在170℃的油中进行淬火后，空冷至室温。等温淬火工艺也是一种有效的措施，它有助于减少因冷却速度过快而导致的残余应力。
四、热处理加热工艺的影响
1. 加热速度对变形的影响
模具热处理后的变形并不仅仅由冷却过程造成。实际上，模具的加热工艺，尤其是加热速度，往往对变形产生较大影响。特别是对于复杂模具，若加热速度过快，内部的温差会导致较大的热应力，从而引发变形。
2. 变形原因
当金属加热时，模具各部位的膨胀程度会因加热不均而产生不同的内应力，尤其是模具表面和中心部分的温差较大时，会造成更为显著的应力差异。若加热速度过快，热应力和转变的应力会叠加，导致热处理后变形更加严重。
3. 预防措施
对于复杂模具，在加热过程中的温度不应急剧变化。建议在相变点以下的加热阶段，采取缓慢加热的方式，避免产生过大的温差。一般而言，真空热处理相较于盐浴炉加热，其变形较小。对于不同材料的模具，还应选择合适的预热工艺：低合金钢模具可进行一次预热（550-620℃）；而高合金钢模具则应采用两次预热（550-620℃和800-850℃）。
通过合理的材料选择、科学的设计结构、精确的制造工艺以及合理的热处理加热工艺，可以有效地控制和减少精密复杂模具的变形，延长其使用寿命并提高其生产效率。