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模具堆焊修复的优缺点分析

作者:开模师来源:www.wmould.com 浏览次数: 日期:2015-10-05

模具堆焊修复,在欧美国家是模锻行业普遍采用的模具翻新修复技术。该技术最早应用于航空、航天及军事领域,后广泛应用于民用工业领域,是一种比较成熟的技术。
一.堆焊修复的优点
1.可以使模具不同的部位具有不同的硬度
锻造模具使用条件苛刻,工作时受力状态复杂,除了承受较大的压应力外,还受到炽热金属对模具型腔的加热和剧烈摩擦,冷却与润滑时反复的“冷击”引起的温度应力,而且同一模具在不同的工作部位承受的作用力不同,受热时间也有较大的差异,所以,模具虽然有脆性裂纹、热疲劳龟裂、热磨损、变形等多种失效形式,但大部分模具通常还是以综合形式失效。
传统的制作工艺中,在模具进行淬火等热处理时,都是以整块模具为单位进行的,也就是说,进行淬火时是模块整体进入淬火池,所以模块进行淬火后表面的硬度各个部位差别不大,然而,模具在工作时,不同的工作部位承受的作用力不同,受热情况也有较大的差异,这时模具就会表现出不同的损坏状况。很多模具对于这种不同部位的硬度要求差别是非常大的,但整体淬火的模具是无法实现这种不同的硬度要求的,而堆焊修复,可以根据模具不同的硬度要求,选用不同性质的焊材,来实现同一块模具的多种硬度。
2.可以使模具不同的部位具有不同的金属组织
现在的模具一般都由同一种金属组成,有的采用“镶心模”的方式来提高模具型腔的力学性能,虽然这样能起到一定效果,但无法满足模具因不同部位受力、受热不同而需用不同金属组织的要求,而堆焊修复的方法可以满足此项要求。
下面以较常用的5CrNiMo和某公司代理的X形焊接合金的性能比较来说明。
5CrNiMo模具钢在使用过程中,受坯料加热的作用会产生碳化物球化现象,这会导致模具在使用过程中一直在软化,硬度不断降低,也就是说,5CrNiMo的高温稳定性不是很好;而X形焊接合金为单一奥氏体钢,不存在相变,在500-600℃时组织稳定,模具从开始使用到最后工作完毕硬度变化很小,这就大大增加了模具的耐磨性。
热锻模在高温下工作,要求材料必须具有良好的抗氧化性能。Cr是主要的抗氧化元素,5CrNiMo钢中仅含有0.7%左右的Cr,模具钢表面在高温下形成低含量的氧化膜,这种氧化膜多孔,而且很容易被工件材料所磨掉;而X形焊接合金含有12%左右的的Cr,可以在表面形成致密且防护性良好的以Cr2O3为主的氧化膜,抗氧化性良好,可显著增加模具的耐磨性。
3.可以用很低的成本解决传统方法很难解决的问题
(1)解决模具型腔底部的深度裂纹无法彻底清除干净的问题。
因为模具的高度是有限的,所以在下落降面时,都希望下落很薄一层就可以见到新的金属面,这样不仅机加的成本低,而且还可以增加模具的翻新次数,也就是延长模具的使用寿命。
但使用过的模具型腔会呈现出多种损坏形式,尤其是型腔内部的裂纹,它们呈不规则走向,如果降面厚度太小,很难把裂纹彻底清除干净,加工后的模具型腔内有裂纹源,下次使用时有裂纹源的部位很快会产生更大的裂纹,造成模具过快失效。如果想彻底清除裂纹,就需要增加降面的厚度,这样不仅造成加工费用攀升,更重要的是大幅减少了模具可以降面的次数,使模具提前报废。
堆焊修复的方法是,先用碳弧气刨沿裂纹的走向把裂纹彻底清除干净,再用抗拉强度非常高的焊材比如Y形焊接合金把裂纹焊接修复完毕,再进行降面等后续处理,这样既可以从根本上解决裂纹的问题,又减小了降面厚度和加工时间。
(2)解决模具因局部早期损坏导致整副模具失效的问题。
企业在生产过程中,经常会遇到这种情况:模具型腔内的特殊部位比如型腔内的凸出部位因与热坯料接触时间较长、受热快而导致硬度降低快,加之此部位受力较大,极易造成该部位磨损或者塌陷,而模具其他部位完好无损,只是因为该部位的早期失效导致整副模具不能使用。
这种情况下,可以通过选用耐高温的红硬性好的焊材,比如X形焊接合金局部焊接凸台来延长模具的寿命,因为焊接量非常小,所以焊接修复的成本非常低,用极低的成本可以大大延长模具的寿命。
(3)解决模具锁扣的材料浪费问题。
对于模具特别是凸模的锁扣,传统的方法是在整块模具上用机加工的方法切铣掉锁扣之外的模具材料,最后形成模具的锁扣。这种方法需要铣掉大量的模具钢,造成模具钢的浪费,且大大增加了机加成本。
现在我们采用焊接的办法来制作模具锁扣,因为只是焊接锁扣,所以焊接量并不大,选用的焊材韧性非常好,硬度适中,效果好,成本低。
(4)解决模具局部崩块或加工尺寸超差的问题。
在模具使用中,经常会遇到一些因特殊原因导致的模具加工尺寸局部超差或模具小量掉块等问题,这种情况用传统的下落降面的办法修复会大大增加模具的加工量,可以采用局部焊接的方法解决此问题。
(5)解决废弃模具的再利用问题。
大部分锻造企业里,都存有因锻件改型或产品取消而长时间放置不用的模具,对于闲置的模具,我们可以采用焊接的方法填满旧型腔,或更改模具外形,以此来重新制作新模具,实现废物利用,这样可以节省大量的成本。
二.堆焊修复的局限性
1.对锤锻模堆焊修复时,经济效果不明显,反而有可能增加模具成本。简单型腔的锤锻模(水平分模)下落一次成本低廉,而且锤锻模断裂失效风险比机锻模要高,这有可能造成新的浪费。
2.手工焊接质量不稳定,其受焊工素质、焊工水平及温度、湿度等影响较大,工艺控制有较大难度。
3.自动焊浪费焊材,对小锻模难以实现。
4.组合焊接时,结合部位容易出现两种焊材不结合的问题,造成模具早期局部失效。
5.顶出孔无法防护,造成后续加工困难,从而引起顶出孔周向出现毛刺等问题。
6.多次反复焊接、退火会使模具本体硬度下降,影响焊接模具的使用效果。
7.满焊法存在焊材和刀具浪费、加工难度大、加工时间长等问题,能否考虑“精准”焊接工艺,即均匀预留5-10mm的加工余量,改变目前满焊法存在的问题。

 

 

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