大型鑲塊式修邊模具的堆焊工藝及應用
- 2016-03-14 10:58:00
- 何柏林 于影霞 張建新 魏興寶 原創(chuàng )
- 7340
關(guān)鍵詞：堆焊工藝；修邊模；鑲塊；鑄鐵
1 引言
隨著(zhù)汽車(chē)、拖拉機工業(yè)的迅猛發(fā)展，大型覆蓋件沖模的加工制造越來(lái)越普遍。由于這類(lèi)模具的尺寸比較大，結構又比較復雜，尤其是修邊模具，其韌口形狀很不規則，并且受到制件形狀及尺寸的限制，若采用整體制造，一般需要復雜的機加工和熱處理，工藝復雜、周期長(cháng)、成本高，一般用于大批量、相對穩定的產(chǎn)品。而堆焊鑲塊模具只需在鑲塊刃口部位堆焊，不僅大大節省了優(yōu)質(zhì)合金工具鋼，而且加工工藝簡(jiǎn)化、周期短、成本低，因而應用越來(lái)越廣[1，2]。特別是研制新型較大沖壓件產(chǎn)品時(shí)，鑲塊模具更具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，是企業(yè)追求低成本 、高效益的重要途經(jīng)。用鑄鐵鑲塊替代整體鍛造和熱處理的合金鋼鑲塊，即采用堆焊工藝在鑄鐵基體上堆焊出沖模鑄鐵鑲塊刃口，上述優(yōu)點(diǎn)更為突出。本文在鑄鐵基體上進(jìn)行了大型修邊模鑲塊刃口的堆焊工藝試驗，為正確掌握大型鑄鐵鑲塊模具的堆焊制造工藝以及對使用過(guò)程中損壞模具的堆焊修復奠定了堅實(shí)的基礎，并對堆焊制造的大型修邊模具和堆焊修復的沖孔落料模具進(jìn)行了生產(chǎn)應用考核。
2 大型修邊模鑄鐵鑲塊刃口的堆焊
2．1鑲塊基體和堆焊焊條的選擇
根據大型修邊模的工作條件，刃口堆焊層金屬應具有較高的硬度及合理的硬度梯度分布；良好的沖擊韌性；較高的強度；高的耐磨性能和抗疲勞性能。堆焊層金屬應具備“馬氏體+（或馬氏體+下貝氏體）+彌散分布的碳化物+少量殘余奧氏體”的組織；合金須具備良好的空冷淬透性，并且能在基體組織上形成一定數量和合理分布的碳化物，以保證堆焊層有足夠的硬度和耐磨性能；同時(shí)還應有強、韌化元素，以保證堆焊層有良好的綜合機械性能。本文選用文獻[3]中研制的新型冷沖模鑲塊堆焊焊條（該堆焊焊條的合金系為CrSiMnMoV），鑲塊基體材料為普通灰鑄鐵。
2．2堆焊鑄鐵鑲塊刃口的結構
大型修邊模具的結構比較復雜，凸凹模刃口的形狀很不規則。因此，在設計模具時(shí)，要根據具體情況，正確處理各部位的結構。采用堆焊刃口的模具，一般是將凸模（兼起制件在模具中的定位作用）設計成整體型式，凹模設計成鑲塊式。這樣處理對模具的設計及制造過(guò)程非常有利[4]。堆焊刃口部位的結構形式如圖1所示。圖中黑色部分為堆焊刃口，基體材料為普通鑄鐵。坡口的形式為倒45度角，當沖切板料的厚度t<1mm時(shí)，堆焊刃口邊長(cháng)t=6mm；當1≤t≤4 mm 時(shí)，堆焊刃口邊長(cháng)t=8mm。
2．3鑄鐵刃口基體的加工
對刃口基體的加工是按產(chǎn)品主模型及設計要求，首先制做出工藝模型，在工藝模型上做出刃口的形狀。然后，按工藝模型仿制凸模上的全部形狀及刃口，但刃口的周邊要比制件的外形尺寸在單邊上小1~2 mm。最后，在沿刃口周邊上倒坡口，坡口的形式及尺寸按設計要求加工。凹模鑲塊基體的加工方法與凸?；w基本一致。首先將凹模鑲塊鑲拼固定在上模座上，只加工刃口基體的內形，但內形尺寸要比制件尺寸在單邊上大1~2 mm。然后，與上模的壓料裝置裝配在一起后進(jìn)行仿形加工。最后，在沿刃口周邊上倒坡口，坡口的形式及尺寸按設計要求加工。圖2所示為基體加工后的狀態(tài)。
2．4堆焊工藝及措施
堆焊過(guò)程中采取的具體措施如下：
堆焊工藝見(jiàn)表1所示。
表3--6 堆焊工藝規范參數
焊接電流 電弧電壓 焊接速度 堆焊層數 層間溫度
120A 20V 100mm/min 4 ≤1000C
(1) 徹底清除基體上待施焊部位的雜質(zhì)及油污；
(2) 堆焊時(shí)，采用直流電源反接，電流不能太大，否則母材熔化過(guò)多而導致堆焊層金屬的韌性下降，一般焊接電流控制在120A；
(3) 焊接速度控制在100mm/min，施短弧，弧長(cháng)控制在5mm左右，不要采用多層連續焊，不易擺動(dòng)，以免產(chǎn)生氣孔等缺陷；
(4) 焊層溫度控制在不超過(guò)1000C，否則會(huì )使降低堆焊層的硬度；
(5) 堆焊原則是一次堆滿(mǎn)，不能出現刃口打磨后由于沒(méi)有焊滿(mǎn)而導致的補焊現象；堆焊層不能過(guò)高，否則，即浪費焊條和工時(shí)，又造成焊接變形過(guò)大；
(6) 收弧時(shí)注意弧坑填滿(mǎn)，每焊完一道趁紅熱狀態(tài)用榔頭錘擊焊縫，錘打不宜重但要密集，以清渣和消除應力；
(7) 焊接后在室溫自然冷卻。
2．5堆焊后的加工
堆焊完成后，用風(fēng)動(dòng)或電動(dòng)砂輪對堆焊刃口進(jìn)行初步打磨。然后，借助于樣板精修凸模，當認為凸模達到理想狀態(tài)后，按凸模配修凹模，并保證要求的沖裁間隙。如果具備條件，可以在數控坐標磨床上，靠程序控制精修凸、凹模。這樣可以大大的提高模具的精度。
2．6模具的修補
對于模具在使用過(guò)程中出現崩刃或損壞現象時(shí)，將其損壞部位用機械的方法（用風(fēng)動(dòng)或電動(dòng)砂輪機）去掉一層，然后用新型冷沖模鑲快堆焊焊條進(jìn)行焊補。操作方法和焊接工藝與上述堆焊刃口時(shí)一致。焊接后經(jīng)打磨恢復原樣，再經(jīng)適當精修即可。
3 堆焊層金屬的化學(xué)成分、硬度以及金相組織
從堆焊堆焊鑲塊外觀(guān)看無(wú)明顯缺陷，做斷口分析未發(fā)現氣孔、夾雜、未熔合等缺陷。堆焊層化學(xué)成分用美國DV-4型光電分析儀測試，測試結果表明堆焊層金屬的化學(xué)成分滿(mǎn)足鑄鐵鑲塊堆焊焊條所設定的化學(xué)成分。堆焊層金屬硬度為HRC60。
堆焊層與鑄鐵基體熔合良好，互相滲透，結合強度較高。堆焊層金屬的顯微組織為馬氏體+貝氏體+殘余奧氏體+彌散分布的碳化物，該組織具有良好的耐磨性能。理由是鉻與鐵能形成固溶體，與碳形成多種碳化物，該元素明顯提高了堆焊層的強度、硬度和耐磨性。而V、Mo等元素的細化作用使堆焊層晶粒較細 ,從而保證了工件的韌性及強度，釩對碳的親和力比鐵對碳的親和力大得多，防止碳與鐵生成滲碳體，生成的碳化釩彌散于馬氏體基體上，使刃口具有一定的耐磨性卻不致于抗裂性變差。此外少量殘余奧氏體的存在，提高了堆焊層金屬的抗裂性。過(guò)渡區組織為貝氏體+鐵素體，其硬度雖有所降低，但硬度梯度分布合理，提高了堆焊層金屬的抗開(kāi)裂性能。
4 生產(chǎn)應用考核試驗
為考察所選堆焊材料以及上述堆焊工藝在實(shí)際生產(chǎn)中的應用可行性，并與傳統堆焊焊條D322進(jìn)行比較，分別選用新型冷沖模堆焊焊條和D322焊條，采用上述堆焊工藝在普通鑄鐵基體上進(jìn)行了實(shí)際模具的堆焊制造和損壞模具的堆焊修復。結果表明，選用的新型冷沖模鑲塊焊條的堆焊工藝簡(jiǎn)單，堆焊過(guò)程中未出現堆焊層剝落和開(kāi)裂現象，而D322焊條對堆焊工藝要求較高，在采用相同堆焊工藝的堆焊過(guò)程中出現了堆焊層開(kāi)裂現象。用新型焊條堆焊制造的鑲塊生產(chǎn)應用情況見(jiàn)表2。
表2 堆焊鑲塊模具使用情況
類(lèi)型 切邊模 沖孔落料模
使用時(shí)間 6400小時(shí) 5600小時(shí)
加工零件 25000件 21000件
結果表明用本文研制的新型堆焊焊條在灰鐵毛坯上堆焊制造修邊模鑲塊是可行的，鑲塊的使用壽命與工具鋼鑲塊的使用壽命相當，可達25000件，比用D322焊條修復的冷沖模的使用壽命提高30~50%。
5 結論
（1）經(jīng)實(shí)驗和生產(chǎn)實(shí)踐證明，以普通鑄鐵為基體堆焊制造修邊?；蛐迯蛽p壞的模具，具有制造和修復工藝簡(jiǎn)單可行，工藝簡(jiǎn)單可靠，經(jīng)濟實(shí)用，明顯優(yōu)于傳統工藝。使用壽命與工具鋼鑲塊經(jīng)熱處理后的使用壽命相當，可達25000件，比用D322焊條修復的冷沖模的使用壽命提高30%~50%。
（2）采用新型冷沖模堆焊焊條在灰鑄鐵基體上堆焊制造模具和修復損壞模具時(shí)，堆焊層金屬平均硬度約為HRC60，且具有良好的抗裂性能。
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