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台阶轴锻模整体堆焊修复工艺探讨

日期:2016年8月16日 19:15

    锻造用模具失效形式主要有变形失效、磨损失效、冷热疲劳失效、断裂失效等,为了保证模具的使用寿命,要求模具型腔表面具有高硬度、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳和抗高温氧化性能。模具的失效多发生于工作面或压表面处,与表面的力学性能有密切的关系。如果能有效改善模具型腔表面或亚表面的性能,而不需要对模具整体材料进行处理,就可以很好地提高模具使用寿命。因此,除了正确选用模具材料,进行适当的热处理、保证加工精度外,对模具的型腔表面进行表面堆焊强化处理可大大提高模具的使用寿命。

    提高模具寿命,降低模具成本是一项很有现实意义的工作。

台阶轴热锻模失效形式分析 

    台阶轴为长杆轴类件,锻件总长322.7mm,热锻模具材质为5CrNiMo,模块规格为480mm*260mm*160mm,锻造形式为20MN热模锻压力机进行预锻、终锻成形。台阶轴锻件轴向累计偏差为1.6mm,因累计公差限制造成锻件因局部尺寸不合格而停止生产。模具失效形式主要为型腔表面接触炽热的毛坯表面膨胀,锻件脱模时模具表面喷洒冷却液和润滑剂,表层温度又下降而收缩,致使模具表面与内层在拉压应力的交变作用下,引起疲劳失效。加之,模具型腔表面高温回火、型面高温软化、氧化皮磨料磨损和高温氧化侵蚀等作用,加剧模具型腔磨损速度,使模具表面出现深度拉痕过早失效。因此,模具的型腔表面强化处理,可大大提高模具的使用寿命。

热锻模的堆焊修复工艺

热锻模具堆焊修复工序为:模体表面清理、状态检查—模体型腔碳弧气刨去除表面疲劳层—预热后进行整体堆焊—焊后等温、回火。

(1)碳弧气刨。

     模具型腔尺寸检测完毕后,进行碳弧气刨刨削型腔表面。刨削要求:选用12mm的碳棒,电压设定70-75V,刨削深度为沿型腔表面深度方向5-8mm,去除所有凸起及裂纹,拐角处圆滑过渡,用清渣枪清理干净并露出金属光泽,要求裂纹源彻底清除。

    (2)堆焊工艺。

    焊材选用美国进口焊材:DZ1(打底)、DZ2(表面)两种焊丝(DZ1具有很好的抗裂性能,DZ2耐严重磨损、耐高温)

    模具预热到均温500+5℃,预热时间按照模块厚度1英寸(25mm)/1小时计算,预热保温时间6h左右。后采用保温棉遮盖保温只露出堆焊位置,焊接过程中使用DZ1焊丝焊接型腔底部,约焊总深度的60%,焊接时模具温度不得低于380℃,焊接过程中在每一层焊道变为红色时及时用风镐敲击,要求要用带圆钝端头风镐彻底锥打,以减少收缩应力,防止裂纹倾向,后用清渣枪清理干净焊渣,再进行下一层焊接,焊接中不得有气孔、夹渣、未熔合等焊接缺陷。底部区域焊接完毕后再进行表面DZ2焊丝的焊接,焊至此模具上平面高出5~8mm加工余量为止。

   (3)热处理工艺。

    焊后热处理工艺要求:等温—随炉冷却— 一次回火—随炉冷却—二次回火—随炉冷却。焊接完成后立即入炉进行500℃*4h等温,随炉冷却至室温后入炉进行第一次回火处理,回火温度为580+10℃,按照模块厚度25mm/h计算回火时间,随炉冷却至室温进行二次回火,工艺同上,要求冷却降温幅度每小时不大于30℃,二次回火后模具硬度要求为:45HRC~50HRC。

堆焊前后模具的经济性分析 

    台阶轴模具材料为5CrNiMo,锻造形式为预锻、终锻两次成形,新制整套模具总制造成本均为2.2万元,累计平均寿命为5000件/套,新制模具单耗=22000/5000=4.4元/件。采用模具钢焊材堆焊修复其预锻模、终锻模合计制造成本平均为1.9万元,实际平均寿命为9522件/套,堆焊修复模具单耗=19000/9522=2.0元/件。此模具采用模具钢焊材堆焊修复后寿命较新制模具寿命提高90.4%,模具单耗降低54.5%。可见,采用废旧模具整体堆焊工艺明显提高了模具寿命,降低了模具成本。

结束语

   (1)采用“普通模具钢+焊接表面强化”工艺整体堆焊修复后的热模锻具,加工质量合格,能够很好地满足锻模原设计要求,说明通过整体堆焊修复,可以使报废模具重新利用,且由于堆焊技术的优越性,可对模体循环往复再利用。

   (2)采用特种焊材对热锻造模具型腔焊接修复,可综合发挥锻造模具的工作效能,明显提高模具寿命。

   (3)废旧模体整体堆焊技术的应用,节约锻造模具基材、缩短制模周期、减少模具更换时间、提高锻造设备的有效产能,具有很可观的经济效益。

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