CN101767262B - 锻模喷堆复合焊再制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锻模喷堆复合焊再制造方法，步骤为：a、将失效模具型腔部分整体下刨，直至去除型腔内缺陷；b、采用一步喷焊法在上述模具型腔内表面喷焊一均匀的喷焊层；c、采用自动气体保护堆焊工艺，在模具过渡层喷焊面上堆焊一层表面强化层；d、采用回火缓冷工艺，堆焊完毕立刻进行回炉升温，保温时间应确保模具热透；e、精加工，令模具型腔各部分尺寸到位。本发明特别创新性的提出利用喷焊和堆焊相结合，与现有技术相比，减低了生产成本，减少了产品报废率。同时提高了模具基体与焊层的连接强度，改善模具强度和冲击韧性，优化表层耐磨与抗热疲劳性能，在强化区域的性能超过新制5CrNiMo、5CrMnMo整体模具的性能。

Description

锻模喷堆复合焊再制造方法

技术领域

本发明涉及模具领域，尤其是一种锻模的修复再制造方法。

背景技术

在制造业中，模具是工业生产的基础工艺装备。模具生产技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的品质、效益和新产品的开发能力，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。

目前在我国的许多企业中，模具的使用寿命还比较低，仅相当于国外的1/3～1/5。多数失效的模具，只因为表面很薄一层工作层被磨损或局部热蚀剥落而报废，造成的极大的资源浪费。据统计，由于模具寿命低而造成的钢材消耗和能源浪费，以及对产品质量影响所带来的损失，每年达上百亿人民币。

我国锻造行业目前模具损坏失效后，主要采用局部焊接或整体下落两种方式进行模具修复。局部焊接方式修复效果差，修复后模具各方面性能均难以达到要求，很快会再次出现破损需重新修复，经济效益不高；整体下落方式则造成模具基材的浪费，并且由于锻模基材质量的减少使其机械性能加速降低，造成模具提前报废，同时支出极大的机加工费用及热处理费用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为了克服上述现有技术的不足而提供一种可修复得到具备较好的强度、硬度、冲击韧性、表层耐磨与抗热疲劳等各方面性的锻模，同时又可降低生产成本、提高模具使用寿命、节约材料及能源的锻模喷堆复合焊再制造方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

锻模喷堆复合焊再制造的方法，包括依次执行的以下步骤：

a.将失效模具含缺陷的型腔部分整体下刨，直至去除型腔内缺陷。

b.在模具波浪形表面上进行一步法喷焊自熔性合金粉末，即边喷边熔的方法，形成一均匀的喷焊层，该喷焊层作为过渡层。由于喷焊后基体界面处的晶粒与堆焊相比较为细小，可在改善模具强度和冲击韧性的同时提高焊层与基材的结合强度，有效连接基体层与堆焊层，提高锻模基体的可焊接特性和强度。

c.采用自动气体保护堆焊工艺，在模具过渡层喷焊面上堆焊一层表面强化层。所述自动气体保护堆焊工艺是指采用自动堆焊机在惰性气体保护下进行自动堆焊。其中，该层强硬度和韧性高，延伸率、收缩率、冲击韧性和高温性能良好，为耐磨与抗热疲劳性能层，在锻模模具工作中起主要作用。

d.采用回火缓冷工艺，堆焊完毕立刻进行回炉升温，缓冷。此时工件内大部分残余奥氏体转变为马氏体，并使马氏体消除了内应力，强化部位硬度要高于基体硬度。

e.用电脉冲机床加工成形或直接用砂轮打磨的方式进行精加工，使模具型腔的各部分尺寸到位。

在上述技术的所述步骤a中，作为优化，失效模具型腔表面被下刨清理为波浪形，增加焊接时焊材与基体材料的结合强度，大大提高最终得到的锻模模具的整体性能要求。

作为再一步优化，在所述b和步骤c中，在焊接过程中间断性地敲击模具令其振动，控制振动频率，以减少应力集中、细化晶粒等。

在所述步骤b中，作为再一步优化，采用中性焰和微量碳化焰，防止焊层过熔氧化。

在所述步骤b和步骤c中，作为再进一步的优化，焊接前模具需预热，这样，可以使熔敷金属与母材之间降低温度差的影响，避免从热影响区带来种种缺陷。

经过以上步骤得到的工件，焊接强化部位超过一般模具钢性能，基体材料利用率高，成本降低，工件寿命提高，实现了低成本、低能耗、短时间、高利用率、高效率、高性能和高效益的制造。

综合目前国内现有的锻模修复技术状况，以及堆焊和喷焊自身特点。申请人考虑到，如果能将堆焊和喷焊技术结合起来，对失效模具翻新再制造，减低了生产成本，减少了产品报废率。同时充分利用喷焊与堆焊各自的特点，提高模具基体与焊层的连接强度，改善模具强度和冲击韧性，优化表层耐磨与抗热疲劳性能，在强化区域层的性能超过新制5CrNiMo、5CrMnMo整体模具的性能。

喷焊技术对基体输入热量小，基体变形小，喷焊速度快，粉末利用率高。喷焊层比基材有更优异的使用性能；设备简单，投资少，易于推广使用；设备操作简单，工艺易于掌握；工艺适应性强，不受工件批量、形状、大小的影响，无论是在车间内，还是工件使用现场，都可以喷焊施工，但喷焊厚度一般都只有几个到十几个毫米，不能满足锻模的要求。

而堆焊相对于喷焊，焊层厚度高，但与喷焊后基体界面处的晶粒相比较为粗大，焊层与基材的结合强度不高，不能有效连接基体层。因此申请人考虑，将喷焊层作为基体过渡层，有效连接基体模具与表面堆焊强化层，同时提高模具强度和冲击韧性；而将堆焊层作为表面强化层，优化表层耐磨与抗热疲劳性能。充分利用喷焊和堆焊各自的优点，使模具强化区域层的性能超过新制5CrNiMo、5CrMnMo整体模具的性能。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1.本发明创新性的提出一种绿色的锻模再制造方法，利用喷焊和堆焊相结合，复合处理失效锻模模具。与目前常用的5CrNiMo锻造模具相比，在强化部位的综合机械性能都比较好。由于采用在模具型腔进行喷堆复合焊优化，模块高度无需下落，这样可保持模块的最大质量，大大降低了模块开裂的可能性，模块基材的寿命提高，减少换模次数，减少停机时间，也减轻工人的劳动强度，使设备利用率大大提高。

2.充分利用喷焊与堆焊各自的特点，喷焊和堆焊各梯度功能层，每个梯度层起不同功效，综合改善模具，提高模具基体与焊层的连接强度，优化模具强度和冲击韧性，增强表层耐磨与抗热疲劳性能。

3.喷堆复合焊技术再制造锻模，一般只在失效部位进行，其它部位不需再加工，与其他方法相比节省加工费用。对失效模具进行修复和翻新再制造，使之“起死回生”，最大限度节省基体材料，降低成本。

4、通过对模具型腔的整体焊接可以将一种锻件的模具改制为另一种锻件的模具，充分利用旧模块无需再开新模。

5、本发明必将在锻模再制造，关键部位修复，材料制备，资源循环利用，以及绿色循环制造等领域具有广阔的应用价值和发展前景。

6、本发明中，过渡层采用了喷焊层，由于喷焊层晶粒比堆焊相对更加细小，故可更加有效地提高堆焊层与喷焊层之间结合强度，故本发明特别适宜于需抗冲击韧性较大的锻模模具修复。

总之，本发明提供了一种能同时较好地满足锻模模具在强度、硬度、冲击韧性、表层耐磨与抗热疲劳等各方面的性能要求，同时又可减小生产成本的锻模再制造方法；实现低成本、低能耗、短时间、高利用率、高效率、高性能和高效益的再制造锻模模具，对相关行业具有无法估量的意义。另外，虽然本方法是一种锻模模具修复方法，但是本方法步骤同样适宜于在锻模模具制造时使用，只需将a步骤替换为直接制得一同样形状的模坯即可。

附图说明

图1为本发明具体实施时a步骤中将失效模具型腔清除缺陷后得到带波浪形表面的模

具断面图。

图2为本发明具体实施时用于说明各焊层情况的模具截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

本具体实施方式中需修复的锻模为普通锻模的下模，待焊截面结构如图1所示，其修复方法包括依次执行的以下步骤：

a.待修复锻模型腔整体下刨去除失效部位，形成波浪形表面，如图1所示。

b.在模具波浪形表面上进行一步法喷焊自熔性合金粉末，形成均匀分布的喷焊层，该喷焊层作为过渡层。

c.采用自动气体保护堆焊工艺，在模具过渡层喷焊面上进行表面强化层堆焊。

d.模具采用回火缓冷工艺。在堆焊完毕立刻进行回炉升温和缓冷。

e.将模具用电脉冲机床加工成形或直接用砂轮打磨的方式进行精加工，使各部分尺寸到位。

在具体实施时，在上述步骤b的喷焊之前，需对待焊模具进行前处理，包括：

1)模具表面清洁处理，清除氧化皮、油污、铁锈、毛刺等缺陷；

2)整体预热模具。

在步骤b的喷焊过程中，需：

1)采用多层喷熔，控制每层的厚度，避免在喷焊过程中对同一涂层进行多次重熔的操作。喷焊采用中性焰和微量碳化焰。

2)强化过程分多层进行。

整个焊接过程中，模具温度低于一定温度时重新装炉预热。边焊边用榔头用力敲击。在C步骤堆焊前模具同样需预热。其中，各堆焊层结构如图2所示，图中，A为喷焊过渡层，B为表面堆焊强化层，C为模具实际型腔轮廓线，D为锻模模具基体。

上述步骤d是用于完成焊后热处理，具体实施时包括：

1)去应力回火：堆焊完毕立刻进行回炉升温和保温，确保模具热透。

2)缓冷：去应力回火后，模具在保温沙坑中放置一段时间进行缓冷。

3)空冷：模具完成缓冷后，进行空冷至室温。

经上述步骤d后得到的模具最终再经步骤e进行机械加工，最终制得完整锻模成品。其成品模具强化部位表面硬度平均为48HRC，无裂纹、夹杂等缺陷。喷焊过渡层A与基体材料结合良好，力学性能指标比5CrNiMo调质处理后好，起到过渡连接作用，同时强化基体模具。因强硬度适中，延伸率、收缩率、冲击韧性和高温性能良好，起到改善模具型腔强硬性、韧性的目的。表面堆焊强化层B耐磨与抗热疲劳性能良好。通过各梯度功能层，综合改善5CrNiMo锻造模具，提高其工作区域强度、韧性等性能，延长使用寿命，可以代替目前常用的锻模模具。在本锻模实际实验中，模具寿命可提高65％以上，减少了换模次数，减少了停机时间，提高了设备利用率，降低了模具成本。

另外，具体实施时，将a步骤替换为直接制备一锻模模坯，其他步骤不变，即可直接用于锻模生产制造，其制得的锻模可以保证同样的出色性能。

Claims (5)

1.一种锻模喷堆复合焊再制造方法，其特征在于包括依次执行以下步骤：

a、将失效模具型腔部分整体下刨，直至去除型腔内缺陷；

b、采用一步喷焊法在上述模具型腔内表面喷焊自熔性合金粉末，在型腔内表形成一均匀的喷焊层，该喷焊层作为过渡层；

c、采用自动气体保护堆焊工艺，在模具过渡层喷焊面上堆焊一层表面强化层；

d、采用回火缓冷工艺，堆焊完毕立刻进行回炉升温，并缓冷；

e、精加工，令模具型腔各部分尺寸到位。

2.如权利要求1所述锻模喷堆复合焊再制造方法，其特征在于，上述a步骤中，失效模具型腔表面被下刨清理为波浪形。

3.如权利要求1所述锻模喷堆复合焊再制造方法，其特征在于，所述b和步骤c中，在焊接过程中间断性地敲击模具令其振动。

4.如权利要求1所述锻模喷堆复合焊再制造方法，其特征在于，所述步骤b中，采用中性焰和微量碳化焰进行喷焊。

5.如权利要求1所述锻模喷堆复合焊再制造方法，其特征在于，所述步骤b和步骤c中，焊接前模具需预热。

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