CN101767268B - 锻模堆喷复合焊制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对目前国内现有的锻模制造技术现状，结合了堆焊和喷焊自身特点，创造性地提出了一种锻模堆喷复合焊制备方法，包括以下步骤：a、锻造出锻模基体并调质处理，基体型腔处预留余量；b、采用自动气体保护堆焊工艺，在具体型腔表面上堆焊出均匀分布的堆焊过渡层；c、采用一步喷焊法在过渡层表面形成表面强化层；d、采用回火缓冷工艺，喷焊完毕立刻进行回炉升温；e、精加工，令模具型腔各部分尺寸到位。本发明与现有的锻模模具制备方法相比，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，性能超过新制5CrNiMo、5CrMnMo整体模具的性能。

Description

锻模堆喷复合焊制备方法

技术领域

本发明涉及模具领域，尤其是一种锻模的制备方法。

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，我国锻造行业主要以5CrNiMo、5CrMnMo、H13等作为模具钢，这些钢种具有一定的淬透性、高温强度和冲击韧性，但普遍使用寿命不高。同时我国锻模模具制备方法基本均为采用锻造后热处理制得，这种方法制得的锻模性能差，使用寿命比较低，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。

故如何设计一种能提高模具性能，延长使用寿命，降低生产成本的锻模制备方法，已成为本技术领域有待解决的问题。

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制得具备较好的强度、硬度、冲击韧性、表层耐磨与抗热疲劳等各方面性能的锻模，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堆喷复合焊制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种锻模堆喷复合焊制备方法，包括依次执行的以下步骤：

a.新制锻模模具基体，基体经锻造及调质处理，基体型腔位置预留余量。

b.采用自动气体保护堆焊工艺，在基体型腔表面上堆焊出均匀分布的堆焊层，该堆焊层作为过渡层。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。

c.在堆焊过渡层上进行一步法喷焊自熔性合金粉末，形成表面强化层。各梯度层结合强度高，强化工作部位对回火脆性并不敏感，从高温缓慢冷却下来以后，冲击韧性仅稍有降低。堆喷复合焊强化部位淬透性好，每个梯度层的断面各部位硬度几乎一致。

d.采用回火缓冷工艺，喷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等方式进行精加工，使模具的各部分尺寸到位。

在上述技术的所述步骤a中，作为优化，基体型腔表面制为波浪形表面，可增加焊接时焊材与基体材料的结合强度，能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，在焊接过程中采用振动方法，控制振动频率，以减少应力集中、细化晶粒。

在上述技术的所述步骤c中，采用一步喷焊法多层喷熔，避免在喷焊过程中对同一涂层进行多次重熔操作，防止元素烧损使焊层硬度下降。

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，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，新制锻件产品开发周期缩短，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。

针对目前国内现有的锻模制造技术状况，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，复合强化新制模具，则可以减低生产成本，减少产品报废率。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，在工作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，因此申请人考虑，将堆焊层作为基体和表面工作层的过渡层，有效连接基体模具、提高模具强度和冲击韧性；将喷焊层作为表面工作层，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，使模具工作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.本发明创新性地提出了利用堆焊和喷焊相结合，复合强化处理制造锻模模具，强化工作部位。与目前常用的5CrNiMo锻造模具相比，在型腔部位的综合机械性能都比较好。由于采用在模具型腔进行堆喷复合焊优化，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，堆焊和喷焊各梯度功能层，每个梯度层起不同功效，综合改善模具性能，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.堆喷复合焊技术制备锻模，一般只在工作部位进行，其它部位不需再加工，与其他方法相比节省加工费用。

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、本发明必将在锻模制备，材料制备，资源循环利用等领域具有广阔的应用价值和发展前景。

6、本发明中，表面强化层采用了喷焊层，由于喷焊层强度和韧性比堆焊层相对较高，故可更加有效地提高型腔表面强度，故本发明特别适宜于对型腔表面强度要求更大的锻模模具制造。

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制备方法；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备锻模模具，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制造方法，但是本方法还适宜于在锻模模具修复时使用，只需将a步骤直接替换为将损坏模具制为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步骤中制得的模具基体截面结构示意图。

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制备的锻模为普通锻模的下模，待焊截面结构如图1所示，其制备方法包括依次执行的以下步骤：

a.采用新制的5CrNiMo模具作为基体，基体型腔表面预留余量且形成波浪形。如图1所示。

b.采用自动气体保护堆焊工艺，在模具基体型腔表面上进行过渡层堆焊，过渡层均匀分布。

c.采用一步法喷焊在堆焊过渡层上喷焊自熔性合金粉末，形成表面强化层。该层强硬度和韧性均比过渡层高，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，喷焊完毕立刻进行回炉升温和缓冷。

e.用电脉冲机床加工成形，或用砂轮打磨的方式进行精加工，使模具的各部分尺寸到位。

在具体实施时，在上述步骤b的堆焊之前，需对待焊模具进行前处理，包括：

1)模具表面清洁处理，清除沙、氧化皮、油污、铁锈、毛刺等缺陷；

2)整体预热模具。

在步骤c的喷焊前模具需预热，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。

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。焊接过程中，边焊边用榔头用力敲击模具，令其振动。其中，各堆焊层结构如图2所示，图中，A为堆焊过渡层，B为表面喷焊强化层，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：焊接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。其成品模具无裂纹、夹杂等缺陷。第一层堆焊过渡层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，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。表面喷焊层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70％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，本方法还适宜于在锻模模具修复时使用，只需将a步骤直接替换为将损坏模具制为同样形状的模坯，其他步骤不变即可。

Claims (5)

1.一种锻模堆喷复合焊制备方法，其特征在于包括依次执行的以下步骤：

a、锻造出锻模基体并调质处理，基体型腔处预留余量；

b、采用自动气体保护堆焊工艺，在基体型腔表面上堆焊出均匀分布的堆焊层，该堆焊层作为过渡层；

c、采用一步喷焊法在过渡层表面喷焊自熔性合金粉末，形成表面强化层；

d、采用回火缓冷工艺，喷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所述的锻模堆喷复合焊制备方法，其特征在于，所述步骤a中，基体型腔表面制为波浪形。

3.如权利要求1所述的锻模堆喷复合焊制备方法，其特征在于，所述步骤b和步骤c中，在焊接过程中采用振动处理方法。

4.如权利要求1所述的锻模堆喷复合焊制备方法，其特征在于，所述步骤c中为多层喷熔。

5.如权利要求1所述的锻模堆喷复合焊制备方法，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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