CN102248358A - 铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法 - Google Patents

Abstract

一种铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，属于玻璃模具加工技术领域。包括的步骤：型腔预加工；预热；焊前处理；焊接；退火；精加工。优点：利用铸铁合金作为玻璃模具的母材基体，成本低，原材料丰富，导热性适中，模具维修方便，不受生产的玻璃制品的限制；采用了等离子焊机，利用等离子弧为热源，温度高且热量集中，在工件表面形成微小熔池使得焊层与基体形成冶金结合，焊层结合强度高，焊后不易脱落；利用等离子焊机操作可以形成自动化流水线操作，满足工业化放大生产要求，节省焊粉、提高生产率和减轻工人的操作强度；能提高模具的使用寿命，满足高机速要求。

Description

铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法

技术领域

本发明属于玻璃模具加工技术领域，具体涉及一种铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法。

背景技术

由于镍基具有良好的抗腐蚀性、抗氧化性和拔萃的抗热疲劳性能等特点，因此向玻璃模具型腔内喷涂镍基合金粉藉以形成一层硬质镍基合金层无疑可延长玻璃模具的使用寿命。

中国发明专利授权公告号CN101549946B推荐了一种硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，由该专利方案得到的玻璃模具能充分发挥出铜合金材料无与伦比的散热性，有效地提高机速的同时又满足了玻璃生产厂商对玻璃模具寿命长的要求，具体可参见该专利的说明书第2页最后一段。但是，玻璃模具材料的散热性能并非越强越好，因为如业界所知之理，玻璃制品在模具内成型分为两个阶段：将玻璃熔液吹制成雏形，在成型模中将雏形吹制成成品，在这两个阶段中需要严格控制成型条件，如冷却过快则雏形会硬化而无法成型为成品，若冷却太慢则成品出模后因自重而变形，如冷却不均匀则容易导致局部粘料产生成品厚度不均或变形。由此可知，CN101549946B提供的方法对玻璃模具具有挑剔性，也就是说该专利方法得到的玻璃模具对体积相对大的如红酒瓶之类的玻璃容器加工是较为适应的，而对于面广量大的并且体积相对较小的诸如饮料瓶和化妆品瓶的加工并不适宜，因为，此类玻璃容器体积小，玻璃料冷却速度较快而本身要求玻璃模具具有一定的保温性能。对此，只要选用导热系数较铜合金稍小的铸铁材料作为玻璃模具的母材基体就可以解决这一问题，况且，玻璃容器的使用厂商正在朝着瓶壁厚度逐渐减薄的方向追求，使玻璃料的冷却速度相应加快。显然，导热性能优异的铜合金并不是制造玻璃模具的最为优选的材料，相反，具有良好的综合性能的铸铁在可以预见的未来依然是玻璃模具的主要材料。

但是，当由铸铁合金制作的玻璃模具用于加工体积大的玻璃容器如红酒瓶之类的玻璃制品时，也同样需要对玻璃模具型腔填充旨在提高耐磨性的镍基合金，藉以满足玻璃制品制造商对模具所期望的适应高机速和使用寿命长的要求。已有技术中对铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法主要有以下两种：一是采用手工喷焊工艺向玻璃模具型腔内喷焊镍基合金，该方法因喷涂层孔隙度大而导致与基体材料的结合强度差，难以使镍基合金与母材基体良好结合，上机使用后易出现分层乃至脱落；二是采用氩弧焊并且以手工方式向玻璃模具型腔内填入镍基合金层，该法相对于前述的手工喷焊而言可以改善镍基合金与母材基体的结合效果，但是，由于氩弧焊为手工操作，因此可变因素较多，规整性和一致性均难以保证，尤其是当镍基合金层的厚度较大时，需再次反复焊接，工效低，工人劳动强度大。此外，由于氩弧焊的设备决定了焊材的几何形状只能是线材或棒材（业界称为焊丝），焊接后容易导致焊层不平整等技术问题。

本申请人作了广泛的文献检索，但未见诸向铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的更为优选的方法的技术启示，这里所称的更为优选的方法是指除前述的手工喷焊工艺和氩弧焊工艺以外的方法。

为此，本申请人作了有益的探索，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的任务是要提供一种有助于增进镍基合金与作为母材基体的铸铁材料之间的结合效果而藉以避免分层脱落、有利于提高对镍基合金的焊接效率并且减轻操作者的工作强度而藉以满足工业化放大生产要求、有益于玻璃模具满足玻璃制品生产厂商对高机速和使用寿命长的要求的铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法。

本发明的任务是这样来完成的，一种铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，该方法包括以下步骤：

A)型腔预加工，对由前道工序浇铸得到的铸铁合金为母材基体的模具毛坯的型腔进行铣加工，铣除型腔表面皮层，并且在型腔四周向外扩展出焊位，控制所扩展出的焊位的尺寸，得到待预热工件；

B)预热，将待预热工件放置于加热炉内预热，并且控制预热温度和预热时间，出炉后，得到待焊工件；

C)焊前处理，对待焊工件的型腔、凹槽以及扩展出的焊位部位进行清洁处理；

D)焊接，采用等离子焊机将镍基合金焊粉焊接到型腔内，并且控制等离子焊机的焊接电流和控制所选用的镍基合金焊粉的规格，得到焊接后的半成品工件；

E)退火，将焊接后的半成品工件置入退火炉中退火，冷却后得到待精加工工件；

F)精加工，将待精加工工件通过铣加工、车加工和抛光工序后得到型腔内填充镍基合金的铸铁为母材基体的玻璃模具成品。

在本发明的一个具体的实施例中，步骤A)中所述的焊位的宽度为2-10mm，深度为1-5mm。

在本发明的再一个具体的实施例中，步骤B)中所述的控制预热温度是将预热温度控制为450-600℃，所述的控制预热时间是将预热时间控制为30-60min。

    在本发明的又一个具体的实施例中，步骤C)中所述的清洁处理是对型腔表面、凹槽和被焊位预留的边际部位清除灰尘和氧化物。

    在本发明的还一个具体的实施例中，所述的清洁处理所用的工具为金属刷子，所述的金属刷子是刷芒为铜丝的刷子。

在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤D)中所述的控制焊接电流是将焊接电流控制为80-140A，所述的控制所选用的镍基合金焊粉的规格是将焊粉选用COLMONOY 21A型焊粉。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，步骤E)中所述的退火的退火温为580-620℃，保温时间为4h；

在本发明的又进而一个具体的实施例中，步骤E)中所述的冷却为随炉冷却至室温。

本发明提供的技术方案的技术效果之一，利用铸铁合金作为玻璃模具的母材基体，成本低，原材料丰富，导热性适中，模具维修方便，不受生产的玻璃制品的限制；之二，采用了等离子焊机，利用等离子弧为热源，温度高且热量集中，在工件表面形成微小熔池使得焊层与基体形成冶金结合，焊层结合强度高，焊后不易脱落；之三，利用等离子焊机操作可以形成自动化流水线操作，满足工业化放大生产要求，节省焊粉、提高生产率和减轻工人的操作强度；之四，既能提高模具的使用寿命，又可满足高机速要求。

具体实施方式

    实施例1：

    以加工型腔最大直径为25士0. 05 mm，高度为30士0. 05mm的玻璃模具为例。

    A)型腔预加工，优选而非限于地选用由中国宁夏小巨人有限公司生产销售的型号为VT160AN/2P立式加工中心对由前道工序浇铸得到的铸铁合金为母材基体的模具毛坯的型腔进行铣加工，铣除型腔内的表面皮层，在铣加工过程中，对型腔四周向外扩展出宽度为2mm的焊位(焊接位置或称焊接部位)，深度为3mm,使型腔的最大直径变为29mm，高度为34mm，凹槽与型腔的所有尖锐转角部位均采用圆弧过渡，得到待预热工件;

    B)预热，将由步骤A)所得到的待预热工件放置于(送入)加热炉中预热，预热温度为450℃，时间即恒温时间为55min，出炉后，得到待焊工件;

    C)焊前处理，用刷芒为铜丝制的铜刷对由步骤B)所得到的待焊工件的型腔(模具的型腔，以下同)、凹槽以及在步骤A)中被焊位预留的区域进行清洁，藉以清除灰尘和氧化物;

D)焊接，优选而非限于地使用由上海司太立有限公司生产的型号为STARWELD型等离子焊粉末堆焊机，将优选由美国COLMONOY公司生产的规格为COLMONOY 21A型镍基合金焊粉焊接到型腔内，等离子焊机即等离子焊粉末堆焊机的焊接电流控制为90A，得到焊接后的半成品工件；

    E)退火，将由步骤D)得到的焊接后的半成品工件放入(送入)退火炉中，炉温控制为580℃，时间控制为4h，随炉冷却即缓冷至室温后出炉，得到待精加工工件;

    F)精加工，将由步骤E)得到的待精加工工件采用步骤A)中所述的立式加工中心铣加工，将型腔粗加工，使型腔最大直径为23mm，高度为32mm，然后用前述的立式加工中心的型号为QTN150数控车床对型腔精加工至直径25mm，高度为30mm，而后经抛光，得到型腔内充填有镍基合金的铸铁合金为母材基体的玻璃模具。

经检测型腔镍基合金层处，镍基合金与铸铁基体结合处无焊接气孔和裂纹，镍基合金层与铸铁合金为母材基体的结合处有1. 4㎜渗透层。

实施例2：

    以加工型腔最大直径为20士0. 05 mm，高度为27士0. 05 mm的玻璃模具为例。

    A)型腔预加工，优选而非限于地选用由中国宁夏小巨人有限公司生产销售的型号为VT160AN/2P立式加工中心对由前道工序浇铸得到的铸铁合金为母材基体的模具毛坯的型腔进行铣加工，铣除型腔内的表面皮层，在铣加工过程中，对型腔四周向外扩展出6mm的焊位(焊接位置或称焊接部位)，深度为3 mm，使型腔的最大直径变为32mm，高度为33mm，凹槽与型腔的所有尖锐转角部位均采用圆弧过渡，得到待预热工件;

    B)预热，将由步骤A)所得到的待预热工件放置于(送入)加热炉中预热，预热温度为500℃，时间即恒温时间为45min，出炉后，得到待焊工件;

    C)焊前处理，用刷芒为铜丝制的铜刷对由步骤B)所得到的等焊工件的型腔(模具的型腔，以下同)、凹槽以及在步骤A)中被焊位预留的6mm的区域进行清洁，藉以清除灰尘和氧化物;

D)焊接，优选而非限于地使用由上海司太立有限公司生产的型号为STARWELD型等离子焊粉末堆焊机，将优选由美国COLMONOY公司生产的规格为COLMONOY 21A型焊粉焊接到型腔内，等离子焊机即等离子焊粉末堆焊机的焊接电流控制为115A，得到焊接后的半成品工件；

    E)退火，将由步骤D)得到的焊接后的半成品工件放入(送入)退火炉中，炉温控制为600℃，时间控制为4h，随炉冷却至室温后出炉，得到待精加工工件;

    F)精加工，将由步骤E)得到的待精加工工件采用步骤A)中所述的立式加工中心铣加工，将型腔粗加工，使型腔最大直径为22mm，高度为29mm，然后用前述的立式加工中心的型号为QTN150数控车床对型腔精加工至直径20mm，高度为27～27.05mm，而后经抛光，得到型腔内充填有镍基合金的铸铁合金为母材基体的玻璃模具。

    经检测型腔镍基合金层处，镍基合金与铸铁基体结合处无焊接气孔和裂纹，镍基合金层与铸铁合金为母材基体的结合处有2. 2㎜渗透层。

实施例3：

    以加工型腔最大直径为27士0. 05 mm，高度为15士0. 05 mm的玻璃模具为例。

    A)型腔预加工，优选而非限于地选用由中国宁夏小巨人有限公司生产销售的型号为VT160AN/2P立式加工中心对由前道工序浇铸得到的铸铁合金为母材基体的模具毛坯的型腔进行铣加工，铣除型腔内的表面皮层，在铣加工过程中，对型腔四周向外扩展出10mm的焊位(焊接位置或称焊接部位)，深度为5mm,使型腔的最大直径变为47mm，高度为35mm，凹槽与型腔的所有尖锐转角部位均采用圆弧过渡，得到待预热工件;

    B)预热，将由步骤A)所得到的待预热工件放置于(送入)加热炉中预热，预热温度为550℃，时间即恒温时间为35min，出炉后，得到待焊工件;

    C)焊前处理，用刷芒为铜丝制的铜刷对由步骤B)所得到的等焊工件的型腔(模具的型腔，以下同)、凹槽以及在步骤A)中被焊位预留的10mm的区域进行清洁，藉以清除灰尘和氧化物;

D)焊接，优选而非限于地使用由上海司太立有限公司生产的型号为STARWELD型等离子焊粉末堆焊机，将优选由美国COLMONOY公司生产的规格为COLMONOY 21A型焊粉焊接到型腔内，等离子焊机即等离子焊粉末堆焊机的焊接电流控制为120A，得到焊接后的半成品工件；

    E)退火，将由步骤D)得到的焊接后的半成品工件放入(送入)退火炉中，炉温控制为620℃，时间控制为4h，随炉冷却至室温后出炉，得到待精加工工件;

    F)精加工，将由步骤E)得到的待精加工工件采用步骤A)中所述的立式加工中心铣加工，将型腔粗加工，使型腔最大直径为29mm，高度为17mm，然后用前述的立式加工中心的型号为QTN150数控车床对型腔精加工至直径27mm，高度为15～15.05mm，而后经抛光，得到型腔内充填有镍基合金的铸铁合金为母材基体的玻璃模具。

经检测型腔镍基合金层处，镍基合金与铸铁基体结合处无焊接气孔和裂纹，镍基合金层与铸铁合金为母材基体的结合处有1.8㎜渗透层。

申请人需要说明的是，实施例1至3中的焊层厚度均不包括填充到凹槽中的部分。申请人在实施例1至3中均是以型腔的最大直径为基准进行说明的，依据举一反三原则，领域内的技术人员并不会对变径的玻璃模具型腔的其它部位例如最小值也同样存在与最大直径相仿的变化过程产生理解上的困惑。

Claims (8)

1.一种铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

A)型腔预加工，对由前道工序浇铸得到的铸铁合金为母材基体的模具毛坯的型腔进行铣加工，铣除型腔表面皮层，并且在型腔四周向外扩展出焊位，控制所扩展出的焊位的尺寸，得到待预热工件；

B)预热，将待预热工件放置于加热炉内预热，并且控制预热温度和预热时间，出炉后，得到待焊工件；

C)焊前处理，对待焊工件的型腔、凹槽以及扩展出的焊位部位进行清洁处理；

D)焊接，采用等离子焊机将镍基合金焊粉焊接到型腔内，并且控制等离子焊机的焊接电流和控制所选用的镍基合金焊粉的规格，得到焊接后的半成品工件；

E)退火，将焊接后的半成品工件置入退火炉中退火，冷却后得到待精加工工件；

F)精加工，将待精加工工件通过铣加工、车加工和抛光工序后得到型腔内填充镍基合金的铸铁为母材基体的玻璃模具成品。

2.根据权利要求1所述的铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，其特征在于步骤A)中所述的焊位的宽度为2-10mm，深度为1-5mm。

3.根据权利要求1所述的铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，其特征在于步骤B)中所述的控制预热温度是将预热温度控制为450-600℃，所述的控制预热时间是将预热时间控制为30-60min。

4. 根据权利要求1所述的铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，其特征在于步骤C)中所述的清洁处理是对型腔表面、凹槽和被焊位预留的边际部位清除灰尘和氧化物。

5. 根据权利要求4所述的铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，其特征在于所述的清洁处理所用的工具为金属刷子，所述的金属刷子是刷芒为铜丝的刷子。

6.根据权利要求1所述的铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，其特征在于步骤D)中所述的控制焊接电流是将焊接电流控制为80-140A，所述的控制所选用的镍基合金焊粉的规格是将焊粉选用COLMONOY 21A型焊粉。

7.根据权利要求1所述的铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，其特征在于步骤E)中所述的退火的退火温为580-620℃，保温时间为4h。

8.根据权利要求1所述的铸铁合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，其特征在于步骤E)中所述的冷却为随炉冷却至室温。