CN103182618B

CN103182618B - 辊锻模具堆焊制造修复工艺

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Publication number: CN103182618B
Application number: CN201110446958.XA
Authority: CN
Inventors: 宋斌; 张金刚; 邓正友; 周发明; 李伟; 蒋林涛; 周光铸; 郭际; 朱国军
Original assignee: HUBEI TRI-RING AXLE Co Ltd
Current assignee: HUBEI TRI-RING AXLE Co Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: CN103182618A

Abstract

本发明的名称为辊锻模具堆焊制造修复工艺。属于模具堆焊工艺技术领域。它主要是解决现有直接用低耐热钢5CrMnMo、5CrNiMo常、高温耐磨性、耐冷热疲劳性能、热稳定性、抗高温氧化性能较差的问题。它的主要特征是：选用低耐热钢5CrMnMo、5CrNiMo模具钢作为基材，热处理硬度34-42HRC，或者将待修复模膛表面应整体向下或向外加工10～15㎜，将模具焊前预热；用硬度HRC34～42堆焊金属焊材堆焊厚度为3～6㎜的打底层；用硬度HRC42-48模具堆焊焊材堆焊厚度为3～6㎜的过渡层；用硬度大于HRC55合金堆焊材料堆焊厚度为5～8㎜的工作层；焊后进行回火处理，并随炉冷却至90～190℃出炉。本发明具有缩短模具制造周期，节省加工费用，减少停机时间的特点，主要用于热锻回转模具堆焊制造及修复方法。

Description

辊锻模具堆焊制造修复工艺

技术领域

本发明属于模具堆焊工艺技术领域。具体涉及一种热锻回转模具堆焊制造及修复方法。

背景技术

锻造成型是一种生产效率高，加工质量好，节约原材料的先进加工方法，在机械、电机、汽车、拖拉机、航空、轻工、石化、动力各工业部门中得到广泛应用，工业生产中对锻造模具的需求量很大。由于锻造模具的工况条件恶劣，服役寿命低，经常出现开裂、磨损、压塌、冷热疲劳等早期失效。对锻造金属模具进行堆焊修复，延长其使用寿命，具有重大的经济意义。目前模具堆焊技术在平面分模的锻模上已有较广泛的应用，并得到较好效果。辊锻精制坯制造长杆类锻件具有很多优势：金属流线好、产品质量好、设备及模具投资少、材料利用率高、少污染、能耗低、转产换型快、生产效率高。目前利用辊锻工艺制坯的生产企业多达百家，辊锻回转模具的用量很大。

发明内容

本发明的目的就是针对上述不足之处而提供一种缩短模具制造周期，节省加工费用，减少停机时间，为国家或企业增加经济效益的辊锻模具堆焊制造及修复方法。

本发明辊锻模具堆焊制造工艺的技术解决方案是：一种辊锻模具堆焊制造工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：

⑴、首先，选用低耐热钢5CrMnMo、5CrNiMo模具钢作为基材，热处理硬度34-42HRC，按长杆类锻件辊锻精制坯型腔尺寸扩大11～20㎜制成模具，将模具预热到550℃，保温10小时。

⑵、其次，选用硬度HRC34～42堆焊金属焊材，在模具型腔内堆焊厚度为3～6㎜的打底层。

⑶、再次，选用硬度HRC42-48模具堆焊焊材，在模具型腔内打底层的基础上堆焊厚度为3～6㎜的过渡层；是硬度由低到高、耐冲击性由高到低的过渡层，如RMD248；具有较高的硬度与强度，使模具不变形。

⑷、最后，选用硬度大于HRC55合金堆焊材料，在模具型腔内过渡层的基础上堆焊厚度为5～8㎜的工作层；按要求加工形成模具工作型腔。堆焊模具型腔表面工作层，模具表面工作层在骤冷骤热交变的巨大载荷，模具在工作过程中除了承受较大压应力外，还受到炽热金属对模具型腔的加热和摩擦作用，工作环境恶劣，选用硬度大于HRC55合金堆焊材料堆焊，如RMD650，堆焊到能保证有5mm以上的加工余量为准。

⑸、焊后进行两次回火，第一次回火，温度500～550℃，保温6～12小时，第二次回火比第一次低10～20℃，保温6～12小时，使层间温度在450～550℃之间；回火完毕模具随炉冷却至90～110℃出炉，或把模具从炉中取出后用石棉布包裹缓冷。

本发明辊锻模具堆焊制造工艺的技术解决方案第⑵步骤中所述的硬度HRC34～42堆焊金属焊材为RMD136、RMD142，RMD1#。

本发明辊锻模具堆焊制造工艺的技术解决方案第⑶步骤中所述的硬度HRC42-48模具堆焊焊材为RMD248。

本发明辊锻模具堆焊制造工艺的技术解决方案第⑷步骤中所述的硬度大于HRC55合金堆焊材料为RMD650、RMG2#。RMG2#该材料堆焊金属有极佳综合力学性能、耐磨损、高耐热和抗热疲劳性能。

本发明辊锻模具堆焊修复工艺的技术解决方案是：一种辊锻模具堆焊修复工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：

⑴、焊前准备：先将待修复模膛表面应整体向下或向外加工10～15㎜；清除型槽底部的尖角；对加工后的模堂表面着色探伤，清除存在的缺陷。

⑵、焊前预热：将清除缺陷后的待修复模膛预热，随炉升温到450℃保温4～12小时，保温时间以模具厚度每30㎜保温1小时确定。

⑶、堆焊打底层：选用硬度HRC34～42堆焊金属焊材，在焊前预热后的待修复模膛内堆焊厚度为3～6㎜的打底层。

⑷、堆焊过渡层：选用硬度HRC42-48模具堆焊焊材，在待修复模膛内打底层的基础上堆焊厚度为3～6㎜的过渡层。

⑸、堆焊工作层：选用硬度大于HRC55合金堆焊材料，在待修复模膛内过渡层的基础上堆焊厚度为5～8㎜的工作层；按要求加工形成模具工作型腔。

⑹、焊后进行两次回火，第一次回火，温度500～550℃，保温6～12小时，第二次回火比第一次低10～20℃，保温6～12小时，使层间温度在450～550℃之间；回火完毕模具随炉冷却至90～110℃出炉，或把模具从炉中取出后用石棉布包裹缓冷。

本发明辊锻模具堆焊修复工艺的技术解决方案中所述的将待修复模膛表面应整体向下或向外加工10～15㎜是采用合金铣刀铣削、电弧气刨、较大石墨电极电火花加工扩大模膛，其中，电弧气刨后需用砂轮打磨掉渗碳层直到整个模膛表面见金属光泽为止。

本发明辊锻模具堆焊修复工艺的技术解决方案中所述的第⑶步骤中所述的硬度HRC34～42堆焊金属焊材为RMD136、RMD142，RMD1#。

本发明辊锻模具堆焊修复工艺的技术解决方案中所述的第⑷步骤中所述的硬度HRC42-48模具堆焊焊材为RMD248。

本发明辊锻模具堆焊修复工艺的技术解决方案中所述的第⑸步骤中所述的硬度大于HRC55合金堆焊材料为RMD650、RMG2#。RMG2#该材料堆焊金属有极佳综合力学性能、耐磨损、高耐热和抗热疲劳性能。

本发明辊锻模具堆焊制造或修复工艺中所述的打底层、过渡层与工作层之间的厚度比为：0.8～1.2︰0.8～1.2︰0.8～1.2。

本发明针对坯料在辊锻模具的不同工作部位，不同的受力状态，不同的模具受热程度、不同的失效模式，采用不同硬度及性能的合金焊材，堆焊制造、堆焊修复模具，来达到炽热的锻坯在辊锻模具型腔内急剧变形成型，模具表面在骤冷骤热交变的巨大载荷下模具所必备的较高的硬度、较好的淬透性、冲击韧性、耐冷热疲劳性能、热稳定性、高温耐磨性、抗高温氧化性能、抗裂性等性能。本发明主要用于热锻回转模具堆焊制造及修复方法。

附图说明

图1为本发明的模具图。

图2为本发明扩大后的型腔截面图。

图3为本发明施焊层次图。

图4为本发明加工后焊层图。

具体实施方式

本发明辊锻模具堆焊制造工艺的具体方法包括以下工艺步骤：

⑴、首先，选用低耐热钢5CrMnMo、5CrNiMo模具钢作为基材，热处理硬度34-42HRC，按长杆类锻件辊锻精制坯型腔尺寸扩大11～20㎜制成模具，将模具预热到550℃，保温10小时。5CrMnMo、5CrNiMo材料成本较低，热处理工艺不复杂比较成熟，具有较好的切削性能、耐冲击性、抗裂性以及中等的淬透性。但常、高温耐磨性、耐冷热疲劳性能、热稳定性、抗高温氧化性能较差。

⑵、其次，选用硬度HRC34～42堆焊金属焊材，在模具型腔内堆焊厚度为3～6㎜的打底层。硬度HRC34～42堆焊金属焊材为RMD136、RMD142，RMD1#等。RMD136、RMD142，RMD1#为与本体材质比较接近的堆焊金属焊材。应用施焊变位器尽量把工件置于平焊或爬坡施焊位置。收尾拉开电弧时应作圆周运动，填满弧坑，避免弧坑裂纹。施焊层次图见图3，焊缝搭边成型应良好，不允许有未焊透、夹渣等缺陷，焊缝尺寸应符合要求，应当有3～5㎜以上的加工余量。

⑶、再次，选用硬度HRC42-48模具堆焊焊材，在模具型腔内打底层的基础上堆焊厚度为3～6㎜的过渡层。是硬度由低到高、耐冲击性由高到低的过渡层，如RMD248。具有较高的硬度与强度，使模具不变形。硬度HRC42-48模具堆焊焊材为RMD248。过渡层具有较高的硬度与强度，使模具不变形。

⑷、最后，选用硬度大于HRC55合金堆焊材料，如RMD650、RMG2#等，在模具型腔内过渡层的基础上堆焊厚度为5～8㎜的工作层。按要求加工形成模具工作型腔。模具表面工作层在骤冷骤热交变的巨大载荷，模具在工作过程中除了承受较大压应力外，还受到炽热金属对模具型腔的加热和摩擦作用，工作环境恶劣，堆焊到能保证有5mm以上的加工余量为准。该RMG2#材料堆焊金属有极佳综合力学性能、耐磨损、高耐热和抗热疲劳性能。打底层、过渡层与工作层之间的厚度比为：0.8～1.2︰0.8～1.2︰0.8～1.2，各层厚度均匀，不宜过薄，也不宜过厚。工作层需堆层数以保证加工后表面工作层深度3～6㎜左右，焊道搭边一般为上一焊道的三分之一。

⑸、焊后进行两次回火，第一次回火，温度500～550℃，保温6～12小时，第二次回火比第一次低10～20℃，保温6～12小时，使层间温度在450～550℃之间。回火完毕模具随炉冷却至90～110℃出炉，或把模具从炉中取出后用石棉布包裹缓冷。

这样模具由里及表就形成了硬度由HRC39左右到HRC45左右再到表层的HRC55以上硬度梯度，达到表硬里韧效果，从而提高模具寿命，节能节材。

本发明用于EQ153汽车前轴辊锻模具堆焊修复工艺的具体方法包括以下工艺步骤：

⑴、焊前准备：如图1所示，先将待修复模膛表面应整体向下或向外加工，加工深度3为10～15㎜。加工方法有：①用合金铣刀铣削加工扩大摸堂；②用电弧气刨扩大模膛；③采用较大石墨电极电火花加工模膛。采用电弧气刨扩大模膛时，一般气刨后需用砂轮打磨掉渗碳层直到整个模膛表面见金属光泽为止。清除型槽底部的尖角，使施焊时运条方便，清渣容易，防止焊接缺陷，扩大后模具型腔截面2如图2所示,图2中画有工作型腔尺寸3。加工后的模堂表面应着色探伤，探测模膛表面是否还存在未加工掉的裂纹等缺陷，若存在裂纹时则应彻底清除。模具在投入加工前，最好再进行一次着色探伤，若发现裂纹，还应清除干净并再一次进行补焊直至整个堆焊层表面无论何缺陷为止。

⑵、焊前预热：将清除缺陷后的待修复模膛预热，随炉升温到450℃保温4～12小时，保温时间以模具厚度每30㎜保温1小时确定。热锻金属模具钢的碳当量高，焊接性差容易产生冷裂纹，故堆焊时必须预热。小模具的保温时间可稍短些，但一般不能低于4小时。大模具的保温时间可稍长些，但一般不长于12小时。模具放入工位器具保温箱中或用石棉板盖好保温待焊。

⑶、堆焊打底层6：与辊锻模具堆焊制造工艺中堆焊打底层相同，选用硬度HRC34～42堆焊金属焊材，在焊前预热后的待修复模膛内堆焊厚度为3～6㎜的打底层6。

⑷、堆焊过渡层5：与辊锻模具堆焊制造工艺中堆焊过渡层相同，选用硬度HRC42-48模具堆焊焊材，在待修复模膛内打底层的基础上堆焊厚度为3～6㎜的过渡层5。

⑸、堆焊工作层4：与辊锻模具堆焊制造工艺中堆焊工作层相同，选用硬度大于HRC55合金堆焊材料，在待修复模膛内过渡层的基础上堆焊厚度为5～8㎜的工作层4；按要求加工形成模具工作型腔7。

堆焊合金层时应注意以下几方面的问题：

1．避免产生火口裂纹（收弧裂纹）。避免的办法为：收弧前，焊丝原地稍停留一些时间，或后一道焊缝起弧时在前一道焊道收弧处开始。

2．避免产生气孔。避免气孔的办法是：1)φ1.6药芯焊丝焊接参数的选择范围一般为：电流260-360A;电压：26-32V；2)φ2.4药芯焊丝焊接参数的选择范围一般为：电流360-540A;电压：30-38V；保护气体为Ar+CO2混合气体，且Ar为80-90%，CO2为10-20%；CO2气体出口必须接加热器；推荐使用技术较熟练的焊工；模具堆焊前，不要过早拆开药芯焊丝的包装；已拆开包装的药芯焊丝应尽快用完，若实在用不完应重新用塑料袋包装好以免受潮，或放在低温(50－100度)的干燥炉里面保持干燥。

3．避免夹渣。避免夹渣的办法是：每焊完一层都把焊渣清除干净。

模具堆焊完后且经探伤未发现任何缺陷时可加工模具形成模具工作型腔7，加工模具可采用数控加工中心加工，由于硬度高，采用高转速低切削量加工，模具表面粗造度要达Ra1.6。加工后堆焊层图见图4。

⑹、焊后回火：焊后进行两次回火，第一次回火，温度500～550℃，保温6～12小时，第二次回火比第一次低10～20℃，保温6～12小时，使层间温度在450～550℃之间；回火完毕模具随炉冷却至90～110℃出炉，或把模具从炉中取出后用石棉布包裹缓冷。

堆焊制造模具与模具钢制造模具模具寿命及效益对比（产品:EQ153汽车前轴）如下表：

注：1、用模具钢制造新模具成本应包括：模具的原材料费；机械加工费；电极费；热处理费；人工费；模具付数等。

2、当采用堆焊技术制造模具时成本应包括：焊前模具的预处理费；模具的预热及回火费；堆焊所用焊材费；人工费；重新加工出型腔费；报废旧模具残留值及模具的付数等。

从上表可以看出：

模具费比：采用堆焊模具费52万元/模具钢制造的模具费21万=2.47倍；

模具寿命比：堆焊模具寿命140000/模具钢制造模具寿命15000=9.33倍；

每一件锻件可节约模具费14-3.71=10.29元；

本企业年产前轴锻件：800000件；

采用此技术可节省模具费：800000*13.79=823万元；

利用废旧模具堆焊修复效益更高。

由于模具寿命高，减少模具加工次数，减轻了模具车间加工压力和加工费用，并且缩短了模具加工周期，减少停机时间和转产次数。

小结：

采用模具堆焊制造、修复技术制造辊锻模具，它既克服了现有直接用低耐热钢5CrMnMo、5CrNiMo常、高温耐磨性、耐冷热疲劳性能、热稳定性、抗高温氧化性能较差缺陷，又克服用中耐热钢如3Cr2W8V、H11、H13等模具材料贵、热处理工艺复杂，易开裂的缺陷。它既发挥了5CrMnMo、5CrNiMo材料的易切削、耐冲击性、抗裂性，又用了相当于中耐钢3Cr2W8V、H11、H13材料的极佳综合力学性能、耐磨损、高耐热和抗热疲劳性能。由里及表形成硬度梯度，达到表硬里韧效果，从而提高模具寿命，节能节材节时，为企业带来很好的经济效益。

Claims

1.一种辊锻模具堆焊制造工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：

⑴、首先，选用低耐热钢5CrMnMo、5CrNiMo模具钢作为基材，热处理硬度34-42HRC，按长杆类锻件辊锻精制坯型腔尺寸扩大11～20㎜制成模具，将模具预热到550℃，保温10小时；

⑵、其次，选用硬度HRC34～42堆焊金属焊材，在模具型腔内堆焊厚度为3～6㎜的打底层；

⑶、再次，选用硬度HRC42-48模具堆焊焊材，在模具型腔内打底层的基础上堆焊厚度为3～6㎜的过渡层；是硬度由低到高、耐冲击性由高到低的过渡层，具有较高的硬度与强度，使模具不变形；

⑷、最后，选用硬度大于HRC55合金堆焊材料，在模具型腔内过渡层的基础上堆焊厚度为5～8㎜的工作层；按要求加工形成模具工作型腔；

2.根据权利要求1所述的辊锻模具堆焊制造工艺，其特征在于：第⑵步骤中所述的硬度HRC34～42堆焊金属焊材为RMD136、RMD142。

3.根据权利要求1或2所述的辊锻模具堆焊制造工艺，其特征在于：第⑶步骤中所述的硬度HRC42-48模具堆焊焊材为RMD248。

4.根据权利要求1或2所述的辊锻模具堆焊制造工艺，其特征在于：第⑷步骤中所述的硬度大于HRC55合金堆焊材料为RMD650。

5.一种辊锻模具堆焊修复工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：

⑴、焊前准备：先将待修复模膛表面应整体向下或向外加工10～15㎜；清除型槽底部的尖角；对加工后的模膛表面着色探伤，清除存在的缺陷；

⑵、焊前预热：将清除缺陷后的待修复模膛预热，随炉升温到450℃保温，保温时间以模具厚度每30㎜保温1小时确定；

⑶、堆焊打底层：选用硬度HRC34～42堆焊金属焊材，在焊前预热后的待修复模膛内堆焊厚度为3～6㎜的打底层；

⑷、堆焊过渡层：选用硬度HRC42-48模具堆焊焊材，在待修复模膛内打底层的基础上堆焊厚度为3～6㎜的过渡层；

⑸、堆焊工作层：选用硬度大于HRC55合金堆焊材料，在待修复模膛内过渡层的基础上堆焊厚度为5～8㎜的工作层；按要求加工形成模具工作型腔；

6.根据权利要求5所述的辊锻模具堆焊修复工艺，其特征在于：所述的将待修复模膛表面应整体向下或向外加工10～15㎜是采用合金铣刀铣削、电弧气刨、较大石墨电极电火花加工扩大模膛，其中，电弧气刨后需用砂轮打磨掉渗碳层直到整个模膛表面见金属光泽为止。

7.根据权利要求5或6所述的辊锻模具堆焊修复工艺，其特征在于：所述的第⑶步骤中所述的硬度HRC34～42堆焊金属焊材为RMD136、RMD142。

8.根据权利要求5或6所述的辊锻模具堆焊修复工艺，其特征在于：所述的第⑷步骤中所述的硬度HRC42-48模具堆焊焊材为RMD248。

9.根据权利要求5或6所述的辊锻模具堆焊修复工艺，其特征在于：所述的第⑸步骤中所述的硬度大于HRC55合金堆焊材料为RMD650。

10.根据权利要求5所述的辊锻模具堆焊制造工艺或辊锻模具堆焊修复工艺，其特征在于：所述的打底层、过渡层与工作层之间的厚度比为：0.8～1.2︰0.8～1.2︰0.8～1.2。