CN104084747A - 一种冷拔内模的修复方法 - Google Patents
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Abstract
一种冷拔内模激光熔覆修复方法，对冷拔内模进行清理除污，并测量其尺寸；根据磨损的尺寸和实际要求尺寸对模具外圈进行车削，车削成一定的外锥度；按比例配制Ni60与纳米WC合金粉末并混合；用锻造45钢加工钢套，对45钢套外圈进行激光熔覆，熔覆后进行保温处理；45钢锥套与车削后的冷拔内模进行组装配合，保证可靠的过盈配合；根据图纸对配合后的模具整体进行机械加工，达到尺寸和精度要求。本发明解决了磨损后无缝钢管冷拔内模难以修复的问题，并明显提高了修复后模具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种模具的修复方法，特别是一种无缝钢管冷拔模具内模的修复方法。
背景技术
冷拔一种重要的无缝钢管制造方法，冷拔所使用的主要是冷拔模具，包括冷拔外模和冷拔内模。拔制过程中，冷拔模具直接对钢管进行加工，既要承受很大的挤压力和摩擦力，又要承受由于塑性变形生热引起的热应力，这致使模具常因工作面磨损而报废。虽然目前所用的冷拔模具已经具有较高的硬度和耐磨性能，但在实际应用中，冷拔模具因磨损而造成的损失仍是十分巨大的，这无疑将会增加企业的生产成本。
传统冷拔模具的制作材料为Cr12MoV，属于合金工具钢材料，价格昂贵，其制造过程经过铸造、锻造、机械加工、整体热处理、表面热处理等繁杂的工序，制造成本也高，而且在实际生产中消耗量大。Cr12MoV含碳量过高，极易在修复中由于局部热量过高而产生裂纹，这使得传统的堆焊、氩弧焊、等离子熔覆等方法无法完成修复。
冷拔模具成本约占无缝钢管总生产成本的1/2，因此对无缝钢管冷拔模具进行修复，延长模具的使用寿命，对降低产品成本、提高企业效益和节约资源具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、节约贵重稀有金属材料、效率较高，能提高冷拔内模使用寿命、降低冷拔钢管成本的冷拔内模的修复方法。
本发明的技术方案如下：
(1)对冷拔内模进行除污清洗，并进行尺寸测量，确定磨损程度。
(2)依据磨损量及疲劳损伤情况对冷拔内模表面进行车削处理，车削量为50-60mm，将冷拔内模外圈加工成锥形，锥度为13-17°。
(3)对车削后的冷拔内模进行磁粉探伤和超声波探伤，确保车削后冷拔内模外表面及内部无裂纹等缺陷。
(4)将100-320目Ni60粉末与1200-1600目纳米WC粉末按比例进行混合，其中Ni60粉末占总质量的95％-99％，纳米WC粉末占总质量的1％-5％；将按比例配制好的Ni60粉末和纳米WC粉末放入机械式混粉器中，混合2-4小时，制得Ni60与纳米WC合金粉末。
(5)用锻造后的45钢加工锥套，保证锥套的内圈尺寸与车削后的冷拔内模外圈尺寸相匹配；锥套外圈尺寸比冷拔内模的实际要求尺寸小1-4mm，作为后续激光熔覆处理的余量。
(6)对45钢锥套采用整体预热的方式进行预热，预热温度为400-500℃。
(7)将预热后的45钢锥套固定在大功率激光加工机床上，采用大功率半导体激光器扫描，激光熔覆工艺参数为：激光功率P＝2000-2500W、光斑直径3mm、搭接率40％-50％、扫描速度350-600mm/min；采用气动送粉，将Ni60与纳米WC合金粉末熔覆在45钢锥套外圈表面，送粉器的粉末传输速度为150-180g/min，熔覆1-3层，合金熔覆层厚度达到1-5mm。
(8)对熔覆后的45钢锥套进行去应力退火，以防冷裂纹的产生，温度为350-500℃，保温1-2小时。
(9)将保温后的45钢锥套与车削后的冷拔内模进行组装配合，保证锥套内圈与车削后的冷拔内模外圈为可靠的过盈配合。
(10)按照图纸及相关技术要求对上述配合后的整体进行机械加工，保证达到冷拔模具内模所要求的尺寸和精度。
(11)采用磁粉探伤和超声波探伤等对精加工后的冷拔内模修复件进行检测，确保修复后的冷拔内模无缺陷。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、工艺简单、可控性强、修复效率高；
2、可进行多次修复，实现多次磨损后冷拔模具的再制造，成本低廉，环境污染小；
3、采用锻造45钢局部替代Cr12MoV，节约了大量稀有金属合金材料；
4、修复后的冷拔内模工作面具有较高的强度及耐磨性，使用寿命较传统整体Cr12MoV模具提高3倍以上。
附图说明
图1为冷拔内模修复前的主视剖面示意图。
图2为本发明修复后的冷拔内模主视剖面示意图。
具体实施方式
实施例1：
对需要修复的材质为Cr12MoV的冷拔内模1(如图1所示)进行清洗，测量其尺寸，确定磨损程度，然后采用车削的方法将内模外圈加工成锥形，锥度为13°，去除单边厚度为60mm，进行磁粉探伤和超声波探伤，确保车削后内模表面无裂纹等严重缺陷。将100-320目Ni60粉末与1200-1600目纳米WC粉末放入机械式混粉器中充分混合2小时，制得Ni60与纳米WC合金粉末，其中Ni60粉末占总质量的99％，纳米WC粉末占总质量的1％。测量模具车削后的尺寸，依照该尺寸用锻造后的45钢加工锥套，使得锥套外圈尺寸小于模具实际要求尺寸2mm，锥套内圈与车削后的模具外圈为可靠的过盈配合。对45钢锥套采用整体预热的方式进行预热，预热温度为400℃，再将预热后的45钢锥套固定在大功率激光加工机床上，采用大功率半导体激光器扫描，激光器功率P＝2000W、光斑直径3mm、搭接率40％、扫描速度350mm/min，采用气动送粉方法，送粉器的粉末传输速度为150g/min，将Ni60与纳米WC合金粉末熔覆在45钢锥套外圈表面，熔覆2层，合金层厚度为3mm。为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，熔覆后热处理温度为350℃，保温2小时，然后随炉缓冷。将熔覆后的45钢锥套3与车削后的冷拔内模1组合，保证两者的锥面是可靠的过盈配合；按照图纸及有关技术要求对熔覆后的外圈熔覆层2进行机械加工，单边去掉2mm，获得尺寸、表面工艺均满足要求的冷拔模具，如图2所示。然后检测是否有气孔、夹渣、裂纹等影模具机械性能的缺陷，检验其修复质量是否合格，检验合格后涂防锈油，最后进行包装。
实施例2：
对需要修复的材质为Cr12MoV的冷拔内模进行清洗，测量其尺寸，确定磨损程度，然后采用车削的方法将内模外圈加工成锥形，锥度为13°，去除单边厚度为50mm，进行磁粉探伤和超声波探伤，确保车削后模具表面无裂纹等严重缺陷；将100-320目Ni60粉末与1200-1600目纳米WC粉末放入机械式混粉器中充分混合4小时，制得Ni60与纳米WC合金粉末，其中Ni60粉末占总质量的98.5％，纳米WC粉末占总质量的1.5％；测量模具车削后的尺寸，依照该尺寸加工45钢锥套，使得锥套外圈尺寸小于模具实际要求尺寸3mm,锥套内圈与车削后的模具外圈为可靠的过盈配合；对45钢锥套采用整体预热的方式进行预热，预热温度为450℃，再将预热后的45钢锥套固定在大功率激光加工机床上，采用大功率半导体激光器扫描，激光器功率P＝2200W、光斑直径3mm、搭接率45％、扫描速度500mm/min，采用气动送粉方法，送粉器的粉末传输速度为150g/min，将Ni60与纳米WC合金粉末熔覆在45钢锥套外圈表面，熔覆3层，合金层厚度为4mm。为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，熔覆后热处理温度为400℃，保温1小时，然后随炉缓冷。将熔覆后的45钢锥套与车削后的模具组合，保证两者的锥面是可靠的过盈配合；按照图纸及有关技术要求对熔覆后的外圈进行机械加工，单边去掉2.5mm，获得尺寸、表面工艺均满足要求的冷拔模具；然后检测是否有气孔、夹渣、裂纹等影模具机械性能的缺陷，检验其修复质量是否合格，检验合格后涂防锈油，最后进行包装。
实施例3：
对需要修复的材质为Cr12的冷拔内模进行清洗，测量其尺寸，确定磨损程度，然后采用车削的方法将内模外圈加工成锥形，锥度为15°，去除单边厚度为60mm，进行磁粉探伤和超声波探伤，确保车削后模具表面无裂纹等严重缺陷；将100-320目Ni60粉末与1200-1600目纳米WC粉末放入机械式混粉器中充分混合2.5小时，制得Ni60与纳米WC合金粉末，其中Ni60粉末占总质量的98％，纳米WC粉末占总质量的2％；测量模具车削后的尺寸，依照该尺寸加工45钢锥套，使得锥套外圈尺寸小于模具实际要求尺寸2mm，锥套内圈与车削后的模具外圈为可靠的过盈配合；对45钢锥套采用整体预热的方式进行预热，预热温度为500℃，再将预热后的45钢锥套固定在大功率激光加工机床上，采用大功率半导体激光器扫描，激光器功率P＝2400W、光斑直径3mm、搭接率50％、扫描速度600mm/min，采用气动送粉方法，送粉器的粉末传输速度为160g/min，将Ni60与纳米WC合金粉末熔覆在45钢锥套外圈表面，熔覆2层，合金层厚度为3mm；为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，熔覆后热处理温度为400℃，保温2小时，然后随炉缓冷；将熔覆后的45钢锥套与车削后的模具组合，保证两者的锥面是可靠的过盈配合；按照图纸及有关技术要求对熔覆后的外圈进行机械加工，单边去掉2mm，获得尺寸、表面工艺均满足要求的冷拔模具；然后检测是否有气孔、夹渣、裂纹等影模具机械性能的缺陷，检验其修复质量是否合格，检验合格后涂防锈油，最后进行包装。
实施例4：
对需要修复的材质为Cr12MoV的冷拔内模进行清洗，测量其尺寸，确定磨损程度，然后采用车削的方法将内模外圈加工成锥形，锥度为15°，去除单边厚度为50mm，进行磁粉探伤和超声波探伤，确保车削后模具表面无裂纹等严重缺陷；将100-320目Ni60粉末与1200-1600目纳米WC粉末放入机械式混粉器中充分混合3.5小时，制得Ni60与纳米WC合金粉末，其中Ni60粉末占总质量的97.5％，纳米WC粉末占总质量的2.5％；测量模具车削后的尺寸，依照该尺寸加工45钢锥套，使得锥套外圈尺寸小于模具实际要求尺寸2mm，锥套内圈与车削后的模具外圈为可靠的过盈配合；对45钢锥套采用整体预热的方式进行预热，预热温度为480℃，再将预热后的45钢锥套固定在大功率激光加工机床上，采用大功率半导体激光器扫描，激光器功率P＝2500W、光斑直径3mm、搭接率50％、扫描速度600mm/min，采用气动送粉方法，送粉器的粉末传输速度为175g/min，将Ni60与纳米WC合金粉末熔覆在45钢锥套外圈表面，熔覆2层，合金层厚度为3mm；为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，熔覆后热处理温度为450℃，保温1.5小时，然后随炉缓冷；将熔覆后的45钢锥套与车削后的模具组合，保证两者的锥面是可靠的过盈配合；按照图纸及有关技术要求对熔覆后的外圈进行机械加工，单边去掉2mm，获得尺寸、表面工艺均满足要求的冷拔模具；然后检测是否有气孔、夹渣、裂纹等影模具机械性能的缺陷，检验其修复质量是否合格，检验合格后涂防锈油，最后进行包装。
实施例5：
对需要修复的材质为Cr12MoV的冷拔内模进行清洗，测量其尺寸，确定磨损程度，然后采用车削的方法将内模外圈加工成锥形，锥度为17°，去除单边厚度为50mm，进行磁粉探伤和超声波探伤，确保车削后模具表面无裂纹等严重缺陷。将100-320目Ni60粉末与1200-1600目纳米WC粉末放入机械式混粉器中充分混合2.5小时，制得Ni60与纳米WC合金粉末，其中Ni60粉末占总质量的95％，纳米WC粉末占总质量的5％；测量模具车削后的尺寸，依照该尺寸加工45钢锥套，使得锥套外圈尺寸小于模具实际要求尺寸4mm，锥套内圈与车削后的模具外圈为可靠的过盈配合；对45钢锥套采用整体预热的方式进行预热，预热温度为420℃，再将预热后的45钢锥套固定在大功率激光加工机床上，采用大功率半导体激光器扫描，激光器功率P＝2500W、光斑直径3mm、搭接率50％、扫描速度550mm/min，采用气动送粉方法，送粉器的粉末传输速度为170g/min，将Ni60与纳米WC合金粉末熔覆在45钢锥套外圈表面，熔覆2层，合金层厚度为3mm；为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，熔覆后热处理温度为500℃，保温1小时，然后随炉缓冷；将熔覆后的45钢锥套与车削后的模具组合，保证两者的锥面是可靠的过盈配合；按照图纸及有关技术要求对熔覆后的外圈进行机械加工，单边去掉1mm，获得尺寸、表面工艺均满足要求的冷拔模具；然后检测是否有气孔、夹渣、裂纹等影模具机械性能的缺陷，检验其修复质量是否合格，检验合格后涂防锈油，最后进行包装。
实施例6：
对需要修复的材质为Cr12MoV的冷拔内模进行清洗，测量其尺寸，确定磨损程度，然后采用车削的方法将内模外圈加工成锥形，锥度为17°，去除单边厚度为50mm，进行磁粉探伤和超声波探伤，确保车削后模具表面无裂纹等严重缺陷。将100-320目Ni60粉末与1200-1600目纳米WC粉末放入机械式混粉器中充分混合2.5小时，制得Ni60与纳米WC合金粉末，其中Ni60粉末占总质量的95％，纳米WC粉末占总质量的5％；测量模具车削后的尺寸，依照该尺寸加工45钢锥套，使得锥套外圈尺寸小于模具实际要求尺寸1mm，锥套内圈与车削后的模具外圈为可靠的过盈配合；对45钢锥套采用整体预热的方式进行预热，预热温度为420℃，再将预热后的45钢锥套固定在大功率激光加工机床上，采用大功率半导体激光器扫描，激光器功率P＝2500W、光斑直径3mm、搭接率50％、扫描速度550mm/min，采用气动送粉方法，送粉器的粉末传输速度为150g/min，将Ni60与纳米WC合金粉末熔覆在45钢锥套外圈表面，熔覆1层，合金层厚度为1mm；为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，熔覆后热处理温度为500℃，保温1小时，然后随炉缓冷；将熔覆后的45钢锥套与车削后的模具组合，保证两者的锥面是可靠的过盈配合；按照图纸及有关技术要求对熔覆后的外圈进行机械加工，单边去掉0.5mm，获得尺寸、表面工艺均满足要求的冷拔模具；然后检测是否有气孔、夹渣、裂纹等影模具机械性能的缺陷，检验其修复质量是否合格，检验合格后涂防锈油，最后进行包装。
实施例7：
对需要修复的材质为Cr12MoV的冷拔内模进行清洗，测量其尺寸，确定磨损程度，然后采用车削的方法将内模外圈加工成锥形，锥度为17°，去除单边厚度为50mm，进行磁粉探伤和超声波探伤，确保车削后模具表面无裂纹等严重缺陷。将100-320目Ni60粉末与1200-1600目纳米WC粉末放入机械式混粉器中充分混合2.5小时，制得Ni60与纳米WC合金粉末，其中Ni60粉末占总质量的95％，纳米WC粉末占总质量的5％；测量模具车削后的尺寸，依照该尺寸加工45钢锥套，使得锥套外圈尺寸小于模具实际要求尺寸4mm，锥套内圈与车削后的模具外圈为可靠的过盈配合；对45钢锥套采用整体预热的方式进行预热，预热温度为420℃，再将预热后的45钢锥套固定在大功率激光加工机床上，采用大功率半导体激光器扫描，激光器功率P＝2500W、光斑直径3mm、搭接率50％、扫描速度550mm/min，采用气动送粉方法，送粉器的粉末传输速度为180g/min，将Ni60与纳米WC合金粉末熔覆在45钢锥套外圈表面，熔覆3层，合金层厚度为5mm；为了降低熔覆区的残余应力，保持熔覆金属硬度的均匀一致性，防止产生冷裂纹，熔覆后热处理温度为500℃，保温1小时，然后随炉缓冷；将熔覆后的45钢锥套与车削后的模具组合，保证两者的锥面是可靠的过盈配合；按照图纸及有关技术要求对熔覆后的外圈进行机械加工，单边去掉3mm，获得尺寸、表面工艺均满足要求的冷拔模具；然后检测是否有气孔、夹渣、裂纹等影模具机械性能的缺陷，检验其修复质量是否合格，检验合格后涂防锈油，最后进行包装。
Claims (5)
1.一种冷拔内模的修复方法，其特征在于：
(1)对冷拔内模进行除污清洗，并进行尺寸测量，确定磨损程度；
(2)依据磨损量及疲劳损伤情况对冷拔内模表面进行车削处理，将冷拔内模外圈加工成锥形；
(3)对车削后的冷拔内模进行磁粉探伤和超声波探伤，确保车削后冷拔内模外表面及内部无裂纹等缺陷；
(4)将按比例配制好的Ni60粉末和纳米WC粉末放入机械式混粉器中，混合2-4小时，制得Ni60与纳米WC合金粉末；
(5)用锻造后的45钢加工锥套，保证锥套的内圈尺寸与车削后的冷拔内模外圈尺寸相匹配，锥套外圈尺寸比冷拔内模的实际要求尺寸小1-4mm，作为后续激光熔覆处理的余量；
(6)对45钢锥套采用整体预热的方式进行预热，预热温度为400-500℃；
(7)将预热后的45钢锥套固定在大功率激光加工机床上，采用大功率半导体激光器扫描，设定激光器熔覆工艺参数，采用气动送粉，将Ni60与纳米WC合金粉末熔覆在45钢锥套外圈表面，送粉器的粉末传输速度为150-180g/min，熔覆1-3层，合金熔覆层厚度达到1-5mm；
(8)对熔覆后的45钢锥套进行去应力退火，以防冷裂纹的产生，温度为350-500℃，保温1-2小时；
(9)将保温后的45钢锥套与车削后的冷拔内模进行组装配合，保证锥套内圈与车削后的冷拔内模外圈为可靠的过盈配合；
(10)按照图纸及相关技术要求对上述配合后的整体进行机械加工，保证达到冷拔模具内模所要求的尺寸和精度；
(11)采用磁粉探伤和超声波探伤等对精加工后的冷拔内模修复件进行检测，确保修复后的冷拔内模无缺陷。
2.根据权利要求1所述的冷拔内模的修复方法，其特征在于：对冷拔内模外表面进行车削处理，车削量为50-60mm，将冷拔内模外圈加工成锥形，锥度为13-17°。
3.根据权利要求1所述的冷拔内模的修复方法，其特征在于：所述Ni60粉末的粒度为100-320目，所述纳米WC粉末的粒度为1200-1600目。
4.根据权利要求1或3所述的冷拔内模的修复方法，其特征在于：所述Ni60粉末和纳米WC粉末的质量百分比为Ni60粉末为95％-99％、纳米WC粉末为1％-5％。
5.根据权利要求4所述的冷拔内模的修复方法，其特征在于：激光熔覆工艺参数为：激光功率P＝2000-2500W、光斑直径3mm、搭接率40％-50％、扫描速度350-600mm/min。
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