CN107974682B - 一种压铸模具表面强化和修复再制造的方法 - Google Patents

Abstract

一种压铸模具表面强化和修复再制造的方法，其步骤是：制作实心结构的电火花电极；调整电火花工艺参数；对模具表面进行电火花沉积强化和修复；对模具表面的电火花沉积层进行加工，即得到经过电火花表面处理的压铸模具。本发明提出采用特殊材料的合金电极，利用气体电火花沉积技术，能够方便地对压铸模具的表面进行处理，将具有耐磨、耐氧化、耐热疲劳的成分通过电极与基体的电火花放电而牢固地沉积在模具上，从而在压铸模具表面形成具有耐磨、抗热裂和抗热疲劳的沉积强化层，这样既可以有效地提高压铸模具的使用寿命，也可以对表面局部损坏的模具进行修复再制造。而且，本发明的工艺简单，操作方便，可靠性高。

Description

一种压铸模具表面强化和修复再制造的方法

技术领域

本发明涉及压铸模具表面沉积层的电火花制造方法，具体是涉及一种采用电火花表面放电工艺进行压铸模具表面强化和缺陷修补再制造的方法。

背景技术

压铸模具是将熔融的金属（如铝合金、镁合金、锌合金和铜合金等）在压力作用下，高速度注入型腔并迅速填满，并快速冷却形成铸件的关键核心部件，工作条件十分恶劣，极易产生磨损和热疲劳裂纹。为了提高模具的抗热疲劳性能，提高模具寿命，采取的措施主要从三个方面入手：①优化热作模具材料的化学成分；②改善热作模具材料的制备工艺；③对热作模具进行表面强化处理。其中从材料成分和制备工艺角度提升模具的使用寿命已经达到比较成熟的阶段，进一步提升的空间受到限制，因此对模具进行表面处理成为提高模具寿命研究的热点，其为影响模具寿命的重要因素之一。

表面强化技术有表面淬火、化学热处理等，还有一些新技术，如气相沉积技术，其中CVD法沉积温度高，涂层结合牢固而且对形状复杂或带有槽沟及孔的工件可进行均匀涂覆，加之TiC等涂层硬度高，耐磨性好，而且摩擦系数小,具有好的减摩性和抗咬合性,可提高模具的使用寿命。但由于CVD处理的温度较高，基体硬度也会随之降低，同时处理后还需进行淬火处理，会产生较大变形，因此不适用于高精度的模具处理。而PVD法不适合对有小孔、凹槽等复杂形状模具处理，且PVD设备成本较高，膜与基体结合强度较CVD差。离子注入技术是将注入元素的原子电离成离子，在获得较高速度后射入放在真空靶室中的工件表面的表面处理技术。由于注入离子是被高速强行注入的，所以不受基体金属中的扩散速率以及固溶度的限制，注入后既不改变模具基体表面的几何尺寸，又能形成与基体材料完全结合的表面合金，和模具的结合性比较好。但是离子注入技术注入层较薄、小孔处理困难、设备复杂昂贵，其应用也因此受到限制。

申请号为201010525967.3的中国专利申请，公开了一种超声电火花沉积修复方法，能够对模具和零部件失效表面进行修复，它是通过超声抛光能够对修复后的沉积层表面质量进行改善，通过超声电火花沉积能够对模具和零部件表面进行局部强化，通过反极性电火花加工能够实现模具和零部件表面多余材料的去除。然而，该发明的重点还是利用了电火花的传统功能，没有解决强化和增加寿命的问题。

申请号为201510125336.5的中国专利申请，公开了一种电火花沉积与微弧氧化工艺结合制备热障涂层的方法，其目的是要解决现有在工件上制备热障涂层的方法需要价格昂贵的设备，提高了工件的成本的问题。此发明不但具有传统电火花沉积技术成本低、灵活性强的优势，同时还解决了电火花沉积无法制备陶瓷性质热障涂层的技术局限，可以在任意金属基体上沉积复合热障涂层。但其主要以制备陶瓷涂层为主，整个工艺是工件沉浸在电解液中，存在工艺随电解液浓度变化不稳定和废旧电解液回收而导致的环保问题。

申请号为200810027459.5的中国专利申请，公开了一种超声冲击和电火花复合的方法，处理过程中工件表面产生塑性变形，随之进行的电火花放电使工件和冲击部件局部产生瞬时高温，达到短时熔融状态，使基体表面与工作介质或冲击部件中元素发生反应，得到与基体紧密冶金结合的表面膜，并具有沿深度方向呈梯度变化的残余压应力和晶粒细化效果。然而，该发明的强化激励是工件表面产生残余压应力和晶粒细化现象，这并不适用压铸的工况，不能对压铸模具起到强化作用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种工序简单、操作容易、生产效率高、成本低，能够有效延长模具使用寿命的压铸模具表面强化和修复再制造的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述压铸模具表面强化和修复再制造的方法，其特点是包括以下步骤：

①制作实心结构的电火花电极，该电极的尺寸为φ3～10×100mm；若该电极是用于增加模具表面硬度、耐磨性和耐热疲劳性能，则该电极是采用粉末冶金烧结成型或激光3D打印成型，且该强化的电极是由金属基体上含有满足特殊性能的成分构成；若该电极是用于模具的维修再制造，为了恢复模具的尺寸和表面形貌的完整性，则该电极是采用与模具基材相同的材料通过机械加工的方法制作形成；

②将电极装入手持式电火花表面处理机的加工头内，调整电火花工艺的电压为50～200V，电流为50～150A，频率为50～200Hz；

③将电极压到模具的表面，产生电火花放电，拖动加工头在3～10mm宽的单条强化带设定范围内做横向摆动进行电火花沉积，摆动速度为100～500mm/min，并沿模具表面做横向移动，移动速度为100～300mm/min；

④第一条强化带沉积完成后，加工头重新回到起点，再开始第二条强化带的沉积处理，两条强化带之间互相搭接，搭接区域为1～2mm，而且在完成整个模具表面的一次电火花沉积强化处理后，可以继续在已沉积的表面上进行多次沉积处理，每次沉积的厚度为0.01～0.3mm，直至电火花沉积层达到所需的厚度为止；

⑤对模具表面的电火花沉积层进行加工，可采用机械加工或手动抛光，直至表面精度和粗糙度满足使用要求，即可得到经过电火花表面处理的压铸模具。

其中，所述采用粉末冶金烧结成型的电极为硬质合金系列电极或铜钨电极。

所述采用激光3D打印成型的电极由金属粉末与陶瓷粉末制成，其中金属粉末的含量40～70wt%，陶瓷粉末的含量为30～60wt%，且两种粉末的粒度为5～50μm。而且，所述金属粉末为黑色金属、有色金属中一种或它们的组合。所述黑色金属为Fe基、Ni基或Co基。所述有色金属为Ti、Al、W或Ta。所述陶瓷粉末为碳化物、氮化物或氧化物。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

针对压铸模具使用工况非常恶劣的情况，本发明提出采用特殊材料的合金电极，利用气体电火花沉积技术，能够方便地对压铸模具的表面进行处理，将具有耐磨、耐氧化、耐热疲劳的成分通过电极与基体的电火花放电而牢固地沉积在模具上，从而在压铸模具表面形成具有耐磨、抗热裂和抗热疲劳的沉积强化层，这样既可以有效地提高压铸模具的使用寿命，也可以对表面局部损坏的模具进行修复再制造。而且，该工艺通过特种小电极叠加处理，操作方便，尤其是用于复杂表面的处理，亦可处理较大的面积，通过更改电极的种类，能够非常方便地进行修复增材制造和表面强化，方便实用，可靠性高。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明的电火花强化/修复操作工艺示意图。

图2为本发明的电火花强化/修复沉积层结构示意图。

图3为本发明实施例1电火花强化层WC-Co的截面金相组织图。

图4为本发明实施例2 电火花修复层的截面金相组织图。

具体实施方式

本发明所述压铸模具表面强化和修复再制造的方法，包括以下步骤：

①制作实心结构的电火花电极，该电极的尺寸为φ3～10×100mm；若该电极是用于增加模具表面硬度、耐磨性和耐热疲劳性能，则该电极是采用粉末冶金烧结成型或激光3D打印成型，且该强化的电极是由金属基体上含有满足特殊性能的成分构成；若该电极是用于模具的维修再制造，为了恢复模具的尺寸和表面形貌的完整性，则该电极是采用与模具基材相同的材料通过机械加工的方法制作形成；其中，采用粉末冶金烧结成型的电极为硬质合金系列电极或铜钨电极，采用激光3D打印成型的电极由金属粉末与陶瓷粉末制成，金属粉末的含量40～70wt%，陶瓷粉末的含量为30～60wt%，且两种粉末的粒度为5～50μm，金属粉末为黑色金属、有色金属中一种或它们的组合，黑色金属为Fe基、Ni基或Co基，有色金属为Ti、Al、W或Ta，陶瓷粉末为碳化物、氮化物或氧化物；

②将电极装入手持式电火花表面处理机的加工头内，调整电火花工艺的电压为50～200V，电流为50～150A，频率为50～200Hz；

③将电极压到模具的表面，产生电火花放电，拖动加工头在3～10mm宽的单条强化带设定范围内做横向摆动进行电火花沉积，摆动速度为100～500mm/min，并沿模具表面做横向移动，移动速度为100～300mm/min；

④第一条强化带沉积完成后，加工头重新回到起点，再开始第二条强化带的沉积处理，两条强化带之间互相搭接，搭接区域为1～2mm，而且在完成整个模具表面的一次电火花沉积强化处理后，可以继续在已沉积的表面上进行多次沉积处理，每次沉积的厚度为0.01～0.3mm，直至电火花沉积层达到所需的厚度为止，操作示意图如图1所示；

⑤对模具表面的电火花沉积层进行加工，可采用机械加工或手动抛光，直至表面精度和粗糙度满足使用要求，即可得到经过电火花表面处理的压铸模具，而电火花沉积层的结构如图2所示。

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。

制作φ3～10×100mm圆柱形电火花电极；将该电极将电极压到模具的表面，产生电火花放电，拖动电火花加工头在单条宽度为3～10mm强化带内做横向摆动，摆动速度为100～500mm/min，并沿模具表面做横向的移动，移动速度为100～300mm/min；每一个横向的强化带完成后，重新回到起点，再开始第二条强化带的处理，两条强化带之间互相搭接，搭接区域1～2mm，直至完成整个模具表面的电火花强化处理；每一次沉积的厚度为0.01～0.3mm，完成一层电火花沉积后，可重新在已沉积的表面上进行多次电火花处理，直至达到所需的厚度；

实施例1 ：

选取圆柱形φ5×100mm YG8（碳化钨）电极；

将该电极装入手持式电火花表面处理机的加工头之内，调整电火花工艺电压为200V，电流为100A，频率为80Hz；

将该电极压到H13材质的压铸模具表面，产生电火花放电，拖动电火花加工头在10mm内做横向摆动，摆动速度为200mm/min，并沿模具表面做横向的移动，移动速度为250mm/min；

第一个横向的强化带处理完成后，重新回到起点，再开始第二条强化带的处理，两条强化带之间互相搭接，搭接区域1mm，即完成了该电火花沉积工作。

实施例2：

电火花线切割在黄铜板中割出圆柱形φ3×100mm黄铜电极；

将该电极装入手持式电火花表面处理机的加工头之内，调整电火花工艺电压为120V，电流为80A，频率为150Hz；

将该电极压到Pb青铜材质的模具表面，即产生电火花放电，拖动电火花加工头在5mm内做横向摆动，摆动速度为300mm/min，并沿模具表面做横向的移动，移动速度为200mm/min；

第一个横向的修复带处理完成后，重新回到起点，再开始第二条修复带的处理，两条强化带之间互相搭接，搭接区域2mm，重复5次即完成了该层电火花修复工作；

第一层修复带处理完成后，开始第二层修复带的处理，完成后即该模具的修复工作。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (7)

1.一种压铸模具表面强化和修复再制造的方法，其特征在于包括以下步骤：

①制作圆柱形实心结构的电火花电极，该电极的尺寸为φ3～10×100mm；若该电极是用于增加模具表面硬度、耐磨性和耐热疲劳性能，则该电极是采用粉末冶金烧结成型或激光3D打印成型，且该强化的电极是由金属基体上含有满足特殊性能的成分构成；若该电极是用于模具的维修再制造，为了恢复模具的尺寸和表面形貌的完整性，则该电极是采用与模具基材相同的材料通过机械加工的方法制作形成；

②将电极装入手持式电火花表面处理机的加工头内，调整电火花工艺的电压为50～200V，电流为50～150A，频率为50～200Hz；

③将电极压到模具的表面，产生电火花放电，拖动加工头在3～10mm宽的单条强化带设定范围内做横向摆动进行电火花沉积，摆动速度为100～500mm/min，并沿模具表面做横向移动，移动速度为100～300mm/min；

④第一条强化带沉积完成后，加工头重新回到起点，再开始第二条强化带的沉积处理，两条强化带之间互相搭接，搭接区域为1～2mm，而且在完成整个模具表面的一次电火花沉积强化处理后，可以继续在已沉积的表面上进行多次沉积处理，每次沉积的厚度为0.01～0.3mm，直至电火花沉积层达到所需的厚度为止；

⑤对模具表面的电火花沉积层进行加工，可采用机械加工或手动抛光，直至表面精度和粗糙度满足使用要求，即可得到经过电火花表面处理的压铸模具。

2.根据权利要求1所述压铸模具表面强化和修复再制造的方法，其特征在于：所述采用粉末冶金烧结成型的电极为硬质合金系列电极或铜钨电极。

3.根据权利要求1所述压铸模具表面强化和修复再制造的方法，其特征在于：所述采用激光3D打印成型的电极由金属粉末与陶瓷粉末制成，其中金属粉末的含量40～70wt％，陶瓷粉末的含量为30～60wt％，且两种粉末的粒度为5～50μm。

4.根据权利要求3所述压铸模具表面强化和修复再制造的方法，其特征在于：所述金属粉末为黑色金属、有色金属中一种或它们的组合。

5.根据权利要求4所述压铸模具表面强化和修复再制造的方法，其特征在于：所述黑色金属为Fe基、Ni基或Co基。

6.根据权利要求4所述压铸模具表面强化和修复再制造的方法，其特征在于：所述有色金属为Ti、Al、W或Ta。

7.根据权利要求3所述压铸模具表面强化和修复再制造的方法，其特征在于：所述陶瓷粉末为碳化物、氮化物或氧化物。

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