貴州水泥機(jī)械設(shè)備制造維修嘉寶瑞模具堆焊修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)

模具堆焊修復(fù)在歐美國(guó)家是模鍛行業(yè)普遍采用的模具翻新修復(fù)技術(shù)，該技術(shù)最早應(yīng)用于航空、航天及軍事領(lǐng)域，后廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，是一種比較成熟的技術(shù)。

以前我公司與大多數(shù)模鍛企業(yè)一樣，貴州水泥機(jī)械設(shè)備制造維修主要采用下落降面的方法修復(fù)失效的模具，但模具每降面一次，模塊質(zhì)量便有所減少，模塊的力學(xué)性能也隨之降低。這種模具修復(fù)方法最大的問(wèn)題是容易造成模具材料的浪費(fèi)，模具壽命也普遍不高，最大的難題是鍛件質(zhì)量難以控制，鍛件的尺寸公差、重量公差難以控制，外觀質(zhì)量差等，嚴(yán)重的甚至?xí)斐膳渴鹿实某霈F(xiàn)，失去客戶，丟掉市場(chǎng)。

2001年我公司嘗試在3t、5t模鍛錘使用的鍛模上應(yīng)用堆焊修復(fù)技術(shù)，雖有一定的效果，但經(jīng)濟(jì)效益一直不明顯。2009年我公司開(kāi)始將此技術(shù)大量應(yīng)用到機(jī)鍛模上，到目前為止，我公司所有機(jī)鍛模均采用該技術(shù)進(jìn)行翻新修復(fù)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，對(duì)錘鍛模我們也一直在反復(fù)試驗(yàn)，但目前尚未取得有效突破。下面僅就我公司在該技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中所遇到的問(wèn)題及取得的經(jīng)驗(yàn)與各位同仁分享如下。

堆焊修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)

可以使模具不同的部位具有不同的硬度

鍛造模具使用條件苛刻，工作時(shí)受力狀態(tài)復(fù)雜，貴州水泥機(jī)械設(shè)備制造維修除了承受較大的壓應(yīng)力外，還受到熾熱金屬對(duì)模具型腔的加熱和劇烈摩擦，冷卻與潤(rùn)滑時(shí)反復(fù)的“冷擊”引起的溫度應(yīng)力，而且同一模具在不同的工作部位承受的作用力不同，受熱時(shí)間也有較大的差異，所以模具雖然有脆性裂紋、熱疲勞龜裂、熱磨損、變形等多種失效形式，但大部分模具通常還是以綜合形式失效。傳統(tǒng)的制作工藝中，在模具進(jìn)行淬火等熱處理時(shí)都是以整塊模具為單位進(jìn)行的，也就是說(shuō)，進(jìn)行淬火時(shí)是模塊整體進(jìn)入淬火池，所以模塊進(jìn)行淬火后表面的硬度各個(gè)部位差別不大，然而模具在工作時(shí)不同的工作部位承受的作用力不同，受熱情況也有較大的差異，這時(shí)模具就會(huì)表現(xiàn)出不同的損壞狀況，例如大部分模具型腔的根部由于壓應(yīng)力比較集中很容易出現(xiàn)深度裂紋，這就需要降低模具型腔根部的硬度以提高此部位的韌性，而模具飛邊橋或者型腔內(nèi)凸臺(tái)等部位受到大量的金屬?zèng)_刷極易出現(xiàn)磨損，這就需要提高模具此部位的硬度來(lái)增強(qiáng)模具的耐磨性。很多模具對(duì)于這種不同部位的硬度要求差別是非常大的，但整體淬火的模具是無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種不同的硬度要求的，而堆焊修復(fù)可以根據(jù)模具不同的硬度要求選用不同性質(zhì)的焊材來(lái)實(shí)現(xiàn)同一塊模具的多種硬度。

可以使模具不同的部位具有不同的金屬組織

現(xiàn)在的模具一般都由同一種金屬組成，有的采用“鑲心?！钡姆绞絹?lái)提高模具型腔的力學(xué)性能，雖然這樣能起到一定效果，但無(wú)法滿足模具因不同部位受力、受熱不同而需用不同金屬組織的要求，而堆焊修復(fù)的方法可以滿足此項(xiàng)要求。下面以較常用的5CrNiMo和某公司代理的X形焊接合金的性能比較來(lái)說(shuō)明。

5CrNiMo模具鋼在使用過(guò)程中受坯料加熱的作用會(huì)產(chǎn)生碳化物球化現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致模具在使用過(guò)程中一直在軟化，硬度不斷降低，也就是說(shuō)，5CrNiMo的高溫穩(wěn)定性不是很好；而X形焊接合金為單一奧氏體鋼，不存在相變，在500～600℃時(shí)組織穩(wěn)定，模具從開(kāi)始使用到最后工作完畢硬度變化很小，這就大大增加了模具的耐磨性。

熱鍛模在高溫下工作，要求材料必須具有良好的抗氧化性能。Cr是主要的抗氧化元素，5CrNiMo鋼中僅含有0.7%左右的Cr，模具鋼表面在高溫下形成低含量的氧化膜，這種氧化膜多孔，而且很容易被工件材料所磨掉；而X形焊接合金含有12%左右的的Cr，可以在表面形成致密且防護(hù)性良好的以Cr2O3為主的氧化膜，抗氧化性良好，可顯著增加模具的耐磨性。

可以用很低的成本解決傳統(tǒng)方法很難解決的問(wèn)題

⑴解決模具型腔底部的深度裂紋無(wú)法徹底清除干凈的問(wèn)題。

因?yàn)槟＞叩母叨仁怯邢薜?，所以在下落降面時(shí)都希望下落很薄一層就可以見(jiàn)到新的金屬面，這樣不僅機(jī)加的成本低，而且還可以增加模具的翻新次數(shù)，也就是延長(zhǎng)模具的使用壽命。但使用過(guò)的模具型腔會(huì)呈現(xiàn)出多種損壞形式，尤其是型腔內(nèi)部的裂紋，它們呈不規(guī)則走向，如果降面厚度太小，很難把裂紋徹底清除干凈，加工后的模具型腔內(nèi)有裂紋源，下次使用時(shí)有裂紋源的部位很快會(huì)產(chǎn)生更大的裂紋，造成模具過(guò)快失效。如果想徹底清除裂紋，就需要增加降面的厚度，這樣不僅造成加工費(fèi)用攀升，更重要的是大幅減少了模具可以降面的次數(shù)，使模具提前報(bào)廢。

堆焊修復(fù)的方法是先用碳弧氣刨沿裂紋的走向把裂紋徹底清除干凈，再用抗拉強(qiáng)度非常高的焊材比如Y形焊接合金把裂紋焊接修復(fù)完畢，再進(jìn)行降面等后續(xù)處理，這樣既可以從根本上解決裂紋的問(wèn)題，又減小了降面厚度和加工時(shí)間。

⑵解決模具因局部早期損壞導(dǎo)致整副模具失效的問(wèn)題。

企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到這種情況：模具型腔內(nèi)的特殊部位比如型腔內(nèi)的凸出部位因與熱坯料接觸時(shí)間較長(zhǎng)、受熱快而導(dǎo)致硬度降低快，加之此部位受力較大，極易造成該部位磨損或者塌陷，而模具其他部位完好無(wú)損，只是因?yàn)樵摬课坏脑缙谑?dǎo)致整副模具不能使用。這種情況下，可以通過(guò)選用耐高溫的紅硬性好的焊材比如X形焊接合金局部焊接凸臺(tái)來(lái)延長(zhǎng)模具的壽命，因?yàn)楹附恿糠浅Ｐ。院附有迯?fù)的成本非常低，用極低的成本可以大大延長(zhǎng)模具的壽命。

⑶解決模具鎖扣的材料浪費(fèi)問(wèn)題。

對(duì)于模具特別是凸模的鎖扣，貴州水泥機(jī)械設(shè)備制造維修傳統(tǒng)的方法是在整塊模具上用機(jī)加工的方法切銑掉鎖扣之外的模具材料，最后形成模具的鎖扣。這種方法需要銑掉大量的模具鋼，造成模具鋼的浪費(fèi)，且大大增加了機(jī)加成本?，F(xiàn)在我們采用焊接的辦法來(lái)制作模具鎖扣，因?yàn)橹皇呛附渔i扣，所以焊接量并不大，選用的焊材韌性非常好，硬度適中，效果好，成本低。

⑷解決模具局部崩塊或加工尺寸超差的問(wèn)題。

在模具使用中經(jīng)常會(huì)遇到一些因特殊原因?qū)е碌哪＞呒庸こ叽缇植砍罨蚰＞咝×康魤K等問(wèn)題，這種情況用傳統(tǒng)的下落降面的辦法修復(fù)會(huì)大大增加模具的加工量，可以采用局部焊接的方法解決此問(wèn)題。

⑸解決廢棄模具的再利用問(wèn)題。

大部分鍛造企業(yè)里都存有因鍛件改型或產(chǎn)品取消而長(zhǎng)時(shí)間放置不用的模具，對(duì)于閑置的模具，我們可以采用焊接的方法填滿舊型腔或更改模具外形以此來(lái)重新制作新模具，實(shí)現(xiàn)廢物利用，這樣可以節(jié)省大量的成本。

堆焊修復(fù)的局限性

堆焊修復(fù)的確給公司帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但仍有一些問(wèn)題還需要我們研究，以下是我公司目前仍沒(méi)有解決的問(wèn)題：

⑴對(duì)錘鍛模堆焊修復(fù)時(shí)經(jīng)濟(jì)效果不明顯，反而有可能增加模具成本。簡(jiǎn)單型腔的錘鍛模(水平分模)下落一次成本低廉，而且錘鍛模斷裂失效風(fēng)險(xiǎn)比機(jī)鍛模要高，這有可能造成新的浪費(fèi)。

⑵手工焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，其受焊工素質(zhì)、焊工水平及溫度、濕度等影響較大，工藝控制有較大難度。

⑶自動(dòng)焊浪費(fèi)焊材，對(duì)小鍛模難以實(shí)現(xiàn)。

⑷組合焊接時(shí)結(jié)合部位容易出現(xiàn)兩種焊材不結(jié)合的問(wèn)題，造成模具早期局部失效。

⑸頂出孔無(wú)法防護(hù)，造成后續(xù)加工困難，從而引起頂出孔周向出現(xiàn)毛刺等問(wèn)題。

⑹多次反復(fù)焊接、退火會(huì)使模具本體硬度下降，影響焊接模具的使用效果。

⑺滿焊法存在焊材和刀具浪費(fèi)、加工難度大、加工時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，能否考慮“精準(zhǔn)”焊接工藝，即均勻預(yù)留5～10mm的加工余量，改變目前滿焊法存在的問(wèn)題。

針對(duì)以上一些問(wèn)題，我們采取了如下的解決方案：

⑴對(duì)比較簡(jiǎn)單的水平分模的錘鍛模，暫時(shí)采用下落降面的方法，或者針對(duì)性地局部堆焊一次，加大易損部位的焊接深度，然后降面2～3次使用。

⑵組合焊接時(shí)要保證高硬度部位具備足夠的厚度(我們的經(jīng)驗(yàn)是不能小于20mm)，在切換焊材時(shí)必須將該部位的焊渣等雜物清除干凈，尤其要保證焊接模具的溫度要控制在工藝要求的范圍內(nèi)，并采用振動(dòng)的方法消除焊接應(yīng)力。

堆焊修復(fù)相對(duì)下落降面的優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的下落降面方法相比，堆焊修復(fù)具有以下幾項(xiàng)明顯的優(yōu)勢(shì)：

節(jié)約了模具鋼材料，模具基材費(fèi)用降低

⑴廢舊模具的再生利用。

⑵一副模具能反復(fù)堆焊數(shù)十次，有的模具可以使用幾年，減少了新模具的投入。

⑶可用普通的模具鋼(如5CrNiMo、5CrMnMo等)替代中高價(jià)的模具鋼(如H13、B2、3Cr2W8V等)做基材。

提高了模具的單次使用壽命

焊接方法改變了模具型腔內(nèi)的金屬材質(zhì)及硬度，并且根據(jù)模具局部受力、受熱等情況選用具有針對(duì)性的焊材，所以堆焊修復(fù)后的模具單次使用壽命一般都比下落降面的模具壽命高，一般可提高20%～50%，有的甚至可提高一倍或數(shù)倍。

節(jié)約了熱處理費(fèi)用

由于受到模塊材料淬透性的限制，大部分模具在下落降面1～3次后需要重新淬火，而堆焊修復(fù)的模具不需要重新淬火，只需要簡(jiǎn)單的去應(yīng)力回火即可，模具熱處理費(fèi)用得到了降低。

節(jié)約了機(jī)加工費(fèi)用

模具單次使用壽命的提高大大減少了開(kāi)新模具的次數(shù)，這樣也就降低了因開(kāi)新模具而產(chǎn)生的機(jī)加工費(fèi)用。另外，因下落降面而產(chǎn)生的如鎖口等部位的機(jī)加工費(fèi)用也會(huì)大幅降低。

提高了生產(chǎn)效率

模具壽命的提高減少了換模次數(shù)，從而大幅度減少了停機(jī)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

提高了鍛件外觀質(zhì)量

堆焊修復(fù)后的模具型腔耐高溫、耐沖擊、耐熱磨損的性能大大提高，模具在使用中鍛造的首件和末件產(chǎn)品的幾何尺寸變化較小，鍛件尺寸穩(wěn)定性增強(qiáng)，同時(shí)型腔內(nèi)出現(xiàn)拉傷、磨損、龜裂的時(shí)間也相應(yīng)推遲，鍛件的外觀質(zhì)量顯著提高。