堆焊技術(shù)在汽車模具上的應(yīng)用

摘要：敘述了刃口堆焊技術(shù)在汽車模具制造及修復(fù)中的優(yōu)點，講述了堆焊技術(shù)在汽車覆蓋件切邊模、拉深模上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：堆焊技術(shù) 模具刃口 應(yīng)用

中國汽車工業(yè)協(xié)會正式發(fā)布的汽車產(chǎn)銷數(shù)據(jù)顯示，從2009年開始，我國已連續(xù)三年蟬聯(lián)世界汽車產(chǎn)銷第一大國，2011年全國汽車產(chǎn)量1841.89萬輛，銷量為1850.51萬輛。目前，國內(nèi)汽車沖壓模具行業(yè)年生產(chǎn)能力只有80億～90億元，而中國汽車市場的模具需求量已達到200多億元。隨著汽車品種、汽車規(guī)模的不斷增加，許多汽車生產(chǎn)廠家只有加快新產(chǎn)品的開發(fā)力度，從而推出新產(chǎn)品來占領(lǐng)市場份額。這就使得汽車生產(chǎn)廠家不得不加快新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，縮短制造周期，以最低的制造成本來制造和返修模具。為滿足這一生產(chǎn)的需要，有效的解決方法之一就是采用刃口堆焊技術(shù)。其主要原因是刃口堆焊技術(shù)具有以下優(yōu)點：①節(jié)省貴重模具鋼，降低成本。②采用堆焊刃口，可簡化模具結(jié)構(gòu)，減少模具制造工序，縮短生產(chǎn)周期。③有利于模具的維修。沖模刃口損壞后，可通過重新堆焊制造，從而延長模具壽命時間。④熱處理缺陷少。

大多數(shù)汽車制造業(yè)已廣泛采用堆焊技術(shù)，如汽車覆蓋件切邊模、拉深模、成形模等。

1 堆焊在汽車覆蓋件切邊模上的應(yīng)用

覆蓋件的切邊通常在拉深成形后進行，是覆蓋件沖壓加工中非常重要的一道工序，一般是不可缺少的。覆蓋件的切邊線多為較長的不規(guī)則輪廓，形狀復(fù)雜，模具刃口沖切的部位，可能是任意的空間曲面，而且沖壓件往往有不同程度的彈性變形，沖裁分離過程通常存在較大的側(cè)向力等等。故覆蓋件切邊模具凸、凹模工作部分一般采用拼塊結(jié)構(gòu)，為了節(jié)約模具鋼，刃口采用堆焊結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

根據(jù)模具要求，基體材料選用42CrMo，堆焊焊條選用D322焊條(系5W8Cr5Mo2V合金)，其直徑為3.2mm。堆焊時，采用倒45°坡口的形式，沖切板料的厚度小于1mm時，堆焊刃口邊長t=6mm，當沖切板料的厚度為1～4mm時，t=8mm。

1．1 基體加工

如圖2所示為基體加工后的狀態(tài)，凸模刃口的周邊要比制件的外形尺寸在單邊上小1～2mm。凹模內(nèi)形尺寸要比制件尺寸在單邊上大1～2mm。刃口周邊都必須倒坡口，其形式及尺寸按設(shè)計要求而定。

1.2 堆焊工藝及具體措施

堆焊工藝規(guī)范有參數(shù)如表1所示。

表1 堆焊工藝規(guī)范參數(shù)

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堆焊過程中采取的具體措施如下:

①堆焊前應(yīng)徹底清理待施焊部位的油、砂、污等臟物。②一般采用焊條電弧焊、直流弧焊機，為保證質(zhì)量，宜采用反極性接法，焊接電流一般控制在110A。③焊接時控制速度在100mm/min、弧長約5mm左右，不宜采用多層連續(xù)焊，避免焊接過程中擺動太寬，以免產(chǎn)生氣孔等缺陷。④不能在應(yīng)力集中處收弧，收弧時弧坑必須填滿，再引弧時要壓過弧坑20～30mm，以防止弧坑產(chǎn)生裂紋。⑤每焊完一道趁紅熱狀態(tài)用榔頭錘擊焊縫，錘打不宜重但要密集，以清渣和消除應(yīng)力。⑥層間溫度要控制在小于100℃，否則會降低堆焊層的硬度。⑦刃口堆焊的高度控制在能磨出刃口即可，不能太小而出現(xiàn)刃口打磨后由于沒有焊滿而導(dǎo)致的補焊現(xiàn)象；也不能太高，太高不僅浪費焊條和刃磨時間，而且易產(chǎn)生應(yīng)力集中。

1.3 堆焊后的加工

為消除焊接殘余應(yīng)力，堆焊完成后，應(yīng)立刻進行回火處理，以減少開裂。

堆焊刃口的刃磨，可采用金剛石銼刀、角向砂輪或硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)銼等進行初步打磨。然后，借助于按工藝模型制造的樣板精修凸模，當凸模達到要求后，再按要求的沖裁間隙，用凸模配修凹模。對大批量生產(chǎn)且具備加工條件的話，可用數(shù)控坐標磨床或數(shù)控銑刀磨，依程序控制精修凸、凹模刃口，可大大提高模具精度。

2 堆焊在汽車覆蓋件拉深模刃口修復(fù)上的應(yīng)用

汽車覆蓋件拉伸凹模如圖3所示，材料為Crl2MoV，因工作部分的承壓面積較大，刃口部位發(fā)生了磨損、啃壞、崩刃及塌陷?，F(xiàn)采用刃口堆焊技術(shù)對其進行修復(fù)。

2．1 修復(fù)前的準備

先將拉深凹模待修復(fù)部分用砂輪打磨成與刃口平面成30°～45°的斜面，斜面寬度視刃口損壞程度而定。焊前需徹底清洗模體堆焊處，使堆焊的部位無油污、鐵銹、臟物及其它雜質(zhì)。

2．2 堆焊工藝流程

①焊條的選擇。冷沖模刃口堆焊焊條多采用等成份原則選用焊條，通常采用與冷沖模具鋼合金成分不完全相同又與母材有較好相熔性的焊條。焊條應(yīng)有良好的焊接性能，對本拉深凹模最終選用D322焊條。②焊條的烘干。電焊條容易吸潮，堆焊前必須按焊條說明書規(guī)定進行焊條的烘干。D322焊條必須在250℃烘干1小時。③拉深凹模的預(yù)熱。由于本模具材料的可焊性較差，焊接時容易產(chǎn)生夾渣、脫殼與開裂等缺陷，故焊前需對拉深凹模進行預(yù)熱。預(yù)熱溫度控制在400～450℃范圍之間，速度控制在0.8～1.0mm/min，但最小加熱時間不應(yīng)少于45min。④弧焊電源及堆焊電流。為保證質(zhì)量，堆焊時采用直流電源反接，堆焊電流可根據(jù)說明書的要求選擇。電流太大，會增加合金元素的燒損和提高稀釋率，造成焊縫邊緣及端部咬口；過小會直接影響堆焊質(zhì)量。本例中堆焊電流為120～150A。⑤堆焊操作。為保證質(zhì)量，堆焊時應(yīng)采用分區(qū)分層的方式進行，運條方式采用螺旋式軌跡移動。焊完一層后，應(yīng)立即用手錘錘擊焊面，以清理焊渣，減少焊接應(yīng)力，防止開裂和產(chǎn)生砂眼。

2．3 堆焊后熱處理

堆焊后必須立刻進行回火處理，以防堆焊后凹模的開裂。回火溫度通常取540～560℃，一般需經(jīng)三次回火，第三次回火后，可隨爐冷卻。如圖4所示。

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回火時保溫時間可按經(jīng)驗取15min/25mm，不易過長，太長硬度就有下降的危險。經(jīng)過3次回火后，可隨爐冷卻至室溫，此時回火后的硬度，一般可達58～62HRC范圍內(nèi)。

刃口處的后期刃磨加工通常采用磨削工藝，嚴格按照凸、凹模刃口尺寸及制造精度加工，直到檢驗拉深凹模的形狀及尺寸符合要求為止。本模具通過上述方法修復(fù)后，可再次使用，從而延長了模具服役時間（通?？裳娱L1～2倍），同時也節(jié)約了冷作模具鋼。

3 結(jié)束語

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車市場的競爭日益劇烈，堆焊技術(shù)在汽國模具上的應(yīng)用，不僅可縮短制造周期，減少貴重模具鋼的消耗，降低成本，且便于生產(chǎn)中的維修，明顯提高模具的使用壽命，有效提高生產(chǎn)率。

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