電機沖壓模具的焊補修復(fù)研究

王正

【摘?要】工業(yè)化生產(chǎn)過程中，模具的使用質(zhì)量與修復(fù)水平，是保證生產(chǎn)持續(xù)性與穩(wěn)定性的重要條件，必須在不斷優(yōu)化的過程中，提高技術(shù)手段。電機沖壓模具經(jīng)過一段時間使用后會出現(xiàn)遢邊、裂紋和崩裂等問題。通過采用適當(dāng)?shù)暮附硬牧霞昂附庸に?，可有效地對沖壓模具進行了焊補修復(fù)。采用這種方法修復(fù)模具，要先對模具損壞性質(zhì)進行分析，選擇合適的底焊和堆焊材料，并采用恰當(dāng)?shù)墓に嚪椒?，可達到省工時、省材料、延長模具壽命的效果。

【關(guān)鍵詞】電機沖壓模具;焊接材料;焊接工藝;修復(fù)模具

電機冷沖壓模具一般采用高碳、高合金鋼材制作，例如TIOA鋼，這種鋼被廣泛用來制造冷沖模具。這種鋼的硬度在經(jīng)熱處理后可提高到HRC58～62以上。電機冷沖壓模具在使用過程中由于機械的因素或不正確的操作，如突然過載、過分的應(yīng)力集中、不適當(dāng)?shù)拈g隙和定位不準(zhǔn)等而導(dǎo)致遢邊、裂紋和崩裂等問題。常規(guī)修復(fù)一般用磨削加工將缺陷去掉，這種修復(fù)方法既費工料又會縮短模具的壽命，直至導(dǎo)致模具的報廢。通過分析，我們采用特種焊條運用合理工藝補焊冷沖模具上的缺陷，取得了一些較好的實踐經(jīng)驗。

1電機冷沖壓模具損壞原因的分析

電機冷沖壓模具大部分是用含碳量在1%以上的合金鋼制作，馬氏體是主要金相組織，因此模具在熱處理后有很大的內(nèi)應(yīng)力，加上突然過載、工作條件較為惡劣等原因，很容易在應(yīng)力集中處產(chǎn)生遢邊、裂紋等缺陷。

在補焊時應(yīng)先對缺陷所處的部位、應(yīng)力狀況和拘柬隋況等進行全面分析，以便采取相應(yīng)的合適措施。在對電機冷沖模進行補焊時，所填充的金屬應(yīng)具備以下三種性能要求：（1）機械性能應(yīng)與母材基本一致，尤其沖擊韌性和硬度指標(biāo)要與母材相近;（2）與母材的互熔性要好，能十分牢固進行結(jié)合，避免有裂紋與其他缺陷產(chǎn)生;（3）能消除或減緩補焊冷卻所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。在補焊金屬與母材的結(jié)合處很容易產(chǎn)生極大的內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力極易導(dǎo)致冷裂紋產(chǎn)生，一旦產(chǎn)生冷裂紋，補焊修復(fù)就應(yīng)立刻停止。

2焊接工藝試驗

2.1試驗的模具

我們修復(fù)的一種單槽沖模具單槽沖模具表面上有一處裂紋，如果繼續(xù)使用會使裂紋向?qū)?、深方向發(fā)展而使模具報廢。

2.2試驗?zāi)＞叩男迯?fù)工藝

2.2.1修復(fù)前模具準(zhǔn)備工作

我們先具體分析裂紋深度，然后用角磨機在裂紋處打磨溝槽。一般溝槽尺寸要求打磨后裂紋應(yīng)消失，本試驗中打磨溝槽深20mm，寬10mm。

電機冷沖壓模具裂紋一般在模具的拐角處容易產(chǎn)生，主要原因是在這個部位應(yīng)力較為集中，因此補焊時所填充金屬與母材金屬的結(jié)合強度要與原材質(zhì)相近。由于試驗中的單槽沖模具裂紋處于拐角，拘束度不大，因此很容易隨內(nèi)應(yīng)力一起消除或減緩，故對拘束情況不作考慮。

2.2.2底焊焊條種類的選擇

在溝槽較寬、較深的情況下，所需要的填充金屬較多，如果都采用高硬度焊條進行補焊，由于與母材收縮率不一致，模具將再次產(chǎn)生裂紋。本試驗中模具裂紋處不在刃口處，根據(jù)單槽沖模具的特點既要求表面有足夠的硬度，又要求模具的內(nèi)部要有較好的韌性，避免較大的內(nèi)應(yīng)力和裂紋產(chǎn)生。

因單槽沖模具內(nèi)部不需要有高硬度，卻要求有較好的韌性，因此在補焊處我們先采用A407焊條打底焊，將溝槽大部分填滿。A407焊條為奧氏體不銹鋼焊條，具有很好的塑性，其與母材也有很好的互熔性，這就保證了焊縫與母材有極好的結(jié)合力。又因為奧氏體有良好的塑性，在焊縫冷卻收縮中通過塑性變形而緩解了產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

2.2.3補焊前準(zhǔn)備

為減小焊接應(yīng)力和避免裂紋產(chǎn)生，將模具進行預(yù)熱處理，但要控制好預(yù)熱溫度。如果預(yù)熱溫度過高，就會使單槽沖模具表面硬度降低。單槽沖模具焊前預(yù)熱溫度一般控制在150℃～200℃范圍內(nèi)，并且在焊接時要采用斷續(xù)焊接的工藝方法，以保證焊層間溫度也不超過200oC。

2.2.4修復(fù)工藝

選用直徑為Φ3.2mm的A407焊條，為避免產(chǎn)生缺陷，在補焊前先對A407焊條進行250～C烘干處理，保溫lh。焊補修復(fù)可分為兩步：（1）先用A407焊條打底焊，其主要目的是填充溝槽。

（2）用直徑Φ3.2ram的D322焊條進行堆焊硬焊，要求在刃口處和模具的表面處還應(yīng)留出足夠的空隙。進行堆焊硬焊主要因為底焊時填充金屬的硬度低于模具的技術(shù)要求，不能滿足模具的使用要求。

由于在D322焊條中w、Cr、Mo含量較高，焊接時焊縫中作為硬質(zhì)點的碳化物極易形成，使焊縫表面硬度可達HRC58以上。雖然其焊縫結(jié)構(gòu)、成份與模具母材不同，但可以滿足單槽沖使用性能要求。D322焊條基體的金相組織是鐵素體，與打底焊填充金屬的奧氏體和母材馬氏體都能進行很好的互熔，因此在焊接過程中不會產(chǎn)生潤濕性不好的缺陷，所以D322的堆焊層與模具本體的結(jié)合力是足夠的。

由于焊縫金屬與母材的材質(zhì)不同，施焊后其金屬冷卻時的收縮系數(shù)也會不相同。在單槽沖模具內(nèi)部金屬主要為馬氏體組織，馬氏體為硬脆性組織，其塑性極差，收縮率也很小，而奧氏體的收縮率卻很大。為了避免二者在冷卻過程中由于收縮率不同而產(chǎn)生冷裂紋，試驗中采用小電流、慢速焊的工藝方法，并在焊接過程中間斷進行，以避免母材過熱，同時焊后要敲擊焊縫，以使焊縫中的金屬變形，主要目的是消除收縮應(yīng)力。用D322焊條進行表面堆焊時也要采用這種工藝方法。

實踐表明若嚴(yán)格采用上述辦法進行焊補，焊后單槽沖模具是可以達到質(zhì)量要求的，但如果由于操作不慎而導(dǎo)致改變了焊接方法，就會出現(xiàn)焊接缺陷，不得不將缺陷處打磨掉重新施焊。

在單槽沖模具焊補后，冷速不宜太快，應(yīng)進行隨爐由℃緩慢冷卻，主要目的是消除內(nèi)應(yīng)力。還可以采用機械方法消除，即采用噴丸或用錘敲擊，使焊補金屬達到延性狀態(tài)，但不能過度敲擊，否則也會引起金屬破壞。

2.3修復(fù)使用后的模具金相組織觀察和硬度分析

該模具焊后經(jīng)廠家使用，可以達到預(yù)期目的。待模具達到設(shè)計壽命報廢后我們將焊補處取下試塊進行金相觀察和硬度試驗，該試樣金屬仍呈奧氏體組織，模具母材本體為馬氏體組織，但二者邊界比較模糊，說明兩種組織互相滲透、結(jié)合比較好。在熔合線附近由于焊接熱的影響，模具母材的馬氏體組織變?yōu)橹袦鼗鼗鸾M織，其馬氏體量有所減少。但由于熔合層較薄，對母材本體不會有大的影響。

從硬度試驗結(jié)果看，表層硬度焊縫處為HRC58，模具母材處由于長期使用的結(jié)果，已由初期的HRC62降至HRC58，而焊縫表面硬度在焊補結(jié)束時測試為HRC60。

D322焊條的堆焊層與A407焊條的填充金屬間，從金相顯微鏡中觀看時界線也不清晰，說明二者的滲透性也很好。

3結(jié)語

電機冷沖壓模具因母材含碳量高而較難補焊，應(yīng)對電機冷沖壓模具的具體損壞情況作具體分析，考慮成熟并制定合適的工藝方可施焊，避免產(chǎn)生新的缺陷。當(dāng)模具需補焊處填充金屬較多時，應(yīng)采用奧50氏體不銹鋼焊條打底焊，主要目的利用奧氏體的良好塑性，減少內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生和增加模具芯部的韌性。適當(dāng)預(yù)熱可避免產(chǎn)生裂紋，消除和減緩內(nèi)應(yīng)力。對模具、特別是熱處理后的冷沖模預(yù)熱溫度不宜過高，預(yù)熱溫度稍高就會使模具表面機械性能有所改變，特別是表面硬度將會降低很多?？傊＞呓?jīng)過焊補修復(fù)，在裂紋缺陷處加工型槽，適當(dāng)?shù)剡x擇焊接材料，并對其焊接性進行分析，采取減小應(yīng)力的工藝方法，可使模具多次使用，降低生產(chǎn)制造成本，具有較為顯著的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

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[2] 王瑤.鋁沖壓模具的焊接修復(fù)工藝[J].化工設(shè)計通訊，2019，45（01）：119+143.

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