智能化在鍛模堆焊中的應(yīng)用

文／丁旭輝，王悅凱，李治國(guó)，楊孝享·一拖（洛陽(yáng)）鑄鍛有限公司

鍛造工藝受作業(yè)方式及設(shè)備特點(diǎn)等影響，模具易失效、磨損大、成本高，為降低模具成本，近年來(lái)鍛模堆焊技術(shù)在模具制造中得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)鍛模堆焊工藝為人工注滿(mǎn)堆焊法，具有作業(yè)環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、焊接缺陷不受控、加工余量大、焊材浪費(fèi)多等缺點(diǎn)，隨著鍛造工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能化技術(shù)在鍛模堆焊降本中越來(lái)越發(fā)揮重要作用。本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)鍛模堆焊工藝介紹及分析，闡述了近年來(lái)三維掃描儀、機(jī)器人、自動(dòng)加熱等智能化裝置在鍛模堆焊中的應(yīng)用，說(shuō)明了智能化鍛模堆焊技術(shù)具有自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、缺陷少、節(jié)材、高效、提高壽命等特點(diǎn)，已成為未來(lái)鍛模堆焊發(fā)展的必然趨勢(shì)。

傳統(tǒng)注滿(mǎn)堆焊工藝及劣勢(shì)分析

工藝過(guò)程

⑴焊前準(zhǔn)備。

需要堆焊的模具要清理干凈模具型腔的油污、氧化皮等雜物，仔細(xì)觀(guān)察模具型腔、鎖扣、燕尾的情況，用粉筆標(biāo)記裂紋位置，清理完成后用碳弧氣刨清除模具疲勞層，清除疲勞層深度8 ～10mm，有裂紋的地方刨到無(wú)裂紋為止，氣刨時(shí)注意不要留深溝窄槽，氣刨完成后要對(duì)模具型腔進(jìn)行打磨，打磨到型腔各部位圓滑無(wú)尖角倒鉤為止，用肉眼對(duì)模具型腔進(jìn)行檢查，若無(wú)裂紋孔洞可進(jìn)行著色探傷，待探傷液完全滲透后，再次檢查型腔，發(fā)現(xiàn)裂紋立即進(jìn)行清理。

⑵焊前預(yù)熱。

模具氣刨清理探傷完成后入爐預(yù)熱，預(yù)熱采用隨爐升溫到450℃保溫10h 的方法進(jìn)行。

⑶模具堆焊。

模具預(yù)熱完成后出爐用保溫棉包裹，進(jìn)行堆焊作業(yè)，焊機(jī)電壓調(diào)整到36V、電流調(diào)整到600A，送絲速度4(ipm×100)，堆焊從模具型腔最深處開(kāi)始逐漸向上，逐層堆焊，每焊一層用風(fēng)鎬敲擊以便清除焊渣，消除應(yīng)力，堆焊過(guò)程中要時(shí)刻關(guān)注模具溫度情況，模具溫度低于300℃要停止堆焊并重新入爐預(yù)熱，堆焊過(guò)程中焊縫收尾時(shí)逐漸斷弧，避免弧抗裂紋產(chǎn)生，堆焊至模具邊緣時(shí)，注意降低焊接速度，調(diào)整焊槍角度，避免出現(xiàn)咬邊，如出現(xiàn)咬邊或裂紋，必須進(jìn)行打磨焊補(bǔ)后才能繼續(xù)作業(yè)，焊接時(shí)焊機(jī)或其他設(shè)備出現(xiàn)異常要立即停止焊接，查明原因，排除故障后才可繼續(xù)焊接。

⑷焊后回火。

為充分消除焊接應(yīng)力，使模具硬度符合使用要求，堆焊后的模具要進(jìn)行兩次回火，完成后隨爐緩冷至室溫出爐。

⑸硬度檢查。

模具溫度降低到室溫后進(jìn)行硬度檢查，用砂輪打磨光滑要檢查的位置，用錘擊式硬度計(jì)檢查，符合要求后安排后續(xù)加工，不符合重新回火。

劣勢(shì)分析

⑴工作環(huán)境惡劣。

⑵工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。

⑶焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。

⑷焊材浪費(fèi)多。

⑸加工成本高。

智能化堆焊工藝關(guān)鍵組件

全自動(dòng)模具堆焊機(jī)器人使用3D 打印增材原理，具有自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、節(jié)約焊材、節(jié)約加工時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)；主要由機(jī)器人系統(tǒng)(圖1)、焊接系統(tǒng)、編程軟件、三維掃描系統(tǒng)、封閉式焊接圍欄(圖2)、光電保護(hù)裝置和加熱平臺(tái)等幾部分組成。

圖1 機(jī)器人系統(tǒng)

圖2 封閉式焊接圍欄

智能化堆焊工藝過(guò)程

⑴焊前準(zhǔn)備。

需要堆焊的模具清理干凈型腔的油污、氧化皮等雜物，仔細(xì)觀(guān)察模具基體、鎖扣、燕尾是否有裂紋，用碳弧氣刨清除模具型腔疲勞層，型腔平均擴(kuò)大10 ～15mm(下部10mm，上部15mm，留有斜度)，無(wú)直角、尖角，圓弧自然過(guò)渡。著色探傷，裂紋清除干凈，打磨見(jiàn)金屬光澤，如圖3、圖4 所示。

圖3 需修復(fù)的模具

圖4 氣刨后的模具

⑵模具預(yù)熱。

模具氣刨清理探傷完成后入爐預(yù)熱，預(yù)熱采用隨爐升溫到450℃，保溫時(shí)間按照模塊厚度(mm)進(jìn)行，要求1h/30mm。

⑶三維掃描、編程。

氣刨后的模具掃描取三維圖(圖5)，使用專(zhuān)用編程軟件(圖6)，把掃描氣刨后的三維圖和模具的造型圖進(jìn)行重合比對(duì)(圖7)，輸入焊接參數(shù)，留出加工余量，自動(dòng)生成焊接程序。

圖5 三維掃描

圖6 編程

圖7 程序模擬校對(duì)

⑷機(jī)器人仿形焊接。

預(yù)熱后的模具放到加熱平臺(tái)上，把焊接程序輸入給機(jī)器人，機(jī)器人自動(dòng)仿形焊接，保證模具溫度在300℃以上，如圖8、圖9 所示。

圖8 焊接中

⑸焊后回火。

為充分消除焊接應(yīng)力，使模具硬度符合使用要求，堆焊后的模具要進(jìn)行兩次回火，完成后隨爐緩冷至室溫出爐。

⑹焊接后模具硬度檢測(cè)、尺寸檢測(cè)。

機(jī)器人仿形焊接后的模具進(jìn)行三維掃描，掃描后的三維圖和模具造型圖進(jìn)行重合比對(duì)，如圖10 所示，看是否有足夠的加工余量，缺焊的部位進(jìn)行補(bǔ)焊。

⑺模具加工：檢測(cè)硬度和尺寸都合格的模具進(jìn)行機(jī)加工(圖11)，加工余量在5mm 左右。

智能化堆焊工藝優(yōu)勢(shì)分析

機(jī)器人焊接優(yōu)勢(shì)詳見(jiàn)表1。

根據(jù)實(shí)際焊接模具情況，傳統(tǒng)注滿(mǎn)堆焊工藝和智能化工藝焊接數(shù)據(jù)比較詳見(jiàn)表2。

圖9 焊接后

圖10 焊接后模具尺寸檢測(cè)

圖11 機(jī)加工后模具

表1 機(jī)器人焊接優(yōu)勢(shì)

表2 傳統(tǒng)工藝和智能化工藝焊接數(shù)據(jù)比較

結(jié)束語(yǔ)

從實(shí)際使用效果可以看出，隨著科技進(jìn)步，智能化技術(shù)在模具堆焊中的應(yīng)用，與傳統(tǒng)工藝比較在勞動(dòng)強(qiáng)度、焊接穩(wěn)定性、材料利用率、工作效率、模具壽命等方面有明顯優(yōu)勢(shì)，適合當(dāng)今工業(yè)高質(zhì)量、低成本發(fā)展要求，是當(dāng)今鍛模堆焊發(fā)展的必然趨勢(shì)。