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多數(shù)模具都有較為復雜的型腔,設計制造周期長,價格也較為昂貴。而在模具使用過程中,模具的棱角或棱邊容易磨損,有時還會發(fā)生崩裂,模具型腔工作表面會產(chǎn)生均勻磨損,使用不當會產(chǎn)生劃傷。模具的這些損傷,一般都希望用較方便的方法修復,以降低生產(chǎn)成本。特別是對淬火后的模具進行焊接修復,均希望HAZ要小,且希望焊接修復后不需再進行熱處理。使用GM3450工模具焊補機進行的微區(qū)脈沖點焊技術,就較好地解決了這一問題。
2設備與原理3450系列工模具修補機,其兩電極間可輸出單點的或連續(xù)的高能、短時電脈沖,電氣原理框圖如所示。電源輸入電壓220V10,50Hz.輸出的峰值電壓連續(xù)可調,范圍為022V;電壓輸出瞬態(tài)值連續(xù)可調,用0100°瞬態(tài)指示。連續(xù)工作時的脈沖放電工作頻率為3大貯能(一次脈沖放電大能量)250(B型)。
焊接修補時,將工模修補機的負極接工件,在經(jīng)預處理的待修表面覆以補材(可以是薄片、細絲、粉末),手握陽極并施以合適的壓力接觸補材,腳踩腳踏開關,工模修補機即輸出高能電脈沖,在陽極壓點這一微區(qū)的補材與工件基體間產(chǎn)生高溫并使局部金屬熔化,從而實現(xiàn)微區(qū)焊接。這一過程是在極短時間(毫秒級)內完成的,放電之后的間隙又使微區(qū)的高溫快速冷卻至室溫。這種微區(qū)的脈沖熱循環(huán)是在工件整體始終處于“冷態(tài)”下進行的,微區(qū)補焊處的haz很小,避免了工件的變形。
檢驗與分析3修復工藝4.1金相分析以Cr12、Cr12MoV鋼制作的冷作模具為例,其不同損傷部位的修復工藝如下:3.1棱邊磨損或崩落的補焊先對工件進行焊前準備,可用小型手砂輪去除修復表面的銹點或損傷層,清理后用丙酮仔細清洗??蛇x用不同合金粉末。粉末形狀為球形,粒度150320目。修補的方式如所示。采用帶磁頭的陽極工具吸滿粉末后壓緊修復表面,連通腳踏開關,滾動陽極工具,沿棱邊方向焊補。采用連續(xù)工作方式,電壓瞬態(tài)值40,移動速度約50mm/min.當層補焊完后,用手砂輪修整焊補表面,使其平整光滑,再按上述方法補焊第二層、第三層,直至達到所需尺寸,并留有加工余量。后用手工修整到所需要形狀和尺寸。
3.2工作表面劃溝的補焊用Cr18Ni9Ti合金粉末和HC-4修補Cr12MoV冷作模具鋼的金相如所示??梢姡a焊層與基體間結合良好,基體材料有局部熔化的特征;Cr12MoV基體HAZ中組織細小,無碳化物積聚,無裂紋。4.2元素擴散分析將兩種不同補焊材料的試樣在SEM分析時進行元素線掃描,得到的元素分布如所示??梢姷接忻黠@的元素擴散現(xiàn)象,說明了補焊層與基體間確是微區(qū)冶金結合。擴散層為2146m,擴散層尺寸的波動是由于材料的熔點和焊接規(guī)范不同所造成的。
用NMF3顯微硬度計、載荷100g,沿焊補結合面垂直方向每隔003005mm測定硬度值,焊絲材料可選用Ni82、HC-4、Ni625、316L等,直徑視劃溝情況選用0508mm,焊前同樣需用砂布去除氧化皮并用丙酮清洗干凈。焊補方式如所示,先用單點工作方式將焊絲固定在侍修劃溝內的適當位置,然后采用連續(xù)工作方式,將陽極工具緊壓焊補部位并沿劃溝滾動,移動速度約為50mm/min,但選用的電壓瞬態(tài)值為70.得到如所示的硬度分布曲線。可見有0.15 025mm寬的熱影響區(qū)(HAZ),范圍窄小,對基體組織和性能損傷較小,也無由于循環(huán)而造成的變形,HAZ區(qū)內硬度分布的一定波動,完全符合微區(qū)脈沖焊接的特點。
5應用實例和效果5.1修復實例一3450模修機于1996年3月在北京某石化公司修復一套日本三菱公司出品的年產(chǎn)2000t流延膜生產(chǎn)線的膜唇。膜唇是該生產(chǎn)線的關鍵部件,屬于大型精密薄型部件2600mmX300mmX(10~40)mm,實際上這一部件也是一種薄膜成形用模具。損傷發(fā)生在整機拆裝運輸過程中,出料口有3處損傷,長度分別為15、20、40mm,深度35mm,要求修理過程中不發(fā)生熱變形,補材與基體結合牢固,并能經(jīng)受融溶狀液體塑料的沖刷和熱腐蝕。針對這一損傷情況和工件的技術性能要求,采用Cr18Ni9Ti補片逐層補焊,每焊一層后用銼刀修整,修復到尺寸后打磨拋光到滿足膜唇的使用要求,使用至今已有1年多,未見任何異常,證明對這種大型精密部件的修復是成功的。
5.2修復實例二1995年某可口可樂瓶廠的可樂瓶注塑膜螺紋口刃部磨損,致使塑料制品分型面產(chǎn)生“飛邊”,用GM 3450模具修補機修復,補材選用粉末Cr18Ni9Ti.全套模具共36副,每副修復時間約2h(含鉗工打磨),修復后上下模結合良好,邊角光潤無縫隙,效果很好(如所示)。
6應用范圍用微區(qū)脈沖點焊技術已經(jīng)應用的工件有:各種模具。其中包括沖壓成形模具,如汽車外殼的沖壓模;注塑模,如汽車儀表盤注塑模、洗衣機箱體注塑模、計算機三英寸軟盤注塑模等;陶瓷模具,如建筑陶瓷磚沖壓模等;除此之外,還有切料模、木材成形模等精密模具。
各種液壓件。包括大型液壓件的修復,如液壓柱塞桿、各類液壓缸體、油泵和各種閥體的修復。
各種軸類、輥類零件。如各類壓輥、印花布輥子、無紡布壓輥、鋼機的軸、車輛曲軸的修復等。
鑄件表面缺陷。如機床床面,水泵泵體等。
7結論微區(qū)脈沖點焊可得到高結合強度的表面覆層,工藝過程對母材不產(chǎn)生熱變形和軟化,選用補材面寬,對傳統(tǒng)維修手段是一種補充。在這種新技術出現(xiàn)后,使以往很難修復的工模具得到了很好的修復。