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臺階軸鍛模整體堆焊修復工藝探討

日期:2016年8月16日 19:15

    鍛造用模具失效形式主要有變形失效、磨損失效、冷熱疲勞失效、斷裂失效等,為了保證模具的使用壽命,要求模具型腔表面具有高硬度、耐磨、耐腐蝕、抗疲勞和抗高溫氧化性能。模具的失效多發生于工作面或壓表面處,與表面的力學性能有密切的關系。如果能有效改善模具型腔表面或亞表面的性能,而不需要對模具整體材料進行處理,就可以很好地提高模具使用壽命。因此,除了正確選用模具材料,進行適當的熱處理、保證加工精度外,對模具的型腔表面進行表面堆焊強化處理可大大提高模具的使用壽命。

    提高模具壽命,降低模具成本是一項很有現實意義的工作。

臺階軸熱鍛模失效形式分析 

    臺階軸為長桿軸類件,鍛件總長322.7mm,熱鍛模具材質為5CrNiMo,模塊規格為480mm*260mm*160mm,鍛造形式為20MN熱模鍛壓力機進行預鍛、終鍛成形。臺階軸鍛件軸向累計偏差為1.6mm,因累計公差限制造成鍛件因局部尺寸不合格而停止生產。模具失效形式主要為型腔表面接觸熾熱的毛坯表面膨脹,鍛件脫模時模具表面噴灑冷卻液和潤滑劑,表層溫度又下降而收縮,致使模具表面與內層在拉壓應力的交變作用下,引起疲勞失效。加之,模具型腔表面高溫回火、型面高溫軟化、氧化皮磨料磨損和高溫氧化侵蝕等作用,加劇模具型腔磨損速度,使模具表面出現深度拉痕過早失效。因此,模具的型腔表面強化處理,可大大提高模具的使用壽命。

熱鍛模的堆焊修復工藝

熱鍛模具堆焊修復工序為:模體表面清理、狀態檢查—模體型腔碳弧氣刨去除表面疲勞層—預熱后進行整體堆焊—焊后等溫、回火。

(1)碳弧氣刨。

     模具型腔尺寸檢測完畢后,進行碳弧氣刨刨削型腔表面。刨削要求:選用12mm的碳棒,電壓設定70-75V,刨削深度為沿型腔表面深度方向5-8mm,去除所有凸起及裂紋,拐角處圓滑過渡,用清渣槍清理干凈并露出金屬光澤,要求裂紋源徹底清除。

    (2)堆焊工藝。

    焊材選用美國進口焊材:DZ1(打底)、DZ2(表面)兩種焊絲(DZ1具有很好的抗裂性能,DZ2耐嚴重磨損、耐高溫)

    模具預熱到均溫500+5℃,預熱時間按照模塊厚度1英寸(25mm)/1小時計算,預熱保溫時間6h左右。后采用保溫棉遮蓋保溫只露出堆焊位置,焊接過程中使用DZ1焊絲焊接型腔底部,約焊總深度的60%,焊接時模具溫度不得低于380℃,焊接過程中在每一層焊道變為紅色時及時用風鎬敲擊,要求要用帶圓鈍端頭風鎬徹底錐打,以減少收縮應力,防止裂紋傾向,后用清渣槍清理干凈焊渣,再進行下一層焊接,焊接中不得有氣孔、夾渣、未熔合等焊接缺陷。底部區域焊接完畢后再進行表面DZ2焊絲的焊接,焊至此模具上平面高出5~8mm加工余量為止。

   (3)熱處理工藝。

    焊后熱處理工藝要求:等溫—隨爐冷卻— 一次回火—隨爐冷卻—二次回火—隨爐冷卻。焊接完成后立即入爐進行500℃*4h等溫,隨爐冷卻至室溫后入爐進行第一次回火處理,回火溫度為580+10℃,按照模塊厚度25mm/h計算回火時間,隨爐冷卻至室溫進行二次回火,工藝同上,要求冷卻降溫幅度每小時不大于30℃,二次回火后模具硬度要求為:45HRC~50HRC。

堆焊前后模具的經濟性分析 

    臺階軸模具材料為5CrNiMo,鍛造形式為預鍛、終鍛兩次成形,新制整套模具總制造成本均為2.2萬元,累計平均壽命為5000件/套,新制模具單耗=22000/5000=4.4元/件。采用模具鋼焊材堆焊修復其預鍛模、終鍛模合計制造成本平均為1.9萬元,實際平均壽命為9522件/套,堆焊修復模具單耗=19000/9522=2.0元/件。此模具采用模具鋼焊材堆焊修復后壽命較新制模具壽命提高90.4%,模具單耗降低54.5%。可見,采用廢舊模具整體堆焊工藝明顯提高了模具壽命,降低了模具成本。

結束語

   (1)采用“普通模具鋼+焊接表面強化”工藝整體堆焊修復后的熱模鍛具,加工質量合格,能夠很好地滿足鍛模原設計要求,說明通過整體堆焊修復,可以使報廢模具重新利用,且由于堆焊技術的優越性,可對模體循環往復再利用。

   (2)采用特種焊材對熱鍛造模具型腔焊接修復,可綜合發揮鍛造模具的工作效能,明顯提高模具壽命。

   (3)廢舊模體整體堆焊技術的應用,節約鍛造模具基材、縮短制模周期、減少模具更換時間、提高鍛造設備的有效產能,具有很可觀的經濟效益。

所屬類別: 行業新聞

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