電機沖壓模具的焊補修復研究

王正

【摘?要】工業化生產過程中，模具的使用質量與修復水平，是保證生產持續性與穩定性的重要條件，必須在不斷優化的過程中，提高技術手段。電機沖壓模具經過一段時間使用后會出現遢邊、裂紋和崩裂等問題。通過采用適當的焊接材料及焊接工藝，可有效地對沖壓模具進行了焊補修復。采用這種方法修復模具，要先對模具損壞性質進行分析，選擇合適的底焊和堆焊材料，并采用恰當的工藝方法，可達到省工時、省材料、延長模具壽命的效果。

【關鍵詞】電機沖壓模具;焊接材料;焊接工藝;修復模具

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、過分的應力集中、不適當的間隙和定位不準等而導致遢邊、裂紋和崩裂等問題。常規修復一般用磨削加工將缺陷去掉，這種修復方法既費工料又會縮短模具的壽命，直至導致模具的報廢。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應力，加上突然過載、工作條件較為惡劣等原因，很容易在應力集中處產生遢邊、裂紋等缺陷。

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

2焊接工藝試驗

2.1試驗的模具

我們修復的一種單槽沖模具單槽沖模具表面上有一處裂紋，如果繼續使用會使裂紋向寬、深方向發展而使模具報廢。

2.2試驗模具的修復工藝

2.2.1修復前模具準備工作

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生，主要原因是在這個部位應力較為集中，因此補焊時所填充金屬與母材金屬的結合強度要與原材質相近。由于試驗中的單槽沖模具裂紋處于拐角，拘束度不大，因此很容易隨內應力一起消除或減緩，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，模具將再次產生裂紋。本試驗中模具裂紋處不在刃口處，根據單槽沖模具的特點既要求表面有足夠的硬度，又要求模具的內部要有較好的韌性，避免較大的內應力和裂紋產生。

因單槽沖模具內部不需要有高硬度，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生的內應力。

2.2.3補焊前準備

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

2.2.4修復工藝

選用直徑為Φ3.2mm的A407焊條，為避免產生缺陷，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。雖然其焊縫結構、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生潤濕性不好的缺陷，所以D322的堆焊層與模具本體的結合力是足夠的。

由于焊縫金屬與母材的材質不同，施焊后其金屬冷卻時的收縮系數也會不相同。在單槽沖模具內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。

實踐表明若嚴格采用上述辦法進行焊補，焊后單槽沖模具是可以達到質量要求的，但如果由于操作不慎而導致改變了焊接方法，就會出現焊接缺陷，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，應進行隨爐由℃緩慢冷卻，主要目的是消除內應力。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，但不能過度敲擊，否則也會引起金屬破壞。

2.3修復使用后的模具金相組織觀察和硬度分析

該模具焊后經廠家使用，可以達到預期目的。待模具達到設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為中溫回火組織，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。

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

電機冷沖壓模具因母材含碳量高而較難補焊，應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，避免產生新的缺陷。當模具需補焊處填充金屬較多時，應采用奧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，減少內應力的產生和增加模具芯部的韌性。適當預熱可避免產生裂紋，消除和減緩內應力。對模具、特別是熱處理后的冷沖模預熱溫度不宜過高，預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。總之模具經過焊補修復，在裂紋缺陷處加工型槽，適當地選擇焊接材料，并對其焊接性進行分析，采取減小應力的工藝方法，可使模具多次使用，降低生產制造成本，具有較為顯著的經濟效益。

參考文獻：

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

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