冷焊工藝在汽車覆蓋件模具中的應(yīng)用

0 引 言

汽車覆蓋件模具大部分都使用鑄件，鑄件在成形過程中，由于鑄造工藝、鑄造材質(zhì)、模具結(jié)構(gòu)等原因，鑄件上易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔、砂眼、夾渣、裂紋、局部疏松等缺陷。鑄件表面鑄造缺陷可通過加工的方法修復(fù)，而精加工后出現(xiàn)的內(nèi)部缺陷會(huì)對(duì)修復(fù)造成困難，嚴(yán)重時(shí)造成廢品，給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失。度、高硬度、抗沖擊韌性良好、易切削、淬透性好、熱處理變形小等優(yōu)點(diǎn)

，基體硬度為210～260 HB；門外板材質(zhì)為HC180BE+Z-PO 35/35-FD，材料厚度為0.65 mm。

1 制件缺陷現(xiàn)狀描述

圖1 所示為某車型后側(cè)門外板拉深模，模具外形尺寸為3 760 mm×2 080 mm×1 098 mm，下模座的材質(zhì)為HT300，因制件屬于外觀件，成形時(shí)不能有表面質(zhì)量缺陷

，故凸、凹模和壓邊圈的材質(zhì)采用GGG70L，該材質(zhì)具有鑄造性能好、高耐磨性、高強(qiáng)

1．“姦”讀“奸”；2．“鱻”讀“鮮”；3．“猋”讀“標(biāo)”；4．“麤”讀“粗”5．“羴”讀“山”；6．“毳”讀“脆”；7．“蠱”讀“古”；8．“赑”讀“必”；9．“垚”讀“堯”；10．“犇”讀“奔”。

模具調(diào)試過程中成形制件出現(xiàn)圖2 所示的缺陷，缺陷具有分布集中、形狀顆粒較大、蜂窩狀及麻面狀特征，對(duì)制件A面造成不可修復(fù)的缺陷。

2 缺陷分析

模具制造過程中，在模具零件精加工完成后，檢查加工質(zhì)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)凸、凹模型面上有較多如圖3所示的縮松，其研合拋光完成后縮松如圖4所示。

縮松是指金屬液在型腔內(nèi)凝固時(shí)，當(dāng)合金凝固溫度范圍較大時(shí)會(huì)形成較寬的凝固區(qū)域，在凝固區(qū)域內(nèi)是按體積凝固方式進(jìn)行凝固，即同時(shí)形成晶核并長大。到凝固后期固相比例大，枝晶生長連成骨架，把未凝固金屬液分割成孤立或近似孤立的小熔池，這些金屬液凝固時(shí)難以得到補(bǔ)縮，形成許多細(xì)小、分散的小孔。

根據(jù)上述縮松形成機(jī)理可知，縮松是在鑄件外表面開始凝固形成薄層硬殼至鑄件中心凝固完畢時(shí)期內(nèi)形成的，故縮松隱藏于鑄件的內(nèi)部，不易被發(fā)現(xiàn)。在模具零件表面質(zhì)量檢查、半精加工時(shí)均沒有發(fā)現(xiàn)此類縮松，而在精加工完成后發(fā)現(xiàn)此缺陷

。

3 缺陷補(bǔ)救措施

為了解決上述缺陷問題，經(jīng)過對(duì)成本、品質(zhì)等多方面比較，可采取的解決方案有：①模具零件重新加工，將表面缺陷以加工的方式去除，重新做基準(zhǔn)、研合、調(diào)試；②采取去掉缺陷后補(bǔ)焊的方式。綜合考慮成形制件的交付期、成本及模具零件缺陷的大小等，決定采用方案②消除缺陷。

2.1.1 使用不合理。新使用及大修理之后的柴油機(jī)，在使用過程中可能會(huì)出現(xiàn)不按規(guī)程運(yùn)行、磨合不到位的情況，導(dǎo)致氣缸套出現(xiàn)磨損；柴油機(jī)在初始啟動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)加負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致氣缸套表面的油膜無法在短時(shí)間內(nèi)形成，進(jìn)而出現(xiàn)活塞環(huán)與氣缸套的接觸磨損；長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油機(jī)，在使用時(shí)溫度會(huì)增高，導(dǎo)致柴油機(jī)過熱，進(jìn)而影響潤滑條件，這必然會(huì)導(dǎo)致氣缸套磨損問題加重。并且超負(fù)荷使用時(shí)，工作粗暴，導(dǎo)致排氣管冒出大量的濃煙，進(jìn)而導(dǎo)致大量積碳，最終形成磨粒，加重氣缸套的磨損。

據(jù)國內(nèi)外專家研究，大部分冷焊機(jī)的工作原理均滿足式（1），現(xiàn)所述的缺陷修復(fù)采用的波形如圖5所示，從波形的特征可知，2 個(gè)脈沖間隔之間沒有維弧電流，如圖6 所示，隨即進(jìn)入熄弧冷卻階段，因而冷卻時(shí)間大于加熱時(shí)間，該過程中有足夠的冷卻時(shí)間使得零件一直處于常溫狀態(tài)

。

從第n次脈沖周期T

（n）開始時(shí)計(jì)算式（1）的積分值S

。第n次的預(yù)先設(shè)定峰值期間結(jié)束時(shí)，在第n次谷值期間中當(dāng)積分值S

=0（或S

≥0）時(shí)第n次的脈沖周期T

（n）終止。在式（1）積分值S

的公式中，不包括峰值電流I

與谷值電流I

為恒定值的前提條件，能夠廣泛適用于脈沖電弧焊接

。

這里將語境分為特定話語(問句)所適應(yīng)的語境和話語建構(gòu)后新生成的語境兩大類。其中每一類又都可以有文本語境和非文本語境。

隨著新技術(shù)、新材料的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)鑄件缺陷的修復(fù)有了新的方法，其中冷焊技術(shù)是近年來常用的較經(jīng)濟(jì)、安全、實(shí)用、便捷的修復(fù)方法。冷焊機(jī)是根據(jù)類似放電加工機(jī)的電路原理研究開發(fā)的。

唐飛霄見來者不善，忙抬起另一只前足向外撥打，二者交碰一處，伴著一串火星，節(jié)足被撥彈開，旋轉(zhuǎn)著飛向空中。忽見幾縷細(xì)絲疾射而至，半空中將節(jié)足粘住，隨即向后一拽，節(jié)足便飛入了唐飛霄的手中。

式中：K

——外部特性的斜率；I

——焊接電流絕對(duì)值；U

——焊接電壓絕對(duì)值；I

——焊接電流基準(zhǔn)值；U

——焊接電壓基準(zhǔn)值。

冷焊機(jī)是通過微電瞬間（10

～10

s）放電，因放電時(shí)間（Pt）與下一次放電間隔時(shí)間（It）相比極短，機(jī)器有足夠的散熱時(shí)間，熱量會(huì)通過零件基體擴(kuò)散到外界，所以修復(fù)零件的部位不會(huì)有熱量聚集，即零件的升溫停留在室溫，故該焊層是在非常低的熱輸入下產(chǎn)生，避免了熱應(yīng)力變形。在接觸區(qū)域電極被加熱到8 000～25 000 ℃，并在電離狀態(tài)下將少量電極轉(zhuǎn)移到修復(fù)零件上，并產(chǎn)生牢固的冶金結(jié)合

。

修補(bǔ)該縮松缺陷時(shí)，對(duì)于微小的、大面積的縮孔，沒有合適尺寸的填補(bǔ)焊材，該類缺陷考慮采用傳統(tǒng)補(bǔ)焊工藝更適合。

因該鑄造缺陷正好對(duì)應(yīng)制件外觀型面呈分散狀態(tài)，若采用傳統(tǒng)補(bǔ)焊方式，需先加工缺陷處，再補(bǔ)焊加工的區(qū)域，補(bǔ)焊完成后再加工補(bǔ)焊區(qū)域，其工藝過程長，重點(diǎn)是其熱影響區(qū)會(huì)造成模具零件型面變形且硬度不均勻，產(chǎn)生凹陷或凸面，該缺陷會(huì)在成形過程中呈現(xiàn)在制件上，無法消除。而采用冷焊方式修復(fù)在模具零件表面無熱量輸入，故無變形，在模具零件表面不會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力及凹凸面；補(bǔ)焊完成后，鉗工手工修復(fù)即可，減少了加工工序，縮短了修復(fù)時(shí)間，節(jié)約了成本。通過對(duì)比二者的優(yōu)缺點(diǎn)，采用冷焊工藝修復(fù)此型面縮松缺陷更有利。

修補(bǔ)完成后的模具零件型面如圖9 所示，測(cè)量補(bǔ)焊位置的硬度為209～240 HB，與母材的硬度基本一致，從單個(gè)修補(bǔ)缺陷后的硬度數(shù)據(jù)來看，說明焊接工藝符合要求。

相對(duì)于傳統(tǒng)手工焊條電弧焊，冷焊的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

模具零件型面缺陷的冷焊工藝過程如下：將厚度為0.1 mm 的碳鋼材料薄片粘貼在縮松位置

，如圖7所示，用冷焊機(jī)焊接，使薄片與鑄件材質(zhì)熔接在一起，再通過鉗工使用磨頭、銼刀等工具手工修復(fù)補(bǔ)焊位置的型面，使其光滑平整

，如圖8所示，使該區(qū)域型面縮松被覆蓋，且型面具有連續(xù)性，無凹凸不平等缺陷。

傳統(tǒng)的鑄造缺陷修復(fù)方法有機(jī)械加工、熔焊、熔解擴(kuò)散焊。傳統(tǒng)的焊接修復(fù)方法需要昂貴的設(shè)備、熟練的技術(shù)工人，耗費(fèi)大量的能源且污染環(huán)境，危害人體健康。模具零件因?yàn)楹附訒r(shí)產(chǎn)生大量熱量而產(chǎn)生變形、開裂等缺陷，導(dǎo)致修復(fù)效果不理想，并帶來較大的工作量，甚至造成模具報(bào)廢，交付期延后，成本增加。

因門外板屬于外觀件，對(duì)其外觀有嚴(yán)格的要求，不允許存在凹凸面、凹凸點(diǎn)等A2 等級(jí)的缺陷。模具調(diào)試完成后，在正常參數(shù)條件下生產(chǎn)，制件A面存在A2凸面，經(jīng)過多輪調(diào)試優(yōu)化，最終A2凸面轉(zhuǎn)化成A3凸面，如圖10所示，但不能完全消除此缺陷。

缺陷形成機(jī)理分析如下：①基準(zhǔn)模具的鑄造缺陷與制件上的缺陷位置一致；②制件成形時(shí)沒有外部材料流入

，類似于脹形

，而鑄造缺陷的位置位于正沖壓方向的最頂端，如圖11所示箭頭指示處。

結(jié)合上述2 個(gè)因素，該鑄造缺陷位置最早接觸材料直至制件成形完成，在12 000 kN 的成形壓力下，該鑄造缺陷補(bǔ)焊完成的位置支撐不了如此大的壓力，導(dǎo)致補(bǔ)焊區(qū)域存在局部塌陷，如圖12所示，這也導(dǎo)致了成形制件缺陷的產(chǎn)生。

“多規(guī)合一”工作思路與系統(tǒng)建設(shè)——以玉溪市紅塔區(qū)為例 周保梅，周紅云，楊舒化，張艷蘭，邱玉瓊(1-37)

3）獼猴桃幼樹及初果期樹管理上應(yīng)前促后控，生長后期嚴(yán)格控制肥水，特別是要控氮控水，防止旺長，促進(jìn)枝蔓木質(zhì)化，提高枝蔓成熟度。

4 結(jié)束語

綜上所述，冷焊技術(shù)對(duì)于修補(bǔ)模具零件的個(gè)別缺陷相比傳統(tǒng)的補(bǔ)焊工藝具有優(yōu)勢(shì)，建議應(yīng)用范圍：①應(yīng)用在單個(gè)缺陷且深度低于0.5 mm 缺陷上；②應(yīng)用在對(duì)制件沒有高質(zhì)量外觀要求的型面上；③應(yīng)用在型面不受力的區(qū)域，因模具除了功能性外，還應(yīng)滿足完整性、美觀性等要求；④對(duì)焊接效率有要求的工作面上不建議應(yīng)用。

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