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广倍小编带大家了解下模具的修复技术与应用(一)

发布时间:2017-11-27 点击量:载入中...
模具的首要失效方法有表面磨损、表面掉落、表面裂纹等,大多数失效模具可运用适宜的修理技术进行修改,使其恢复运用功用。现在模具的修改技术首要有热喷涂、电刷镀、堆焊、激光修改等技术。现已出现专业模具修补机器,对模具磨损部位进行无热堆焊,可结束模具的耐磨性、耐热性及耐蚀性等要求。

由于模具制作工艺凌乱、出产周期长、加工费用高,尤其是精密凌乱模具或大型模具制作加工费高达数十万元甚至数百万元。一汽每年用于模具制作及修理的费用高达上千万元。若是模具早期失效,将给企业构成严峻的经济损失。因此,运用各种修改技术修改失效的模具,使其恢复运用功用从头投入运用,可以抵达延伸模具运用寿数、下降本钱、前进经济效益的目的。

一般,模具修改的工艺进程如下:
(1)工艺进程:分析修改原因→制定修改计划和方法→进行修改→试模和验证。
(2)修改操作进程:对模具进行检查→拆开损坏部位→清洗零件→分析、核对、判定修改原因→配备及修整损坏零件→替换修配零件→装置模具→试模和验证。

一、热喷涂技术与运用

模具特别是热作模具,不只在较高的温度下作业,而且承受磨损、揉捏、冲击及冷热疲乏效果。在运用进程中简略损坏,导致运用寿数下降。当模具表面磨损或划伤后,只需程度不严峻,均可进行修改,然后延伸模具运用寿数。热喷涂修改技术首要有火焰喷涂、等离子喷涂和超音速喷涂等,将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热熔化或软化构成熔滴,并以必定速度射向预处理过的基体表面,构成具有必定结合强度的金属以及WC、TiN等化合物涂层修改模具?苫指瓷踔燎敖>叩哪湍バ砸约澳褪葱缘。

1.火焰喷涂与运用
(1)火焰喷涂
火焰喷涂是运用燃气(乙炔、丙烷、天然气等)及助燃气体(氧)混合焚烧作为热源,喷涂材料则以必定的传送方法进入火焰,加热到熔融或软化情况,然后依托气体或火焰加快喷射到基体上。火焰喷涂根据喷涂材料的不同,又可分为丝材火焰喷涂和粉末火焰喷涂两种。

火焰设备简略、操作便当、本钱低,但其喷涂层强度不高。热影响区和变形较大,因此常用于低强度模具表面形状修改,使模具运用寿数延伸。

(2)运用
五菱轿车股份有限公司运用火焰喷涂NiCr60A修改轿车大梁成形模和陕西咸阳偏转线圈集团公司选用火焰喷涂30Cr13修改善口绕制线圈模具,均取得了较好的效果。

2.等离子喷涂与运用
(1)等离子喷涂
等离子喷涂是以氮气(N2)、惰性气体如氩气(Ar)等作为作业介质,在专用的喷枪内发作电离构成热等离子,再将进入该等离子弧区的粉末状涂层材料熔融、雾化,并高速喷送到被涂工件表面,构成涂层。

等离子喷涂热源能量密度较高,可用于模具表面改性处理,或用于微量磨损模具表面修改,但喷涂层与基材之间为机械结合,所以多用于非冲击载荷条件下的模具表面改性及形状修改,例如在热作模具表面等离子喷涂钴基合金,较传统方法可延伸两倍寿数。

(2)运用
在工具钢制作的高熔点金属揉捏模具上等离子喷涂0.5~1.0mm的氧化铝涂层,可将运用温度从1320℃前进到1650℃,喷涂氧化锆涂层,揉捏温度可达2370℃,模具的运用寿数可延伸5~10倍。

3.超音速喷涂与运用
(1)超音速喷涂
超音速喷涂获得的喷涂层与基材之间结合强度高,因此可用于中等冲击载荷效果下的模具表面改性及修改,且修改后模具不需求或削减机加工就可以运用。

(2)运用
广州有色金属研究院选用超音速喷涂硬质合金工艺,使Cr12钢拉延模修模频率从500件/次前进到700件/次,模具寿数前进3~8倍。

该技术已被一汽集团公司成功用于拉延模重要作业面的表面改性,模具运用寿数显着前进。

二、电刷镀技术与运用

电刷镀是在常温文无槽条件下,在工件部分表面快速电化学堆积一种金属或合金镀层方法。电刷镀具有设备简略、工艺简略、操作灵敏、堆积速度快、镀层粗糙度低、镀层硬度与耐蚀性利益。选用电刷镀方法,不只可使模具寿数前进4倍左右,还可对磨损模具再修改处理,如模具型腔表面的部分划伤、拉毛沟槽、锈斑磨损等缺陷的修改。修改后模具表面的耐磨性、硬度、粗糙度等都可以抵达本来的功用目标。一起,电刷镀费用低,一般只占模具本钱的0.5%~2%。

现代化的电刷镀技术可以在不拆开模具的前提下,结束对模具表面的修改,而且可以保证修改后的作业面仍有足够低的粗糙度。以CrWMn钢型腔模部分拉毛沟槽的电刷镀修改为例。

1.电刷镀设备
电刷镀设备如图1所示。


2.电源
由主电路和控制电路组成。主电路输出为单向220V,交流通过降压和整流后,输出100周脉动直流电源。输出的电压可以无极调度,一般为0~25V?刂频缏吠ü牡牡缌,可以控制镀层厚度。

3.电刷镀溶液
(1)预处理溶液
其一,电净液。用来消除金属表面的油污。其配方如下:NaOH(C.P.)35~50g/L,Na2CO3(C.P.)40~45g/L,Na3PO4·12H2O(C.P.)140~180g/L,NaCl(C.P.)4.4~5g/L。该溶液pH=12~13。

其二,活化液。有A、B两种活化液可别离运用。初度活化选用A活化液,使金属的表面晶格完全显露出来,其次运用B活化液,消除黑灰色碳化物,使基体呈银白色。

A活化液配方:H2SO4(C.P.)80~85g/L,(NH4)2SO4110~120g/L。该溶液pH<2。

B活化液配方:Na3(C6H5O7)·2H2O(C.P.)142~145g/L,H3(C6H5O7)(C.P.)90~100g/L,NiCL2·5H2O(C.P.)2~5g/L。该溶液pH=4。
式中 C.P.——表明化学纯,Na3(C6H5O7)·2H2O为柠檬酸钠,H3(C6H5O7)为柠檬酸。

(2)金属溶液
其一,特别镍溶液。该溶液可以改善金属基体的可镀性,前进基体与作业层的结合强度,一般为1~3μm。
其配方如下:NiSO4·6H2O380~400g/L,NiCl2·5H2O 14~20g/L,H3(C6H5O7)30~70g/L,HCl 20~40g/L。该溶液pH=1。

其二,快速镍溶液。该溶液堆积金属的速度快,模具修改后的硬度为52HRC左右,有出色的耐磨性和抗腐蚀性,与CrWMn钢模具基体有出色的结合力。
其配方如下:NiSO4·6H2O 250~300g/L,K3(C6H5O7)80~130g/L,缓冲盐A40~60g/L,缓冲盐B 20~30g/L,添加剂0.1g/L。该溶液pH=7~8。

4.操作工艺
操作流程如下:表面预处理(钳工修改模具的沟槽表面,利于镀笔接触凹槽部位;修改部位修形后,用纱布打磨,粗糙度在6.3μm以下;测量出要修改的金属厚度,并用绝缘漆或涤纶胶带保护非修改区)→电净(模具接负极,镀笔接正极,用电净液去除修改表面的油污,电压10~20V,时间10~30s)→自来水冲刷→活化(运用A活化液,电压6~12V,时间5~30s,表面呈黑灰色)→自来水冲刷→活化(运用B活化液,电压15~25V,时间5~30s,表面呈银白色)→打底层(选用特别镍溶液,电压8~12V,相对擦拭速度15mm/min左右,镀层厚1~3μm)→自来水冲刷→镀作业层(选用快速镍溶液,电压8~15V,相对擦拭速度15mm/min左右)→自来水冲刷→钳工修改(抵达所需的形状和标准)。

三、激光熔覆修改技术与运用

激光熔覆是运用高能的激光束在金属表面辐照,使涂覆材料熔化,与基体结吞并灵敏凝结,在基材表面构成一层具有特别物理、化学或力学功用的材料。激光熔覆技术现在不只可对成形模具进行表面修改,也可对已加工成形的模具进行表面改性。激光熔覆特征为:
①激光加热和冷却快,熔覆层组织纤细且结构细密;
②激光束的能量密度高,激光熔覆对基材的热影响小,变形小,不损坏基体的力学功用;
③可有用对部分区域进行改性或修补裂缝、崩角及磨损的密封边;
④激光束的功率、位置和形状等可以准确控制,易结束选区甚至微区熔覆精密修改,用极小的本钱在模具的不同部位结束不同的力学功用;
⑤对基体材料的要求低,简直绝大多数的材料上都可以运用此项技术;
⑥可结束较大面积和较深厚度的修改。

1.常用熔覆材料
现在激光熔覆常选用的材料首要有自熔性合金材料、碳化物弥散或复合材料等。

2.激光器的选择
现在运用较多且效果较志向的是CO2激光器,这种激光器功率大,能量分布均匀,特别适用于大面积熔覆。

3.激光熔覆的工艺流程
激光熔覆按熔覆材料的供给方法大致可分为两大类,即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。预置式激光熔覆是将熔覆材料预先置于基材表面的熔覆部位,然后选用激光束辐照扫描熔化;同步式激光熔覆则是将熔覆材料置于直接送入激光束中,使供料和熔覆同步结束,熔覆材料以粉、丝、板的方法参与,其间以粉末的方法最为常用且相对技术老到。

(1)预置式激光熔覆的首要工艺流程:基材熔覆部位预处理→预置→熔覆处理→预热→激光熔化→后热处理。

(2)同步式激光熔覆首要工艺流程:基材熔覆部位预处理→送料→激光熔化→后热处理。

4.运用
大众桑塔纳轿车行李箱横梁拉深凹模表面激光修改。修改部位:模具两端圆弧角;基体材料:球墨铸铁;修改后的功用要求:耐磨,硬度50~55HRC;修改厚度3mm左右。以5CrMnMo钢模具的激光修改为例。

(1)激光修改系统
激光修改技术是集高功率激光、核算机、数控机床、CAD/CAM、先进材料、数控技术等多科学的运用技术。激光修改善程如图2所示。


其一,同轴送粉设备。送粉设备由送粉器和同轴送粉嘴组成。在送粉器的粉斗下部,由于平衡气压的效果构成气固两相流化,并从导管开孔,随载气运送粉末。送粉量由运送气体的压力调度,拓宽了送粉规划,结束从5g/min~150g/min均匀连续可调送粉,送粉精度高达±5%。

其二,模具修改善程的控制。选用红外测温技术来检测激光加工区域的温度场,结合温度场标定成果推导出实践的温度场信息,来控制激光器功率输出值以及CNC机床的运动速度,以坚持熔池温度安稳,防止模具由于过热或温度不均发作裂纹、气孔等缺陷。选用比色测温仪进行测温,其光路系统选用单台相机,切换不同滤色片的单通道图像记载方法。滤光片及其控制保证两个滤光片替换置于数字相机图像记载光路中,移动呼应时间<10ms,由核算机控制的高精度步进电机结束准判定位。

(2)激光修改模具工艺参数
激光修改工艺参数首要有激光功率P、扫描速度Vs、送粉量Vf、熔池温度等。激光修改善程中,需求控制熔化材料的熔点(取基体、粉末材料两者特别高熔点)Tm+(50~100)℃。参阅温度场核算,理论上P取值为1~2kW、Vs为2~4mm/s可满足要求。至于熔覆层表面不平度,可通过调度送粉量结束其最小化。

(3)激光修改设备

选用横流连续波5kW—CO2激光器,光速方式为多模,光斑直径为4mm,基体材料(模具)为5CrMnMo钢。由于Ni合金粉流动性好,与基体相结合后表面光亮,价格适中,故选用了Ni60镍基合金粉末材料,其化学成分如附表所示。选定激光功率P为1.5kW,Vs=3.2mm/s,Vf=310mg/s。


(4)工艺
在激光修改模具进程中,在工艺参数P=1.5kW、Vs=3.2mm/s、Vf=310mg/s,熔覆层厚度1~2mm,可以得到较志向的表面质量。为防止模具表面出现裂纹,可以对模具进行200℃×2h的预热处理。在修改善程中可以运用氩气侧吹保护激光熔覆部位。实践用于模具修改需求凭仗激光修改系统的控制部位,不断调度送粉量Vf,打败熔覆层表面的凸凹不平。
(5)查验成果
经查验激光熔覆层组织,在适当宽的规划内可获得组织均匀、纤细细密和功用优异的修改层。通过优化工艺参数、基体预热的方法可以前进模具修改质量。


上海广倍机电科技有限公司
      
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