浅析表面技术在模具修复中的应用

万磊

【摘 要】模具正向着多种类、大型化、高性能、高精度的方向发展，加工成本也在不断上涨，采用适当的方法延长模具的使用寿命、降低成本、节约资源，已经是摆在模具业面前的一个重要问题。本文综合介绍了目前用于模具修复的几种表面技术及其特点和应用。指出应用表面技术修复失效的模具，可显著延长其使用寿命，且不同的失效形式需选用相应的修复方法，才能使修复后的模具性能达到最佳。

【关键词】模具;修复;失效;表面处理;使用寿命

运用表面技术对模具进行修复是延长模具寿命的一种新型的有效方法，它是指运用各种表面技术，对因表面失效而至报废的模具进行修复，使之“起死回生”，重新投入使用的技术，也叫模具再制造技术。修复后的模具，性能达到并超过了新制模具的技术指标，同时还对模具起到了强化作用，大大延长了模具的使用寿命。模具的表面修复技术是随着模具向大型化、精密化、长寿命的发展趋势而发展的，是表面技术新的应用领域。目前在模具修复中常用的表面技术有：堆焊修复技术、热喷涂和热喷焊修复技术、电刷镀修复技术、激光熔覆修复技术和电火花修复技术。

1模具的堆焊修复技术

最早用于模具修复的表面技术是堆焊技术，它是指用焊接方法在模具受损区域堆覆一层或数层具有一定性能材料的工艺过程，目的是使修复模具达到使用要求，并在修复区域获得具有耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔覆层。堆焊多是以延长设备或零件的使用寿命为目的。

1.1模具的堆焊修复技术特点

1）修复层较厚，经多层堆焊，可达到厘米级。适用于模具受损较严重或超差较大的表层，如较深的沟槽、严重磨损的刃口、崩刃、大的裂纹、塌陷、冲头的断裂等失效部位。

2）失效部位可重复修复，如运用双金属堆焊技术对锻造用切边模可重复修复达30多次。

3）设备简便，自动化程度较高，可现场修复。

4）焊前需对基体的修复部位开槽或打坡口，不适宜对薄而精密的模具进行修复。5）堆焊高硬度合金时，为减少应力，防止开裂，须采用打底焊法。

6）稀释率较高，热影响区大，焊后易产生翻泡、气孔、夹渣、未焊透、疏松、裂纹、硬度不均、焊道成形不良等缺陷，易引起模具基体变形。

1.2堆焊技术在模具修复中的应用

随着堆焊技术的发展，可修复的模具的范围不断扩大，从最初的因崩刃、切裂而失效的冲裁模、切边模到因塌陷、堆塌、龟裂的热锻模、压铸模，因圆角、钝边、划痕、凹坑、气孔、沙眼、磨损等原因失效的模具也可修复，特别是激光堆焊技术，对难以解决的深孔修复具有优良的效果。

2模具的激光熔覆修复技术

模具激光熔覆修复技术是指以不同的填料方式在经过预处理的模具失效区域放置所选择的材料，经激光辐照后使之以极快的速度和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低、与基体呈冶金结合的表面涂层。根据熔覆的金属材料，可使修复后的模具具有比原来模具更优异的表面硬度、耐磨性、红硬性、抗冷热疲劳等性能。模具激光熔覆修复工艺的特点及其应用如下。

1）加热和冷却速度快（104℃/s—106℃/s），畸变较小，涂层稀释率低（一般为2%～8%），热影响区小，可选区熔覆，层深和层宽可通过调整激光熔覆工艺参数进行精密控制，且后续加工量小。

2）可准确定位光束，對难以接近的区域进行修复，如孔腔、窄缝、盲孔、小的台面等部位。

3）可在模具的特殊要求区域得到具有特殊性能的修复层，不但修复了模具表面，同时对模具表面进行了强化。

4）修复层与基体结合强度高，获得的修复层组织均匀、结构致密、无开裂、无气孔、无夹杂、性能优良、外观平整、使用时无脱落，特别适合小型、复杂、长、薄、精密模具的修复。

3热喷焊模具修复技术

热喷焊方法是采用氧一乙炔火焰作为热源，通过喷枪将合金粉末加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向预热后的模具表面，形成喷焊层，再将喷焊层加热重熔，如此反复直至喷焊层达到预定的厚度。

3.1热喷焊模具修复技术的特点

1）喷焊合金为粉末状，不受形状和导电问题的限制，沉积率高。

2）每小时最多可以喷涂10kg，在修复工艺中仅次于电弧修复;可喷焊薄层，也可喷焊厚层。

3）喷焊层的硬度较堆焊层高，可达到HRC65;稀释率较低，表面精度较高，any：余量小，不易出现气孔、夹渣、咬边、棱角塌陷等缺陷。

4）对模具的可焊性无要求，可热喷焊修复铸铁模具。

5）设备简单，操作方便，工艺灵活，可对模具进行现场修复，且修复速度快，投资小，运行费用低。6）热影响较大，对薄壁或尺寸较小的模具存在热变形现象。因此，要求修复的模具为比较大型的模具，待修复表面或型腔形状简单;喷焊的表面积不受限制，修复层厚度小于堆焊修复层。

7）对小孔、深孔的修复存在一定困难。

8）热喷焊前一般需要根据修复的区域大小和模具材料，对模具进行适当的预热处理、预喷处理，焊后选择合适的冷却工艺。否则，易出现喷焊层剥落、开裂和聚缩等缺陷。

3.2模具修复技术的应用

目前热喷焊技术对损伤深度在3mm以内因磨损、拉伤、裂纹、龟裂、粘接瘤引起的失效模具的修复效果显著。

4模具电刷镀修复工艺

电刷镀工艺是电镀的一种特殊方法，它是依靠1个与阳极接触的垫或刷提供电镀需要的电解液。电镀时，垫或刷在被镀的阴极上移动。电刷镀方法在修复方面的发展很快，E1前在工程车辆、航空、机械、电子、建筑、船舶、石油等各行各业得到了广泛的应用，在模具修复领域的应用近年来也发展得很快。

4.1电刷镀工艺的特点

1）镀层性能好，结合优于热喷涂，可满足受静载荷的模具的修复要求，如因磨损、拉伤等浅层失效的拉延模、挤压模、压铸模，修复后无孔隙，不剥落。不宜用于承受动载的模具的修复。

2）镀液种类多，无毒，不污染环境，可回收利用，能适用不同性能的要求。

4）表面精度高，不产生气孔、夹渣等缺陷，对尺寸的控制能力优于其他模具修复工艺，部分情况下可免除镀后加工。

5）设备小型，轻便灵活，便于移动，成本低，投资小，能源消耗小（电压在—30V，最高50V），工艺简单，可对工件进行现场不拆卸修复。

6）电刷镀技术对于小面积、局部区域的失效和深度在1mm以下的凹坑，具有优异的修复效果。但是对于连续镀层、面积较大的损伤和深孔的修复效果不好。

7）电刷镀修复自动化程度不高，劳动强度大，不适宜批量修复。

4.2电刷镀模具修复技术的应用

电刷镀模具修复技术可对一些大型、不易搬动的模具进行现场不拆卸修复，大大缩短修复周期，修复费用一般只占工件成本的0.5%～2%，而且修复后表面的耐磨性、硬度、表面粗糙度等不但能达到原来的性能指标，且能起到表面强化的作用。将电刷镀技术应用于模具，可使汽车零件（如曲轴、连杆、齿轮等）的热锻模寿命提高20%一100%。电刷镀也可大幅度提高冷作模具的寿命。采用非晶态电刷镀层，可使各种冷热模具的使用寿命进一步提高50%一200%。

5结语

运用表面技术对模具进行修复是延长模具寿命的一种重要手段，随着表面技术的发展，可用于修复的模具的范围也越来越广。随着模具使用范围的扩大，使用性能要求的提高，不论从节约资源、降低成本，还是从带来的附加社会效益来看，运用模具修复技术对加工超差和失效的模具进行修复都是模具制造业中不可缺少的一部分。随着我国对建设节约型社会政策的推进，模具表面修复技术必将得到更快地发展。

参考文献：

[1] 王昌，于同敏，周锦进.表面工程技术在模具制造中的应用及展望[J].模具制造，2019（05）：46-49.

[2] 黄拿灿，王桂棠，胡社军，等.等离子体表面改性技术及其在模具中的应用[J].金属热处理，2018（07）：25-28.

（作者单位：保定市保胜车架有限公司）