电机冲压模具的焊补修复研究

王正

【摘 要】工业化生产过程中，模具的使用质量与修复水平，是保证生产持续性与稳定性的重要条件，必须在不断优化的过程中，提高技术手段。电机冲压模具经过一段时间使用后会出现遢边、裂纹和崩裂等问题。通过采用适当的焊接材料及焊接工艺，可有效地对冲压模具进行了焊补修复。采用这种方法修复模具，要先对模具损坏性质进行分析，选择合适的底焊和堆焊材料，并采用恰当的工艺方法，可达到省工时、省材料、延长模具寿命的效果。

【关键词】电机冲压模具;焊接材料;焊接工艺;修复模具

电机冷冲压模具一般采用高碳、高合金钢材制作，例如TIOA钢，这种钢被广泛用来制造冷冲模具。这种钢的硬度在经热处理后可提高到HRC58～62以上。电机冷冲压模具在使用过程中由于机械的因素或不正确的操作，如突然过载、过分的应力集中、不适当的间隙和定位不准等而导致遢边、裂纹和崩裂等问题。常规修复一般用磨削加工将缺陷去掉，这种修复方法既费工料又会缩短模具的寿命，直至导致模具的报废。通过分析，我们采用特种焊条运用合理工艺补焊冷冲模具上的缺陷，取得了一些较好的实践经验。

1电机冷冲压模具损坏原因的分析

电机冷冲压模具大部分是用含碳量在1%以上的合金钢制作，马氏体是主要金相组织，因此模具在热处理后有很大的内应力，加上突然过载、工作条件较为恶劣等原因，很容易在应力集中处产生遢边、裂纹等缺陷。

在补焊时应先对缺陷所处的部位、应力状况和拘柬隋况等进行全面分析，以便采取相应的合适措施。在对电机冷冲模进行补焊时，所填充的金属应具备以下三种性能要求：（1）机械性能应与母材基本一致，尤其冲击韧性和硬度指标要与母材相近;（2）与母材的互熔性要好，能十分牢固进行结合，避免有裂纹与其他缺陷产生;（3）能消除或减缓补焊冷却所产生的内应力。在补焊金属与母材的结合处很容易产生极大的内应力，这种内应力极易导致冷裂纹产生，一旦产生冷裂纹，补焊修复就应立刻停止。

2焊接工艺试验

2.1试验的模具

我们修复的一种单槽冲模具单槽冲模具表面上有一处裂纹，如果继续使用会使裂纹向宽、深方向发展而使模具报废。

2.2试验模具的修复工艺

2.2.1修复前模具准备工作

我们先具体分析裂纹深度，然后用角磨机在裂纹处打磨沟槽。一般沟槽尺寸要求打磨后裂纹应消失，本试验中打磨沟槽深20mm，宽10mm。

电机冷冲压模具裂纹一般在模具的拐角处容易产生，主要原因是在这个部位应力较为集中，因此补焊时所填充金属与母材金属的结合强度要与原材质相近。由于试验中的单槽冲模具裂纹处于拐角，拘束度不大，因此很容易随内应力一起消除或减缓，故对拘束情况不作考虑。

2.2.2底焊焊条种类的选择

在沟槽较宽、较深的情况下，所需要的填充金属较多，如果都采用高硬度焊条进行补焊，由于与母材收缩率不一致，模具将再次产生裂纹。本试验中模具裂纹处不在刃口处，根据单槽冲模具的特点既要求表面有足够的硬度，又要求模具的内部要有较好的韧性，避免较大的内应力和裂纹产生。

因单槽冲模具内部不需要有高硬度，却要求有较好的韧性，因此在补焊处我们先采用A407焊条打底焊，将沟槽大部分填满。A407焊条为奥氏体不锈钢焊条，具有很好的塑性，其与母材也有很好的互熔性，这就保证了焊缝与母材有极好的结合力。又因为奥氏体有良好的塑性，在焊缝冷却收缩中通过塑性变形而缓解了产生的内应力。

2.2.3补焊前准备

为减小焊接应力和避免裂纹产生，将模具进行预热处理，但要控制好预热温度。如果预热温度过高，就会使单槽冲模具表面硬度降低。单槽冲模具焊前预热温度一般控制在150℃～200℃范围内，并且在焊接时要采用断续焊接的工艺方法，以保证焊层间温度也不超过200oC。

2.2.4修复工艺

选用直径为Φ3.2mm的A407焊条，为避免产生缺陷，在补焊前先对A407焊条进行250～C烘干处理，保温lh。焊补修复可分为两步：（1）先用A407焊条打底焊，其主要目的是填充沟槽。

（2）用直径Φ3.2ram的D322焊条进行堆焊硬焊，要求在刃口处和模具的表面处还应留出足够的空隙。进行堆焊硬焊主要因为底焊时填充金属的硬度低于模具的技术要求，不能满足模具的使用要求。

由于在D322焊条中w、Cr、Mo含量较高，焊接时焊缝中作为硬质点的碳化物极易形成，使焊缝表面硬度可达HRC58以上。虽然其焊缝结构、成份与模具母材不同，但可以满足单槽冲使用性能要求。D322焊条基体的金相组织是铁素体，与打底焊填充金属的奥氏体和母材马氏体都能进行很好的互熔，因此在焊接过程中不会产生润湿性不好的缺陷，所以D322的堆焊层与模具本体的结合力是足够的。

由于焊缝金属与母材的材质不同，施焊后其金属冷却时的收缩系数也会不相同。在单槽冲模具内部金属主要为马氏体组织，马氏体为硬脆性组织，其塑性极差，收缩率也很小，而奥氏体的收缩率却很大。为了避免二者在冷却过程中由于收缩率不同而产生冷裂纹，试验中采用小电流、慢速焊的工艺方法，并在焊接过程中间断进行，以避免母材过热，同时焊后要敲击焊缝，以使焊缝中的金属变形，主要目的是消除收缩应力。用D322焊条进行表面堆焊时也要采用这种工艺方法。

实践表明若严格采用上述办法进行焊补，焊后单槽冲模具是可以达到质量要求的，但如果由于操作不慎而导致改变了焊接方法，就会出现焊接缺陷，不得不将缺陷处打磨掉重新施焊。

在单槽冲模具焊补后，冷速不宜太快，应进行随炉由℃缓慢冷却，主要目的是消除内应力。还可以采用机械方法消除，即采用喷丸或用锤敲击，使焊补金属达到延性状态，但不能过度敲击，否则也会引起金属破坏。

2.3修复使用后的模具金相组织观察和硬度分析

该模具焊后经厂家使用，可以达到预期目的。待模具达到设计寿命报废后我们将焊补处取下试块进行金相观察和硬度试验，该试样金属仍呈奥氏体组织，模具母材本体为马氏体组织，但二者边界比较模糊，说明两种组织互相渗透、结合比较好。在熔合线附近由于焊接热的影响，模具母材的马氏体组织变为中温回火组织，其马氏体量有所减少。但由于熔合层较薄，对母材本体不会有大的影响。

从硬度试验结果看，表层硬度焊缝处为HRC58，模具母材处由于长期使用的结果，已由初期的HRC62降至HRC58，而焊缝表面硬度在焊补结束时测试为HRC60。

D322焊条的堆焊层与A407焊条的填充金属间，从金相显微镜中观看时界线也不清晰，说明二者的渗透性也很好。

3结语

电机冷冲压模具因母材含碳量高而较难补焊，应对电机冷冲压模具的具体损坏情况作具体分析，考虑成熟并制定合适的工艺方可施焊，避免产生新的缺陷。当模具需补焊处填充金属较多时，应采用奥50氏体不锈钢焊条打底焊，主要目的利用奥氏体的良好塑性，减少内应力的产生和增加模具芯部的韧性。适当预热可避免产生裂纹，消除和减缓内应力。对模具、特别是热处理后的冷冲模预热温度不宜过高，预热温度稍高就会使模具表面机械性能有所改变，特别是表面硬度将会降低很多。总之模具经过焊补修复，在裂纹缺陷处加工型槽，适当地选择焊接材料，并对其焊接性进行分析，采取减小应力的工艺方法，可使模具多次使用，降低生产制造成本，具有较为显着的经济效益。

参考文献：

[1] 刘伯玉，李士中.铝冲压模具的焊接修复工艺研究 [J].铸造技术，2016（8）：1713-1716，共4页.

[2] 王瑶.铝冲压模具的焊接修复工艺[J].化工设计通讯，2019，45（01）：119+143.

（作者單位：保定市保胜车架有限公司）