淺析表面技術在模具修復中的應用

萬磊

【摘?要】模具正向著多種類、大型化、高性能、高精度的方向發展，加工成本也在不斷上漲，采用適當的方法延長模具的使用壽命、降低成本、節約資源，已經是擺在模具業面前的一個重要問題。本文綜合介紹了目前用于模具修復的幾種表面技術及其特點和應用。指出應用表面技術修復失效的模具，可顯著延長其使用壽命，且不同的失效形式需選用相應的修復方法，才能使修復后的模具性能達到最佳。

【關鍵詞】模具;修復;失效;表面處理;使用壽命

運用表面技術對模具進行修復是延長模具壽命的一種新型的有效方法，它是指運用各種表面技術，對因表面失效而至報廢的模具進行修復，使之“起死回生”，重新投入使用的技術，也叫模具再制造技術。修復后的模具，性能達到并超過了新制模具的技術指標，同時還對模具起到了強化作用，大大延長了模具的使用壽命。模具的表面修復技術是隨著模具向大型化、精密化、長壽命的發展趨勢而發展的，是表面技術新的應用領域。目前在模具修復中常用的表面技術有：堆焊修復技術、熱噴涂和熱噴焊修復技術、電刷鍍修復技術、激光熔覆修復技術和電火花修復技術。

1模具的堆焊修復技術

最早用于模具修復的表面技術是堆焊技術，它是指用焊接方法在模具受損區域堆覆一層或數層具有一定性能材料的工藝過程，目的是使修復模具達到使用要求，并在修復區域獲得具有耐磨、耐熱、耐蝕等特殊性能的熔覆層。堆焊多是以延長設備或零件的使用壽命為目的。

1.1模具的堆焊修復技術特點

1）修復層較厚，經多層堆焊，可達到厘米級。適用于模具受損較嚴重或超差較大的表層，如較深的溝槽、嚴重磨損的刃口、崩刃、大的裂紋、塌陷、沖頭的斷裂等失效部位。

2）失效部位可重復修復，如運用雙金屬堆焊技術對鍛造用切邊模可重復修復達30多次。

3）設備簡便，自動化程度較高，可現場修復。

4）焊前需對基體的修復部位開槽或打坡口，不適宜對薄而精密的模具進行修復。5）堆焊高硬度合金時，為減少應力，防止開裂，須采用打底焊法。

6）稀釋率較高，熱影響區大，焊后易產生翻泡、氣孔、夾渣、未焊透、疏松、裂紋、硬度不均、焊道成形不良等缺陷，易引起模具基體變形。

1.2堆焊技術在模具修復中的應用

隨著堆焊技術的發展，可修復的模具的范圍不斷擴大，從最初的因崩刃、切裂而失效的沖裁模、切邊模到因塌陷、堆塌、龜裂的熱鍛模、壓鑄模，因圓角、鈍邊、劃痕、凹坑、氣孔、沙眼、磨損等原因失效的模具也可修復，特別是激光堆焊技術，對難以解決的深孔修復具有優良的效果。

2模具的激光熔覆修復技術

模具激光熔覆修復技術是指以不同的填料方式在經過預處理的模具失效區域放置所選擇的材料，經激光輻照后使之以極快的速度和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低、與基體呈冶金結合的表面涂層。根據熔覆的金屬材料，可使修復后的模具具有比原來模具更優異的表面硬度、耐磨性、紅硬性、抗冷熱疲勞等性能。模具激光熔覆修復工藝的特點及其應用如下。

1）加熱和冷卻速度快（104℃/s—106℃/s），畸變較小，涂層稀釋率低（一般為2%～8%），熱影響區小，可選區熔覆，層深和層寬可通過調整激光熔覆工藝參數進行精密控制，且后續加工量小。

2）可準確定位光束，對難以接近的區域進行修復，如孔腔、窄縫、盲孔、小的臺面等部位。

3）可在模具的特殊要求區域得到具有特殊性能的修復層，不但修復了模具表面，同時對模具表面進行了強化。

4）修復層與基體結合強度高，獲得的修復層組織均勻、結構致密、無開裂、無氣孔、無夾雜、性能優良、外觀平整、使用時無脫落，特別適合小型、復雜、長、薄、精密模具的修復。

3熱噴焊模具修復技術

熱噴焊方法是采用氧一乙炔火焰作為熱源，通過噴槍將合金粉末加熱到熔融或半熔融狀態，并以高速噴向預熱后的模具表面，形成噴焊層，再將噴焊層加熱重熔，如此反復直至噴焊層達到預定的厚度。

3.1熱噴焊模具修復技術的特點

1）噴焊合金為粉末狀，不受形狀和導電問題的限制，沉積率高。

2）每小時最多可以噴涂10kg，在修復工藝中僅次于電弧修復;可噴焊薄層，也可噴焊厚層。

3）噴焊層的硬度較堆焊層高，可達到HRC65;稀釋率較低，表面精度較高，any：余量小，不易出現氣孔、夾渣、咬邊、棱角塌陷等缺陷。

4）對模具的可焊性無要求，可熱噴焊修復鑄鐵模具。

5）設備簡單，操作方便，工藝靈活，可對模具進行現場修復，且修復速度快，投資小，運行費用低。6）熱影響較大，對薄壁或尺寸較小的模具存在熱變形現象。因此，要求修復的模具為比較大型的模具，待修復表面或型腔形狀簡單;噴焊的表面積不受限制，修復層厚度小于堆焊修復層。

7）對小孔、深孔的修復存在一定困難。

8）熱噴焊前一般需要根據修復的區域大小和模具材料，對模具進行適當的預熱處理、預噴處理，焊后選擇合適的冷卻工藝。否則，易出現噴焊層剝落、開裂和聚縮等缺陷。

3.2模具修復技術的應用

目前熱噴焊技術對損傷深度在3mm以內因磨損、拉傷、裂紋、龜裂、粘接瘤引起的失效模具的修復效果顯著。

4模具電刷鍍修復工藝

電刷鍍工藝是電鍍的一種特殊方法，它是依靠1個與陽極接觸的墊或刷提供電鍍需要的電解液。電鍍時，墊或刷在被鍍的陰極上移動。電刷鍍方法在修復方面的發展很快，E1前在工程車輛、航空、機械、電子、建筑、船舶、石油等各行各業得到了廣泛的應用，在模具修復領域的應用近年來也發展得很快。

4.1電刷鍍工藝的特點

1）鍍層性能好，結合優于熱噴涂，可滿足受靜載荷的模具的修復要求，如因磨損、拉傷等淺層失效的拉延模、擠壓模、壓鑄模，修復后無孔隙，不剝落。不宜用于承受動載的模具的修復。

2）鍍液種類多，無毒，不污染環境，可回收利用，能適用不同性能的要求。

4）表面精度高，不產生氣孔、夾渣等缺陷，對尺寸的控制能力優于其他模具修復工藝，部分情況下可免除鍍后加工。

5）設備小型，輕便靈活，便于移動，成本低，投資小，能源消耗小（電壓在—30V，最高50V），工藝簡單，可對工件進行現場不拆卸修復。

6）電刷鍍技術對于小面積、局部區域的失效和深度在1mm以下的凹坑，具有優異的修復效果。但是對于連續鍍層、面積較大的損傷和深孔的修復效果不好。

7）電刷鍍修復自動化程度不高，勞動強度大，不適宜批量修復。

4.2電刷鍍模具修復技術的應用

電刷鍍模具修復技術可對一些大型、不易搬動的模具進行現場不拆卸修復，大大縮短修復周期，修復費用一般只占工件成本的0.5%～2%，而且修復后表面的耐磨性、硬度、表面粗糙度等不但能達到原來的性能指標，且能起到表面強化的作用。將電刷鍍技術應用于模具，可使汽車零件（如曲軸、連桿、齒輪等）的熱鍛模壽命提高20%一100%。電刷鍍也可大幅度提高冷作模具的壽命。采用非晶態電刷鍍層，可使各種冷熱模具的使用壽命進一步提高50%一200%。

5結語

運用表面技術對模具進行修復是延長模具壽命的一種重要手段，隨著表面技術的發展，可用于修復的模具的范圍也越來越廣。隨著模具使用范圍的擴大，使用性能要求的提高，不論從節約資源、降低成本，還是從帶來的附加社會效益來看，運用模具修復技術對加工超差和失效的模具進行修復都是模具制造業中不可缺少的一部分。隨著我國對建設節約型社會政策的推進，模具表面修復技術必將得到更快地發展。

參考文獻：

[1] 王昌，于同敏，周錦進.表面工程技術在模具制造中的應用及展望[J].模具制造，2019（05）：46-49.

[2] 黃拿燦，王桂棠，胡社軍，等.等離子體表面改性技術及其在模具中的應用[J].金屬熱處理，2018（07）：25-28.

（作者單位：保定市保勝車架有限公司）