曲軸模具的堆焊修復工藝分析

龐全保

【摘?要】隨著經濟市場化，各個企業為了追求利潤最大的目標，積極地致力于生產成本的降低。制造行業的激烈競爭，也要求產品毛坯鍛件價格降低。在鍛件生產成本中，模具費用作為可變成本，占生產成本的 10%～12%，占據了較多的資金。本文針對某曲軸廠曲軸模具型腔磨損嚴重，飛邊橋部存在裂紋，曲軸鍛造精度無法保證的問題，對曲軸模具進行了堆焊修復，在確定堆焊材料的基礎上，制定了堆焊修復工藝。生產實踐證明，堆焊修復后的曲軸模具初次使用壽命達3200件，提高了該廠原曲軸模具的使用壽命。

【關鍵詞】曲軸;模具修復;堆焊工藝

曲軸是汽車發動機的主要零部件，擔負著將活塞的上下往復直線運動轉變為曲軸的旋轉運動口。汽車行業的快速發展，使曲軸具有廣闊的市場空間，如何降低曲軸的生產成本，成為各個曲軸制造商的熱點話題。在曲軸鍛件的生產中，模具費用占其成本的10%～12%，并且國內的曲軸模具使用壽命較短，為1500～2500件，僅是國外的1/3t。如何采用堆焊技術修復超差的曲軸模具，從而降低企業模具成本，縮短模具生產周期，提高模具使用壽命，是近年來研究的熱點問題。

堆焊技術是一種將材料表面改性的，既經濟又高效的藝技術，廣泛地應用于模具的制造、修復。針對國內模具制造周期長、使用周期短的缺點，采用堆焊技術能夠降低模具制造和生產成本，提高模具使用壽命。目前，關于模具修復技術的應用多數是針對小型鍛模和切邊模的修復。大型熱作模具具有工作條件惡劣和受力復雜的特點，限制了堆焊技術在大型熱作模具修復與制造中的推廣應用。為實現堆焊技術在大型曲軸模具修復中的應用，研究了曲軸模具的堆焊修復技術，通過選擇合適的堆焊材料和修復工藝，對大型曲軸模具進行了修復，并驗證了堆焊修復技術的有效性。

1熱鍛模具失效方式

熱鍛模具在生產使用中，由于各部位受到的應力、溫度、磨損等不同的條件，從而使模具型腔各部位的失效形式不同，在鍛件生產中，熱鍛模具的失效方式主要表現為：

磨損：金屬材料在型槽表面劇烈流動產生的強磨擦使型槽表面呈現粗糙不平的溝痕，導致零件局部尺寸達不到要求而報廢，這是模具正常失效的主要方式。

熱裂：這類裂紋往往比較淺，也稱龜裂，屬于正常失效方式。

變形（堆塌）：往往發生在金屬流動劇烈、又相對薄弱的位置，一般是由零件結構決定的，也與模具冷卻不合理，局部溫度過高造成，屬于正常失效方式。

斷裂：這類失效往往與加工刀痕、材料內部缺陷、熱處理缺陷、以及小圓角半徑、模具預熱等有關，發生在使用早期，屬于非正常的失效方式。鍛模的熱裂、變形、磨損都可以通過打磨、堆焊及下落翻新等方式進行修復，延長模具的使用壽命。

2曲軸熱鍛模具失效分析

大型曲軸熱鍛模具磨損可以分為四個階段：

第一階段，生產鍛件3000件以內，模具磨損形式主要是分模面與型腔連接的圓角磨損，并出現輕微龜裂;

第二階段，生產鍛件3000件至5500件，模具磨損形式是不僅模具分模面、型腔連接的圓角加劇磨損，而且模具型腔突出部位龜裂，模具型腔突出部位主要位置為平衡塊劈料臺;

第三階段，生產鍛件5500件至8000件，模具磨損形式是在前兩階段基礎上型腔開始龜裂，龜裂深度一般在2mm以內，同時局部裂紋開始逐步擴展，裂紋深度在2mm-5mm長度在20mm-30mm之間，主要位置為平衡塊辟料臺、主軸徑和連桿徑，模具型腔局部突出部位出現變形（堆塌）;

第四階段，生產鍛件8500件以后，模具磨損和龜裂開始快速擴展延伸，使產品質量無法保證客戶需求，主要表現為鍛件尺寸超差，平衡塊尖點充不滿和機加后曲軸動平衡波動大，模具不能繼續使用。

3曲軸模具的堆焊修復工藝

3.1堆焊材料的選擇

要保證堆焊金屬發揮最佳工作性能，降低曲軸模具修復成本，首先要選擇合適的堆焊材料。選擇堆焊材料，要遵循以下原則：

（1）滿足曲軸模具的工作條件。根據曲軸模具的工作條件來判斷損傷類型，選取最適合抵抗該損傷類型的堆焊合金。

（2）滿足經濟性要求。在滿足曲軸模具工作條件的同時，考慮選取最便宜、堆焊工藝簡便、加工費用較低的堆焊材料。最好選用單位使用壽命成本低的堆焊合金。

（3）具有良好的焊接性。選取的堆焊材料易于堆焊，與基體結合良好。當母材碳含量較高時，可以采取預熱、緩冷、焊后熱處理等工藝，避免曲軸模具堆焊修復過程中產生裂紋等缺陷。

3.1.1選擇過渡層材料

曲軸模具的材料為45Cr2NiMoVSi鋼，含碳量0.45%，碳當量較高，故其焊接性較差，堆焊過程中極易產生裂紋，為克服這一缺點，在曲軸模具堆焊修復過程中要堆焊過渡層金屬。RMD535型堆焊材料具有韌性好、強度高的特點，適用于各類嚴重開裂模具修復的打底層堆焊及大截面鍛模根部的堆焊修復。堆焊金屬的硬度適中，抗拉強度與沖擊韌性較高，較經濟，故適于作為該曲軸模具的過渡層。

3.1.2選擇工作層材料

曲軸模具在工作中要求具有較高抗裂性和耐磨損性，修復后采用CNC機床進行模腔加工，要求堆焊合金具有合適的硬度、良好的抗裂性、粘著磨損性能、回火穩定性、較高抗拉強度及沖擊韌性。據研究，RMD248材料具有上述性能，使堆焊金屬具有耐磨性、抗疲勞及抗變形能力，綜合力學性能極佳，同時RMD～8堆焊材料的成本合適，故適于曲軸模具的堆焊修復。

3.2堆焊修復工藝

要保證修復的曲軸模具零件具有良好的工作性能，必須制定合理的堆焊修復工藝。曲軸模具的堆焊修復工藝主要包括堆焊前的準備、堆焊表面預處理、堆焊合金層和焊后熱處理等。堆焊修復工藝如下：

（1）堆焊前的準備。堆焊前的準備主要有工藝制定，材料、工具和設備的準備，如MillerDimen.sion812型多功能焊機，堆焊過渡層材料RMD535，工作層材料RMD～8。堆焊層高度應高于飛邊橋部2～5mm。

（2）堆焊表面預處理。堆焊表面的預處理主要包括以下幾個環節：①基體表面的清理，首先進行堆焊表面的清洗、脫脂處理，可采用丙酮進行清洗;②基體表面的疲勞層處理，為提高堆焊質量，采用數控加工的方法除去表面疲勞層，根據曲軸模具的磨損情況，去除8～10mm的疲勞層;③堆焊前的預熱，曲軸模具材料的含碳量較高，在堆焊修復過程中易產生裂紋，模具在堆焊前應進行預熱處理。采用箱式電阻爐對曲軸模具預熱。當曲軸模具升溫至450℃時，保溫10h左右。

（3）堆焊合金層。①堆焊過渡層：對預處理后的曲軸模具應立即采用熔化極氣體保護焊進行堆焊過渡層，應從模腔最深處逐層堆焊，過渡層材料RMD535，焊機電流400A，電壓30v，保護極氣體比例Ar：0為4：1;②堆焊工作層：更換焊絲，采用RMD248焊絲進行堆焊，焊機電流500A，電壓36V，保護極氣體比例Ar：0為4：1。

（4）焊后熱處理。為消除焊接部位的殘留應力，改善焊接接頭的韌性和塑性，減少裂紋的產生，焊后要先進行緩冷，再進行600℃高溫回火處理。

（5）堆焊后的機加工。堆焊后曲軸模具型腔采用數控機床進行加工，加工至設計尺寸。

4結束語

針對曲軸模具的工作條件和材料的特性，選擇了堆焊材料，其中堆焊過渡層材料選用RMD535，工作層材料選用RMD248。為保證修復的曲軸模具型腔具有良好的工作性能，制定了正確合理的堆焊修復工藝。工藝過程為：堆焊前的準備→堆焊表面預處理→堆焊合金層→焊后熱處理→堆焊后的機加工。實踐證明，采用堆焊修復工藝修復曲軸模具，較大地提高了模具型腔硬度，模具初次使用壽命達3200件，提高了模具使用壽命，降低了企業生產成本。

參考文獻：

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