四缸曲軸模具堆焊翻新后壽命提升的研究應(yīng)用

文／楊孝享，丁旭輝，宋巖，王永健·第一拖拉機(jī)股份有限公司

曲軸鍛造模具型腔較為復(fù)雜，特別是平衡塊不規(guī)整有凸起的模具，金屬充滿型腔的能力越差，容易出現(xiàn)曲柄圓角充不滿等產(chǎn)品缺陷，錘鍛模為安全起見硬度不敢太高，太高模具容易打裂，模具硬度太低又極易造成平衡塊歪斜，給正常的生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重影響，本文將從模具堆焊翻新方面進(jìn)行研究，提高模具壽命，降低鍛打過程中修磨和模具打裂的風(fēng)險(xiǎn)。

我廠生產(chǎn)用的一種四缸曲軸鍛模(圖1，受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響，鍛模壽命一直較低。模具的平衡塊不平滑，有一個(gè)較大的拐角，坯料沿箭頭方向的流動(dòng)受到阻礙，坯料充滿型腔的能力較低，特別是在平衡塊根部圓角位置極易出現(xiàn)充不滿的現(xiàn)象，如圖2所示。第一連桿頸開檔和第二連桿頸開檔之間成“（）”狀，如圖3所示，鍛打過程中坯料沿軸線方向流動(dòng)，弧狀凸起的方向會有非常大的沖擊力，極易造成開檔位置歪斜（圖4）。

為了提高材料利用率，提升金屬充滿型腔的能力，在模具上增加了5個(gè)阻力臺，阻力臺阻擋多余金屬向毛邊倉位置流動(dòng)，多余金屬被迫沿軸向流動(dòng)，從而又增加了將開檔脹壞的風(fēng)險(xiǎn)。多批次生產(chǎn)中都出現(xiàn)過四個(gè)開檔位置打塌，輕則多次修磨，重則打歪卡模，被迫更換模具，模具翻新成本遠(yuǎn)高于產(chǎn)品銷售利潤。

錘鍛模工作過程中要受到連續(xù)的巨大的沖擊力，這就需要模具內(nèi)部有較高的韌性，表面有較高的強(qiáng)度和耐磨性，為提高模具壽命我們選擇某品牌CN637R、CN647R進(jìn)行試驗(yàn)，此焊絲具有韌性好、紅硬性好、耐疲勞的優(yōu)點(diǎn)，與5CrNiMo鍛模材料熔合較好。5CrNiMo成分如表1所示。

試驗(yàn)流程

⑴將模具型腔氣刨干凈，打磨平滑，不得有裂紋、尖角、倒鉤出現(xiàn)。

⑵著色探傷。用著色劑噴涂打磨好的模具型腔，用顯影液顯影（圖5），對模具型腔進(jìn)行仔細(xì)檢查，如有裂紋，及時(shí)清除。

⑶用三維掃描儀對探傷完畢的模具進(jìn)行掃描，生成三維模型，對比模具三維造型，生成焊接路徑程序，手工進(jìn)行更改優(yōu)化。

⑷將模具入電爐預(yù)熱，預(yù)熱溫度450℃，達(dá)到溫度后保溫，保溫時(shí)間根據(jù)模具厚度30mm/h計(jì)算，此次試驗(yàn)?zāi)＞吆穸葹?50mm，保溫15h。

⑸模具堆焊開始時(shí)用保溫棉將模具四周包裹好，調(diào)整好自動(dòng)焊接設(shè)備，編制好堆焊路徑程序，在型腔底部1/3的位置使用某品牌637R焊絲打底、上面2/3的位置某品牌647R蓋面，焊接過程中電流電壓分別控制在600A、34V左右，送絲速度4（ipm×100），逐層堆焊，每焊接完一層，停機(jī)，用風(fēng)鎬敲擊，清除焊渣，仔細(xì)檢查焊接質(zhì)量，如有缺陷，刨掉重新堆焊，焊接過程中要時(shí)刻關(guān)注模具溫度變化，模具溫度低于350℃要停止堆焊重新入爐加熱，焊接完成后檢查焊接尺寸，保障有足夠的加工余量。

⑹回火。模具焊接完成后立即進(jìn)行保溫，保溫溫度450℃，保溫時(shí)間6h，緩冷至室溫后進(jìn)行第一次回火。

第一次回火，回火溫度為580℃，保溫時(shí)間按模具厚度每25mm/h計(jì)算，此次試驗(yàn)?zāi)＞吆?50mm，保溫18h。隨后進(jìn)行緩冷，緩冷到150℃左右進(jìn)行二次回火。

第二次回火溫度時(shí)間同一次回火，回火完后緩冷，隨爐緩冷到200℃以下打開爐門冷卻，100℃以下出爐冷卻直至室溫。

表1 5CrNiMo材料成分表（%）

然后進(jìn)行打硬度，在模具工作部位選一個(gè)平面，用砂輪機(jī)打磨光滑，用錘擊式硬度檢測裝置檢測模具硬度(圖6)，本套試驗(yàn)?zāi)＞呋鼗鸷笊夏Ｓ捕葹?.06～3.09dB，下模硬度為3.09～3.11dB，符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

⑺模具加工。加工時(shí)先進(jìn)行粗銑，刀具選用φ25mm、φ16mm圓鼻刀，隨后進(jìn)行半精加工，刀具選用5度R5mm白鋼刀，最后進(jìn)行精加工，刀具選用合金球頭銑刀。精銑完后進(jìn)行拋光打磨，保證模具型腔光滑，無倒鉤。加工后的模具如圖7所示。

⑻生產(chǎn)驗(yàn)證。對加工完的四缸曲軸進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)。累計(jì)鍛打1400件，模具型腔歪斜較輕(圖8)，局部有輕微裂紋（圖9）。氣刨后發(fā)現(xiàn)連桿頸裂紋深度小于2mm，對整個(gè)模具壽命影響較小，再次翻新時(shí)可將裂紋去除干凈。

結(jié)論

以往此套模具鍛打200件就會出現(xiàn)主軸頸軸肩打塌，平衡塊開檔打歪，平均一個(gè)班需要磨修2～3次，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，最終也只能鍛打500～800件，通過此次焊接材料的更換，模具壽命提升明顯，本批共生產(chǎn)1400件，達(dá)到歷史最好水平，由此可見選擇適合模具基體和生產(chǎn)實(shí)際的焊材對提高模具壽命有非常大的作用，焊材的選用必須和模具鋼本身有較好的熔合性，回火過程中組織的轉(zhuǎn)變必須和基體保持一致，此項(xiàng)試驗(yàn)的成功對其他曲軸類鍛模壽命提升有一定的參考意義。