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摘要：叙述了刃口堆焊技术在汽车模具制造及修复中的优点，讲述了堆焊技术在汽车覆盖件切边模、拉深模上的应用。
关键词：堆焊技术 模具刃口 应用
中国汽车工业协会正式发布的汽车产销数据显示，从2009年开始，我国已连续三年蝉联世界汽车产销第一大国，2011年全国汽车产量1841.89万辆，销量为1850.51万辆。目前，国内汽车冲压模具行业年生产能力只有80亿～90亿元，而中国汽车市场的模具需求量已达到200多亿元。随着汽车品种、汽车规模的不断增加，许多汽车生产厂家只有加快新产品的开发力度，从而推出新产品来占领市场份额。这就使得汽车生产厂家不得不加快新产品的开发和生产，缩短制造周期，以最低的制造成本来制造和返修模具。为满足这一生产的需要，有效的解决方法之一就是采用刃口堆焊技术。其主要原因是刃口堆焊技术具有以下优点：①节省贵重模具钢，降低成本。②采用堆焊刃口，可简化模具结构，减少模具制造工序，缩短生产周期。③有利于模具的维修。冲模刃口损坏后，可通过重新堆焊制造，从而延长模具寿命时间。④热处理缺陷少。
大多数汽车制造业已广泛采用堆焊技术，如汽车覆盖件切边模、拉深模、成形模等。
1 堆焊在汽车覆盖件切边模上的应用
覆盖件的切边通常在拉深成形后进行，是覆盖件冲压加工中非常重要的一道工序，一般是不可缺少的。覆盖件的切边线多为较长的不规则轮廓，形状复杂，模具刃口冲切的部位，可能是任意的空间曲面，而且冲压件往往有不同程度的弹性变形，冲裁分离过程通常存在较大的侧向力等等。故覆盖件切边模具凸、凹模工作部分一般采用拼块结构，为了节约模具钢，刃口采用堆焊结构，如图1所示。
根据模具要求，基体材料选用42CrMo，堆焊焊条选用D322焊条(系5W8Cr5Mo2V合金)，其直径为3.2mm。堆焊时，采用倒45°坡口的形式，冲切板料的厚度小于1mm时，堆焊刃口边长t=6mm，当冲切板料的厚度为1～4mm时，t=8mm。
1．1 基体加工
如图2所示为基体加工后的状态，凸模刃口的周边要比制件的外形尺寸在单边上小1～2mm。凹模内形尺寸要比制件尺寸在单边上大1～2mm。刃口周边都必须倒坡口，其形式及尺寸按设计要求而定。
1.2 堆焊工艺及具体措施
堆焊工艺规范有参数如表1所示。
表1 堆焊工艺规范参数
■
堆焊过程中采取的具体措施如下:
①堆焊前应彻底清理待施焊部位的油、砂、污等脏物。②一般采用焊条电弧焊、直流弧焊机，为保证质量，宜采用反极性接法，焊接电流一般控制在110A。③焊接时控制速度在100mm/min、弧长约5mm左右，不宜采用多层连续焊，避免焊接过程中摆动太宽，以免产生气孔等缺陷。④不能在应力集中处收弧，收弧时弧坑必须填满，再引弧时要压过弧坑20～30mm，以防止弧坑产生裂纹。⑤每焊完一道趁红热状态用榔头锤击焊缝，锤打不宜重但要密集，以清渣和消除应力。⑥层间温度要控制在小于100℃，否则会降低堆焊层的硬度。⑦刃口堆焊的高度控制在能磨出刃口即可，不能太小而出现刃口打磨后由于没有焊满而导致的补焊现象；也不能太高，太高不仅浪费焊条和刃磨时间，而且易产生应力集中。
1.3 堆焊后的加工
为消除焊接残余应力，堆焊完成后，应立刻进行回火处理，以减少开裂。
堆焊刃口的刃磨，可采用金刚石锉刀、角向砂轮或硬质合金旋转锉等进行初步打磨。然后，借助于按工艺模型制造的样板精修凸模，当凸模达到要求后，再按要求的冲裁间隙，用凸模配修凹模。对大批量生产且具备加工条件的话，可用数控坐标磨床或数控铣刀磨，依程序控制精修凸、凹模刃口，可大大提高模具精度。
2 堆焊在汽车覆盖件拉深模刃口修复上的应用
汽车覆盖件拉伸凹模如图3所示，材料为Crl2MoV，因工作部分的承压面积较大，刃口部位发生了磨损、啃坏、崩刃及塌陷。现采用刃口堆焊技术对其进行修复。
2．1 修复前的准备
先将拉深凹模待修复部分用砂轮打磨成与刃口平面成30°～45°的斜面，斜面宽度视刃口损坏程度而定。焊前需彻底清洗模体堆焊处，使堆焊的部位无油污、铁锈、脏物及其它杂质。
2．2 堆焊工艺流程
①焊条的选择。冷冲模刃口堆焊焊条多采用等成份原则选用焊条，通常采用与冷冲模具钢合金成分不完全相同又与母材有较好相熔性的焊条。焊条应有良好的焊接性能，对本拉深凹模最终选用D322焊条。②焊条的烘干。电焊条容易吸潮，堆焊前必须按焊条说明书规定进行焊条的烘干。D322焊条必须在250℃烘干1小时。③拉深凹模的预热。由于本模具材料的可焊性较差，焊接时容易产生夹渣、脱壳与开裂等缺陷，故焊前需对拉深凹模进行预热。预热温度控制在400～450℃范围之间，速度控制在0.8～1.0mm/min，但最小加热时间不应少于45min。④弧焊电源及堆焊电流。为保证质量，堆焊时采用直流电源反接，堆焊电流可根据说明书的要求选择。电流太大，会增加合金元素的烧损和提高稀释率，造成焊缝边缘及端部咬口；过小会直接影响堆焊质量。本例中堆焊电流为120～150A。⑤堆焊操作。为保证质量，堆焊时应采用分区分层的方式进行，运条方式采用螺旋式轨迹移动。焊完一层后，应立即用手锤锤击焊面，以清理焊渣，减少焊接应力，防止开裂和产生砂眼。
2．3 堆焊后热处理
堆焊后必须立刻进行回火处理，以防堆焊后凹模的开裂。回火温度通常取540～560℃，一般需经三次回火，第三次回火后，可随炉冷却。如图4所示。
■
回火时保温时间可按经验取15min/25mm，不易过长，太长硬度就有下降的危险。经过3次回火后，可随炉冷却至室温，此时回火后的硬度，一般可达58～62HRC范围内。
刃口处的后期刃磨加工通常采用磨削工艺，严格按照凸、凹模刃口尺寸及制造精度加工，直到检验拉深凹模的形状及尺寸符合要求为止。本模具通过上述方法修复后，可再次使用，从而延长了模具服役时间（通常可延长1～2倍），同时也节约了冷作模具钢。
3 结束语
随着汽车工业的发展，汽车市场的竞争日益剧烈，堆焊技术在汽国模具上的应用，不仅可缩短制造周期，减少贵重模具钢的消耗，降低成本，且便于生产中的维修，明显提高模具的使用寿命，有效提高生产率。
参考文献：
[1]郑晖，于利凯.汽车前底板冲压工艺分析与拉深模设计[J].锻压技术，2009，34(3):103-105.
[2]张蓉，钱书琨.应用刃口堆焊修补失效冲裁模[J].锻压技术，2005，30(1):73-74.
[3]洪慎章.冷冲模堆焊制造工艺[J].模具制造.2007，（6）:67-69.
[4]任雪岩.日本汽车模具的刃口堆焊[J].焊接技术，2000，29(6):12-13.
[5]李亚利.汽车覆盖件切边模铸铁基体堆焊刃口工艺[J].模具工业，1993，12：48-50.
[6]陆元三.浅谈汽车冷冲模刃口堆焊工艺[J].锻压技术，2010，35(6):158-160.
关键词：堆焊技术 模具刃口 应用
中国汽车工业协会正式发布的汽车产销数据显示，从2009年开始，我国已连续三年蝉联世界汽车产销第一大国，2011年全国汽车产量1841.89万辆，销量为1850.51万辆。目前，国内汽车冲压模具行业年生产能力只有80亿～90亿元，而中国汽车市场的模具需求量已达到200多亿元。随着汽车品种、汽车规模的不断增加，许多汽车生产厂家只有加快新产品的开发力度，从而推出新产品来占领市场份额。这就使得汽车生产厂家不得不加快新产品的开发和生产，缩短制造周期，以最低的制造成本来制造和返修模具。为满足这一生产的需要，有效的解决方法之一就是采用刃口堆焊技术。其主要原因是刃口堆焊技术具有以下优点：①节省贵重模具钢，降低成本。②采用堆焊刃口，可简化模具结构，减少模具制造工序，缩短生产周期。③有利于模具的维修。冲模刃口损坏后，可通过重新堆焊制造，从而延长模具寿命时间。④热处理缺陷少。
大多数汽车制造业已广泛采用堆焊技术，如汽车覆盖件切边模、拉深模、成形模等。
1 堆焊在汽车覆盖件切边模上的应用
覆盖件的切边通常在拉深成形后进行，是覆盖件冲压加工中非常重要的一道工序，一般是不可缺少的。覆盖件的切边线多为较长的不规则轮廓，形状复杂，模具刃口冲切的部位，可能是任意的空间曲面，而且冲压件往往有不同程度的弹性变形，冲裁分离过程通常存在较大的侧向力等等。故覆盖件切边模具凸、凹模工作部分一般采用拼块结构，为了节约模具钢，刃口采用堆焊结构，如图1所示。
根据模具要求，基体材料选用42CrMo，堆焊焊条选用D322焊条(系5W8Cr5Mo2V合金)，其直径为3.2mm。堆焊时，采用倒45°坡口的形式，冲切板料的厚度小于1mm时，堆焊刃口边长t=6mm，当冲切板料的厚度为1～4mm时，t=8mm。
1．1 基体加工
如图2所示为基体加工后的状态，凸模刃口的周边要比制件的外形尺寸在单边上小1～2mm。凹模内形尺寸要比制件尺寸在单边上大1～2mm。刃口周边都必须倒坡口，其形式及尺寸按设计要求而定。
1.2 堆焊工艺及具体措施
堆焊工艺规范有参数如表1所示。
表1 堆焊工艺规范参数
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堆焊过程中采取的具体措施如下:
①堆焊前应彻底清理待施焊部位的油、砂、污等脏物。②一般采用焊条电弧焊、直流弧焊机，为保证质量，宜采用反极性接法，焊接电流一般控制在110A。③焊接时控制速度在100mm/min、弧长约5mm左右，不宜采用多层连续焊，避免焊接过程中摆动太宽，以免产生气孔等缺陷。④不能在应力集中处收弧，收弧时弧坑必须填满，再引弧时要压过弧坑20～30mm，以防止弧坑产生裂纹。⑤每焊完一道趁红热状态用榔头锤击焊缝，锤打不宜重但要密集，以清渣和消除应力。⑥层间温度要控制在小于100℃，否则会降低堆焊层的硬度。⑦刃口堆焊的高度控制在能磨出刃口即可，不能太小而出现刃口打磨后由于没有焊满而导致的补焊现象；也不能太高，太高不仅浪费焊条和刃磨时间，而且易产生应力集中。
1.3 堆焊后的加工
为消除焊接残余应力，堆焊完成后，应立刻进行回火处理，以减少开裂。
堆焊刃口的刃磨，可采用金刚石锉刀、角向砂轮或硬质合金旋转锉等进行初步打磨。然后，借助于按工艺模型制造的样板精修凸模，当凸模达到要求后，再按要求的冲裁间隙，用凸模配修凹模。对大批量生产且具备加工条件的话，可用数控坐标磨床或数控铣刀磨，依程序控制精修凸、凹模刃口，可大大提高模具精度。
2 堆焊在汽车覆盖件拉深模刃口修复上的应用
汽车覆盖件拉伸凹模如图3所示，材料为Crl2MoV，因工作部分的承压面积较大，刃口部位发生了磨损、啃坏、崩刃及塌陷。现采用刃口堆焊技术对其进行修复。
2．1 修复前的准备
先将拉深凹模待修复部分用砂轮打磨成与刃口平面成30°～45°的斜面，斜面宽度视刃口损坏程度而定。焊前需彻底清洗模体堆焊处，使堆焊的部位无油污、铁锈、脏物及其它杂质。
2．2 堆焊工艺流程
①焊条的选择。冷冲模刃口堆焊焊条多采用等成份原则选用焊条，通常采用与冷冲模具钢合金成分不完全相同又与母材有较好相熔性的焊条。焊条应有良好的焊接性能，对本拉深凹模最终选用D322焊条。②焊条的烘干。电焊条容易吸潮，堆焊前必须按焊条说明书规定进行焊条的烘干。D322焊条必须在250℃烘干1小时。③拉深凹模的预热。由于本模具材料的可焊性较差，焊接时容易产生夹渣、脱壳与开裂等缺陷，故焊前需对拉深凹模进行预热。预热温度控制在400～450℃范围之间，速度控制在0.8～1.0mm/min，但最小加热时间不应少于45min。④弧焊电源及堆焊电流。为保证质量，堆焊时采用直流电源反接，堆焊电流可根据说明书的要求选择。电流太大，会增加合金元素的烧损和提高稀释率，造成焊缝边缘及端部咬口；过小会直接影响堆焊质量。本例中堆焊电流为120～150A。⑤堆焊操作。为保证质量，堆焊时应采用分区分层的方式进行，运条方式采用螺旋式轨迹移动。焊完一层后，应立即用手锤锤击焊面，以清理焊渣，减少焊接应力，防止开裂和产生砂眼。
2．3 堆焊后热处理
堆焊后必须立刻进行回火处理，以防堆焊后凹模的开裂。回火温度通常取540～560℃，一般需经三次回火，第三次回火后，可随炉冷却。如图4所示。
■
回火时保温时间可按经验取15min/25mm，不易过长，太长硬度就有下降的危险。经过3次回火后，可随炉冷却至室温，此时回火后的硬度，一般可达58～62HRC范围内。
刃口处的后期刃磨加工通常采用磨削工艺，严格按照凸、凹模刃口尺寸及制造精度加工，直到检验拉深凹模的形状及尺寸符合要求为止。本模具通过上述方法修复后，可再次使用，从而延长了模具服役时间（通常可延长1～2倍），同时也节约了冷作模具钢。
3 结束语
随着汽车工业的发展，汽车市场的竞争日益剧烈，堆焊技术在汽国模具上的应用，不仅可缩短制造周期，减少贵重模具钢的消耗，降低成本，且便于生产中的维修，明显提高模具的使用寿命，有效提高生产率。
参考文献：
[1]郑晖，于利凯.汽车前底板冲压工艺分析与拉深模设计[J].锻压技术，2009，34(3):103-105.
[2]张蓉，钱书琨.应用刃口堆焊修补失效冲裁模[J].锻压技术，2005，30(1):73-74.
[3]洪慎章.冷冲模堆焊制造工艺[J].模具制造.2007，（6）:67-69.
[4]任雪岩.日本汽车模具的刃口堆焊[J].焊接技术，2000，29(6):12-13.
[5]李亚利.汽车覆盖件切边模铸铁基体堆焊刃口工艺[J].模具工业，1993，12：48-50.
[6]陆元三.浅谈汽车冷冲模刃口堆焊工艺[J].锻压技术，2010，35(6):158-160.