廢舊模具電磁堆焊修復和表面改性方法與設備技術

本發明專利技術涉及廢舊模具電磁堆焊修復和表面改性方法，包括以下步驟：對廢舊模具進行清潔，預熱處理，采用外加磁場控制的脈沖射流電弧弧源堆焊方法，對廢舊模具需修復和表面改性部位進行堆焊；對模具處理達到模具所需的技術要求。本發明專利技術方法突破了堆焊的高熔覆率與低稀釋率的兩個相互矛盾的限制，實現了堆焊質量和堆焊效率的有效協調與合理統一，降低了堆焊和模具成本，提高了競爭力；解決了廢舊模具再制造領域中的高強硬性與低韌塑性的矛盾問題；創新性地采用脈沖旋轉射流氣體保護電磁堆焊新熱源，利用該電弧熱源所具有的高效、優質、變形與溫度可控的特性，對廢舊模具進行再制造。同時，本發明專利技術還提供了相關的設備。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及模具修復和改性工程領域，特別是一種廢舊模具循環利用再制造過程中 新型堆焊修復和改性方法與設備，具體涉及廢舊模具脈沖旋轉射流氣體保護電磁堆焊修 復和表面改性方法與設備。
技術介紹
模具在制造業中被廣泛使用，直接影響到產品的質量，是保障產品質量與精度、產 品制造速度、產品成本的關鍵性與控制性環節之一，其模型設計、材料的選擇和制作工 藝要求較高，因此模具的制造成本也較高。由于模具需要反復使用，必然存在磨損，而 且使用中也可能存在損傷使模具成為廢品。而一套模具從幾公斤到幾十噸不等，由于占 模具重量不到10%-20%的局部位置、或表面刃口、或型腔失效而導致占模具重量80%以上 模具材料報廢，經濟損失比較嚴重。為了提高廢舊模具的利用率，廢舊模具循環利用引 起人們的高度重視。目前，關于廢舊模具修復和表面改性的方法中，公開了很多的專利 申請文獻如中國專利"工模具修補方法及修補機"(申請號94108743.3)，它是采用可 控脈沖電能把補片材料固定連接在工模具修補部位，并逐次多層固連疊加成坯，再修磨 復原工作面，這種方法比工藝繁瑣，效率不高，不易推廣應用；中國專利"金屬熔融填 充修補技術"(申請號為02104351.5)，它是利用可調的大電流(1900-4200A)在短時 間內(O. 5-2.5s)將不同規格的金屬球或棒熔化并壓焊填充在零件或模具表面的損傷處， 使補焊材料與基體材料間達到冶金結合，該方法使用瞬時大電流，對電網沖擊很大，不 節能；中國專利"一種修復模具的焊合工藝"(申請號為200310106328.3)，它是一種 對磨損超限或產生裂紋的模具進行修復的焊合工藝，利用噴焊槍，將合金粉末與氧-乙 炔混合燃燒后，在模具待加工面上噴上合金粉末作為底粉，再加熱合金粉末底粉，并點 噴合金粉末，使合金粉末與模具熔化結合為一體，這種方法結合強度差，難以控制，提 高性能有限；中國專利"工模具表面改質和修復方法"(申請號為200510018292.2)， 它既發揮熔射法高效、低成本的優點，又保留激光熔敷法將基體表面上的涂覆材料與基 體形成冶金結合的長處，并采用多軸數控加工技術，得到具有不同性能、復雜形狀的工 模具表面處理層，但是所用設備昂貴，工藝復雜，增加了模具修復或表面改性的成本。目前，實現廢舊模具再制造存在以下困難(1)廢舊模具堆焊再制造領域中的高熔敷率與低稀釋率兩難問題；(2)廢舊模具再制造領域中的高強硬性與低韌塑性的矛 盾問題。
技術實現思路
針對現有技術存在的上述不足，本專利技術的目的在于提供一種廢舊模具循環利用過 程中對廢舊模具進行循環再利用，減少資源浪費，降低模具制造成本，突破傳統焊接 技術不能滿足焊接質量要求的廢舊模具電磁堆焊修復和表面改性方法。本專利技術的另一目的是提供一種實現上述方法的設備。本專利技術的目的是這樣實現的廢舊模具電磁堆焊修復和表面改性方法，包括以下 步驟a. 對廢舊模具進行清潔，包括除銹、除臟污、除油、清除鋼屑和刨去裂紋缺陷；b. 對上述清潔過的廢舊模具進行焊前預熱至35(TC 65(TC，時間為30min 240min;c. 采用電磁控制脈沖射流氣體保護堆焊工藝，對所述廢舊模具需修復或表面改 性的部位進行堆焊；d. 堆焊完成后，將所述廢舊模具立即送入300。C 60(TC烘爐中保溫30min 60min，然后，對所述廢舊模具所在的環境每小時降低8(TC 12(rC，并逐漸降低至室 溫，取出；e. 再將經過步驟d處理后的廢舊模具堆焊部位進行機械加工，使表面平整，滿足 模具尺寸要求；f. 對經過步驟e處理后的廢舊模具表面進行處理和清理，去毛邊，打磨或者拋光， 達到模具所需的技術要求。電磁控制脈沖射流氣體保護堆焊的工藝參數是脈沖峰值焊接電流300 550A， 脈沖基值焊接電流200 400A，脈沖時間5 15ms，勵磁電流0 10A，勵磁頻率 0 20Hz，焊絲直徑0. 8 2. 4mm。廢舊模具電磁堆焊修復和表面改性的方法，在模具的基體上形成功能層，或者梯 度功能層。實現上述方法的廢舊模具電磁堆焊修復和表面改性設備，包括勵磁設備、輔助加 熱設備、勵磁電源和焊接電流；勵磁設備為設于支架上的軸對稱、圓環結構的電磁攪拌勵磁線圈；在電磁攪拌勵 磁線圈的支架的端部設有與焊炬相連的夾持鎖緊機構，所述夾持鎖緊機構將勵磁線圈固定在焊炬噴嘴上，且與焊炬同軸，使勵磁線圈與工件有一定距離的自由調節度；所 述支架內裝有水冷系統；勵磁電源為時變或恒流電源；焊接電源為數字逆變焊接電源;輔助加熱設備是采用工業人工煤氣或天然氣，加熱噴槍與焊炬通過連接定位支架 相連，位于焊接正方向焊炬的前方，在焊接過程中起到焊前預熱的作用。廢舊模具電磁堆焊修復和表面改性設備中，電磁攪拌勵磁線圈帶有導磁鐵芯；導 磁鐵芯活動安裝在的電磁攪拌勵磁線圈中，可以自由調節其在勵磁線圈中的位置直至 全部從線圈中去除；所述導磁鐵芯端部的形狀可設計為漏斗型、直桶型、圓錐型或曲 面型，導磁鐵芯的下端面形狀收縮，以便于磁力線更集中作用于焊縫。廢舊模具電磁堆焊修復和表面改性設備，帶勵磁線圈的焊炬可以與另一個相同種 類的焊炬，或其它種類的焊炬同時工作，形成雙絲或復合堆焊方式。廢舊模具電磁堆焊修復和表面改性設備，電磁攪拌勵磁線圈和導磁鐵芯不通過支 架，而直接與焊炬噴嘴集成為一體，采用絕緣材料使焊炬噴嘴的外壁與線圈的線匝保 持絕緣狀態，導磁鐵芯內建有水冷系統，并通過焊炬噴嘴內部構建的水冷系統進行雙 向冷卻，使焊矩、導磁鐵芯和勵磁線圈均處于良好的工作狀態。廢舊模具電磁堆焊修復和表面改性設備，電磁攪拌勵磁線圈的支架和導磁鐵芯內 的水冷系統采用蓋板式矩形脈沖形冷凝水流模式，支架和導磁鐵芯內設有水流溝槽和 錯開排列的兩排水流隔壁，兩排水流隔板分別與水流溝槽兩側的外擋板相連。廢舊模具電磁堆焊修復和表面改性設備，焊炬噴嘴內的水冷系統采用蓋板式螺旋 形冷凝水流流動模式，焊炬噴嘴壁內設計有螺旋狀的螺紋水流溝槽，結合焊炬噴嘴擋 板形成了焊炬噴嘴內全方位的冷凝水通道，使冷凝水圍繞焊炬噴嘴呈螺旋形流動，到 達焊炬噴嘴的端部，焊炬不變形。本專利技術廢舊模具脈沖旋轉射流氣體保護電磁堆焊修復和表面改性的方法或設備， 在下述方面的用途用于廢舊模具的修復改性；用于模具的表面改性；用于機械零件的修復改性； 用于具有特殊要求的材料表面的改性；用于以下材質的焊接低碳鋼，合金鋼，特種鋼，不銹鋼，管線鋼等其它黑色金 屬上使用。相比現有技術，本專利技術具有如下優點 (l)本專利技術方法突破了高熔覆率和低稀釋率的兩個相互矛盾的限制，實現了焊接質量和焊接速度的有效協調與合理統一，降低了焊接成本，提高了競爭力；(2) 解決了廢舊模具表面改性領域中的高強硬性與低韌塑性的矛盾問題；(3) 創新性地采用外加磁場控制的脈沖射流電弧新熱源，利用該電弧熱源所具有 的高效、優質、與溫度精確可控性的特性，對廢舊模具進行修復與表面改性；(4) 輔助加熱，保持廢舊堆焊模具的預熱溫度，防止堆焊層開裂和微裂紋產生。(5) 本專利技術方法必將在模具制造與再制造，機械設備的循環制造與利用，關鍵部 件修復，材料制備，資源循環利用，以及綠色循環制造與裝備等領域具有廣闊的應用 價值與發展前景?？傊緦＠夹g實現了高效、低成本、高質量、高穩定性、多適用性、 多方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
廢舊模具電磁堆焊修復和表面改性方法，其特征在于包括以下步驟：ａ．對廢舊模具進行清潔，包括除銹、除臟污、除油、清除鋼屑和刨去裂紋缺陷；ｂ．對上述清潔過的廢舊模具進行焊前預熱至３５０℃～６５０℃，時間為３０ｍｉｎ～２４０ｍｉｎ；ｃ．采用電磁控制脈沖射流氣體保護堆焊工藝，對所述廢舊模具需修復或表面改性的部位進行堆焊；ｄ．堆焊完成后，將所述廢舊模具立即送入３００℃～６００℃烘爐中保溫３０ｍｉｎ～６０ｍｉｎ，然后，對所述廢舊模具所在的環境每小時降低８０℃～１２０℃，并逐漸降低至室溫，取出；ｅ．再將經過步驟ｄ處理后的廢舊模具堆焊部位進行機械加工，使表面平整，滿足模具尺寸要求；ｆ．對經過步驟ｅ處理后的廢舊模具表面進行處理和清理，去毛邊，打磨或者拋光，達到模具所需的技術要求。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：羅鍵，葉延洪，周中玉，王笑川，權國政，周杰，劉克威，孫玉，王俊園，曾聰，車長勇，杜俊宏，神祥龍，王芳芳，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：85[中國|重慶]