废旧模具电磁堆焊修复和表面改性方法与设备技术

本发明专利技术涉及废旧模具电磁堆焊修复和表面改性方法，包括以下步骤：对废旧模具进行清洁，预热处理，采用外加磁场控制的脉冲射流电弧弧源堆焊方法，对废旧模具需修复和表面改性部位进行堆焊；对模具处理达到模具所需的技术要求。本发明专利技术方法突破了堆焊的高熔覆率与低稀释率的两个相互矛盾的限制，实现了堆焊质量和堆焊效率的有效协调与合理统一，降低了堆焊和模具成本，提高了竞争力；解决了废旧模具再制造领域中的高强硬性与低韧塑性的矛盾问题；创新性地采用脉冲旋转射流气体保护电磁堆焊新热源，利用该电弧热源所具有的高效、优质、变形与温度可控的特性，对废旧模具进行再制造。同时，本发明专利技术还提供了相关的设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模具修复和改性工程领域，特别是一种废旧模具循环利用再制造过程中 新型堆焊修复和改性方法与设备，具体涉及废旧模具脉冲旋转射流气体保护电磁堆焊修 复和表面改性方法与设备。
技术介绍
模具在制造业中被广泛使用，直接影响到产品的质量，是保障产品质量与精度、产 品制造速度、产品成本的关键性与控制性环节之一，其模型设计、材料的选择和制作工 艺要求较高，因此模具的制造成本也较高。由于模具需要反复使用，必然存在磨损，而 且使用中也可能存在损伤使模具成为废品。而一套模具从几公斤到几十吨不等，由于占 模具重量不到10%-20%的局部位置、或表面刃口、或型腔失效而导致占模具重量80%以上 模具材料报废，经济损失比较严重。为了提高废旧模具的利用率，废旧模具循环利用引 起人们的高度重视。目前，关于废旧模具修复和表面改性的方法中，公开了很多的专利 申请文献如中国专利"工模具修补方法及修补机"(申请号94108743.3)，它是采用可 控脉冲电能把补片材料固定连接在工模具修补部位，并逐次多层固连叠加成坯，再修磨 复原工作面，这种方法比工艺繁琐，效率不高，不易推广应用；中国专利"金属熔融填 充修补技术"(申请号为02104351.5)，它是利用可调的大电流(1900-4200A)在短时 间内(O. 5-2.5s)将不同规格的金属球或棒熔化并压焊填充在零件或模具表面的损伤处， 使补焊材料与基体材料间达到冶金结合，该方法使用瞬时大电流，对电网冲击很大，不 节能；中国专利"一种修复模具的焊合工艺"(申请号为200310106328.3)，它是一种 对磨损超限或产生裂纹的模具进行修复的焊合工艺，利用喷焊枪，将合金粉末与氧-乙 炔混合燃烧后，在模具待加工面上喷上合金粉末作为底粉，再加热合金粉末底粉，并点 喷合金粉末，使合金粉末与模具熔化结合为一体，这种方法结合强度差，难以控制，提 高性能有限；中国专利"工模具表面改质和修复方法"(申请号为200510018292.2)， 它既发挥熔射法高效、低成本的优点，又保留激光熔敷法将基体表面上的涂覆材料与基 体形成冶金结合的长处，并采用多轴数控加工技术，得到具有不同性能、复杂形状的工 模具表面处理层，但是所用设备昂贵，工艺复杂，增加了模具修复或表面改性的成本。目前，实现废旧模具再制造存在以下困难(1)废旧模具堆焊再制造领域中的高熔敷率与低稀释率两难问题；(2)废旧模具再制造领域中的高强硬性与低韧塑性的矛 盾问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种废旧模具循环利用过 程中对废旧模具进行循环再利用，减少资源浪费，降低模具制造成本，突破传统焊接 技术不能满足焊接质量要求的废旧模具电磁堆焊修复和表面改性方法。本专利技术的另一目的是提供一种实现上述方法的设备。本专利技术的目的是这样实现的废旧模具电磁堆焊修复和表面改性方法，包括以下 步骤a. 对废旧模具进行清洁，包括除锈、除脏污、除油、清除钢屑和刨去裂纹缺陷；b. 对上述清洁过的废旧模具进行焊前预热至35(TC 65(TC，时间为30min 240min;c. 采用电磁控制脉冲射流气体保护堆焊工艺，对所述废旧模具需修复或表面改 性的部位进行堆焊；d. 堆焊完成后，将所述废旧模具立即送入300。C 60(TC烘炉中保温30min 60min，然后，对所述废旧模具所在的环境每小时降低8(TC 12(rC，并逐渐降低至室 温，取出；e. 再将经过步骤d处理后的废旧模具堆焊部位进行机械加工，使表面平整，满足 模具尺寸要求；f. 对经过步骤e处理后的废旧模具表面进行处理和清理，去毛边，打磨或者抛光， 达到模具所需的技术要求。电磁控制脉冲射流气体保护堆焊的工艺参数是脉冲峰值焊接电流300 550A， 脉冲基值焊接电流200 400A，脉冲时间5 15ms，励磁电流0 10A，励磁频率 0 20Hz，焊丝直径0. 8 2. 4mm。废旧模具电磁堆焊修复和表面改性的方法，在模具的基体上形成功能层，或者梯 度功能层。实现上述方法的废旧模具电磁堆焊修复和表面改性设备，包括励磁设备、辅助加 热设备、励磁电源和焊接电流；励磁设备为设于支架上的轴对称、圆环结构的电磁搅拌励磁线圈；在电磁搅拌励 磁线圈的支架的端部设有与焊炬相连的夹持锁紧机构，所述夹持锁紧机构将励磁线圈固定在焊炬喷嘴上，且与焊炬同轴，使励磁线圈与工件有一定距离的自由调节度；所 述支架内装有水冷系统；励磁电源为时变或恒流电源；焊接电源为数字逆变焊接电源;辅助加热设备是采用工业人工煤气或天然气，加热喷枪与焊炬通过连接定位支架 相连，位于焊接正方向焊炬的前方，在焊接过程中起到焊前预热的作用。废旧模具电磁堆焊修复和表面改性设备中，电磁搅拌励磁线圈带有导磁铁芯；导 磁铁芯活动安装在的电磁搅拌励磁线圈中，可以自由调节其在励磁线圈中的位置直至 全部从线圈中去除；所述导磁铁芯端部的形状可设计为漏斗型、直桶型、圆锥型或曲 面型，导磁铁芯的下端面形状收縮，以便于磁力线更集中作用于焊缝。废旧模具电磁堆焊修复和表面改性设备，带励磁线圈的焊炬可以与另一个相同种 类的焊炬，或其它种类的焊炬同时工作，形成双丝或复合堆焊方式。废旧模具电磁堆焊修复和表面改性设备，电磁搅拌励磁线圈和导磁铁芯不通过支 架，而直接与焊炬喷嘴集成为一体，采用绝缘材料使焊炬喷嘴的外壁与线圈的线匝保 持绝缘状态，导磁铁芯内建有水冷系统，并通过焊炬喷嘴内部构建的水冷系统进行双 向冷却，使焊矩、导磁铁芯和励磁线圈均处于良好的工作状态。废旧模具电磁堆焊修复和表面改性设备，电磁搅拌励磁线圈的支架和导磁铁芯内 的水冷系统采用盖板式矩形脉冲形冷凝水流模式，支架和导磁铁芯内设有水流沟槽和 错开排列的两排水流隔壁，两排水流隔板分别与水流沟槽两侧的外挡板相连。废旧模具电磁堆焊修复和表面改性设备，焊炬喷嘴内的水冷系统采用盖板式螺旋 形冷凝水流流动模式，焊炬喷嘴壁内设计有螺旋状的螺纹水流沟槽，结合焊炬喷嘴挡 板形成了焊炬喷嘴内全方位的冷凝水通道，使冷凝水围绕焊炬喷嘴呈螺旋形流动，到 达焊炬喷嘴的端部，焊炬不变形。本专利技术废旧模具脉冲旋转射流气体保护电磁堆焊修复和表面改性的方法或设备， 在下述方面的用途用于废旧模具的修复改性；用于模具的表面改性；用于机械零件的修复改性； 用于具有特殊要求的材料表面的改性；用于以下材质的焊接低碳钢，合金钢，特种钢，不锈钢，管线钢等其它黑色金 属上使用。相比现有技术，本专利技术具有如下优点 (l)本专利技术方法突破了高熔覆率和低稀释率的两个相互矛盾的限制，实现了焊接质量和焊接速度的有效协调与合理统一，降低了焊接成本，提高了竞争力；(2) 解决了废旧模具表面改性领域中的高强硬性与低韧塑性的矛盾问题；(3) 创新性地采用外加磁场控制的脉冲射流电弧新热源，利用该电弧热源所具有 的高效、优质、与温度精确可控性的特性，对废旧模具进行修复与表面改性；(4) 辅助加热，保持废旧堆焊模具的预热温度，防止堆焊层开裂和微裂纹产生。(5) 本专利技术方法必将在模具制造与再制造，机械设备的循环制造与利用，关键部 件修复，材料制备，资源循环利用，以及绿色循环制造与装备等领域具有广阔的应用 价值与发展前景。总之，本专利技术实现了高效、低成本、高质量、高稳定性、多适用性、 多方本文档来自技高网...

【技术保护点】
废旧模具电磁堆焊修复和表面改性方法，其特征在于包括以下步骤：ａ．对废旧模具进行清洁，包括除锈、除脏污、除油、清除钢屑和刨去裂纹缺陷；ｂ．对上述清洁过的废旧模具进行焊前预热至３５０℃～６５０℃，时间为３０ｍｉｎ～２４０ｍｉｎ；ｃ．采用电磁控制脉冲射流气体保护堆焊工艺，对所述废旧模具需修复或表面改性的部位进行堆焊；ｄ．堆焊完成后，将所述废旧模具立即送入３００℃～６００℃烘炉中保温３０ｍｉｎ～６０ｍｉｎ，然后，对所述废旧模具所在的环境每小时降低８０℃～１２０℃，并逐渐降低至室温，取出；ｅ．再将经过步骤ｄ处理后的废旧模具堆焊部位进行机械加工，使表面平整，满足模具尺寸要求；ｆ．对经过步骤ｅ处理后的废旧模具表面进行处理和清理，去毛边，打磨或者抛光，达到模具所需的技术要求。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗键，叶延洪，周中玉，王笑川，权国政，周杰，刘克威，孙玉，王俊园，曾聪，车长勇，杜俊宏，神祥龙，王芳芳，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]