文／秦四?！と照狰櫛緳C械制造有限公司

采用焊接技術(shù)延長連桿鍛造模具壽命

文／秦四海·日照鴻本機械制造有限公司

秦四海，總工程師，主要從事鍛造模具設(shè)計和鍛造工藝的制定，主持完成轉(zhuǎn)向節(jié)、連桿、曲軸等600余種新產(chǎn)品的開發(fā)，擁有發(fā)動機連桿余熱淬火閉式循環(huán)冷卻裝置和發(fā)動機連桿表面強化處理專用裝置2項專利。

我公司生產(chǎn)連桿所用的鍛造模具材料以往多采用H13鋼，鍛壓設(shè)備通常為俄羅斯生產(chǎn)的2500t熱模鍛壓力機，H13鋼的硬度控制在45～48HRC之間。生產(chǎn)的連桿材質(zhì)為40Cr，鍛造工藝為電爐加熱→輥鍛機拔長→壓扁→壓力機鍛造→切邊→整形。

在使用中我們發(fā)現(xiàn)，返修后的模具會隨著使用次數(shù)的增多硬度逐漸降低，主要表現(xiàn)為型腔硬度低、產(chǎn)生疲勞紋、凸起部位倒伏等，很容易造成鍛件“肥大”尺寸超標(biāo)，導(dǎo)致模具的產(chǎn)量越來越低。模具的使用壽命主要與材料有關(guān)，這種缺陷的產(chǎn)生與模具型腔表面強度有直接關(guān)系，在其他條件不變的情況下，提高模具表面硬度是延長模具壽命的關(guān)鍵。

一般情況下，模具經(jīng)粗加工完成后進行熱處理，然后再進行精加工。每次使用后直接采用降面重新加工模腔的修復(fù)工藝，這樣不僅會降低模具的硬度，而且在使用過程中會產(chǎn)生無法去除的應(yīng)力，從而縮短了模具壽命，甚至?xí)斐赡＞咚榱眩鐖D1、2所示。

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圖2 模具應(yīng)力裂紋

隨著焊接修復(fù)技術(shù)在鍛造模具中的應(yīng)用和普及，我公司經(jīng)過考察論證引進了一家知名焊接公司的模具焊接設(shè)備和焊接材料，通過實驗取得了很好的效果。我們的模具基材改用5CrNiMo模具鋼，先經(jīng)過粗加工隨后熱處理到32～38HRC。然后按照連桿形狀把模腔用氣刨挖空(挖空形狀比模腔單邊大15mm)，基材預(yù)熱到450℃保溫2h，最后焊接。焊接完成后空冷到200～300℃，隨后加熱到560℃保溫3～4h進行第一次回火，之后在550℃保溫2～3h進行第二次回火，最后獲得的硬度為47～50HRC，焊材焊接的厚度要比最后精加工的模腔單邊大15mm左右，保證模具焊接一次使用3次，模具焊接完成后再對模腔進行精加工。采用5CrNiMo焊接不僅提高了模腔的硬度，而且使用3次后重新焊接并回火，能夠有效去除鍛造過程產(chǎn)生的模具應(yīng)力，降低了模具碎裂的風(fēng)險。焊接修復(fù)后的模具如圖3所示。模具經(jīng)過焊接后的使用成本對比見表1。

圖3 焊接修復(fù)后的模具

模具采用降面修復(fù)的工藝，每次使用后用銑床降面5mm，模具一共可以降面5次，模具初始裝模高度控制在450mm，低于400mm要重新在模具底面焊接鋼板，使其高度恢復(fù)到450mm。然后再使用5次，模具高度低于400mm時報廢。一套模具可以使用11次，5CrNiMo模具需要焊接4次。焊接模具生產(chǎn)4000件后的磨損情況非常輕（圖4），沒有出現(xiàn)?？诶匣鸭y，有利于再次修復(fù)。

圖4 焊接模具生產(chǎn)4200件后的磨損情況

H13模具和5CrNiMo焊接模具6次使用壽命情況見表2。從表2可以看出使用H13模具生產(chǎn)一件連桿需要1.5元的模具費用，使用5CrNiMo焊接模具生產(chǎn)一件連桿需要0.76元的模具費用。H13模具的平均壽命為2233件，5CrNiMo焊接模具的平均壽命為4016件，5CrNiMo焊接模具的壽命提高了近80%。

生產(chǎn)連桿使用焊接模具不僅延長了模具壽命、降低了模具費用，而且還提高了生產(chǎn)效率、減少了輔助換模時間。用H13模具每班生產(chǎn)約1000件，5CrNiMo焊接模具每班生產(chǎn)約1400件。用H13模具生產(chǎn)2個班次就要更換一次模具，而用5CrNiMo焊接模具可以3個班換一次模具，每次換模時間大約需要2.5h。焊接工藝的應(yīng)用不僅為公司的精益生產(chǎn)提供了強有力的保證，而且使得我公司的產(chǎn)品更具競爭力。

表1 模具成本對比

表2 H13模具和5CrNiMo焊接模具6次使用壽命情況