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在汽车覆盖件生产过程中，模具零件表面与板材发生剧烈摩擦，在持续交变载荷作用下，模具零件常因受力不均匀或瞬间冲击等因素而出现拉伤、变形及崩刃等缺陷，降低了模具的成形质量与冲压件尺寸精度，增加企业运行成本。 为恢复模具的使用功能和确保冲压件成形质量，通常对模具进行堆焊修复。受企业规模及经济发展水平的制约，目前国内大部分汽车主机厂和模具制造商并未对模具零件的焊接工艺进行系统管理及完整的质量跟踪，仅依靠操作者的经验及技能进行修复，造成焊接质量不稳定甚至模具报废的现象。 汽车覆盖件冲模常用材料有铸铁、铸钢及锻钢3种类型，根据落料模、拉深模、修边模及翻边模等不同部位的性能要求合理选择模具材料。 图1 整形镶件 与板料发生直接作用的零件工作部分的材料要求较高，根据制件的强度、料厚、形状以及模具零件本身强度等因素综合考虑，比如压边圈、修边、翻边、镶件等材料通常选用合金铸铁、铸钢与锻钢等，如图1所示。 图2 压料芯 非参与工作部分的零件材质一般要求略低，比如上、下模模座、压料芯等通常为灰铸铁，如图2所示。 表1 模具零件材料、性能与用途 表2 模具零件材料质量分数 冲模零件材料牌号、性能与用途如表1所示，对应质量分数与性能如表2所示。 合金元素会影响铸铁结晶时的石墨化程度、石墨的形态及基体的组织。 根据化学元素对铸铁结晶时石墨化程度的影响，把合金元素分为促进石墨化元素，如C、Si、Al、Ni、Cu，另一类是阻止石墨化（促进白口化）的元素，如S、V、Cr、Mo、Mn等。 灰铸铁HT300化学成分特点是S、P的杂质含量较高，焊接过程中形成低熔点的FeS，与Fe形成共晶时易造成偏析，降低晶界强度，增加焊接难度。由于焊缝金属强度低、塑性差，容易产生裂纹，造成铸铁焊接性能不良，主要表现为焊接接头易形成白口铸铁与高碳马氏体，在焊接应力下易产生冷裂纹或热裂纹。 SKD11属于再热裂纹敏感的钢种，这与其合金元素有关，Cr、Mo、V的敏感温度区间在500~700℃，在焊后热处理或长期高温工作环境中，在热影响区熔合线附近的粗晶区内产生裂纹。SKD11的焊接性能最差，容易出现冷裂纹、热裂纹或硬度不足等现象。 ICD-5具有均匀的组织和硬度分布，良好的切削性和加工性，还具有良好的焊接性能，但易出现焊后冷裂纹缺陷。焊接过程中，由于ICD-5的高淬透性，一旦停止焊接，焊接处迅速冷却，焊缝金属与热影响区部位将发生硬化，硬化组织产生应力，增大冷裂纹的敏感性。 根据冲模零件母材特性、焊材选择与焊接工艺等因素，常见的焊接缺陷有裂纹、气孔与夹渣、硬度不足等，如图3所示。 图3（a） 裂纹 热裂纹 采用镍基材料焊补铸铁时，由于铸铁S、P杂质含量较高，形成较多的低熔点共晶物，如Ni-Ni3S2（熔点664℃）、Ni-Ni3P（熔点880℃）；采用低碳钢焊条焊补铸铁时，第一、二层焊缝会从铸铁溶入较多的C、S及P等杂质，使第一、二层焊缝的热裂纹敏感性增加。 冷裂纹 当焊缝为铸铁型时，焊缝较长或焊补刚性较大时常发生这种裂纹，产生原因是焊接过程中焊件局部受热不均匀，焊缝在冷却过程中产生巨大的拉应力，且铸铁强度低，400℃以下塑性差，当拉应力超过铸铁的抗拉强度时即发生焊缝冷裂纹。此外，当焊缝中存在白口铸铁时，由于白口铸铁的收缩率为2.3%，大于母材的收缩率1.26%，白口层与基层间形成剪切应力，当焊缝强度大于母材时，冷却过程中母材牵制不住焊缝的收缩，结果母材在结合处被撕裂，出现焊接冷裂纹。 图3（b） 气孔与夹渣 焊接过程中，熔池中的气体未完全溢出熔池（部分溢出），而熔池已经凝固，在焊缝表面形成孔洞。当焊条没有经过烘烤或烘烤不符合要求、焊丝或零件表面的油污、潮气清理不干净，焊接过程中自身产生的气体或杂质进入熔池等因素均会导致气孔的产生。焊接过程中，当采用多层多道堆焊时，层间药皮清理不干净或焊接线能量小、焊接速度过快等易造成焊件表面夹渣。 图3（c） 硬度不足 焊接时电流过大，对模具母材的稀释率过大，母材的合金元素受损；焊接时预热温度与层间温度控制不合理，熔敷金属金相组织发生变化或堆焊层数过多等均易导致焊缝金属硬度不足。 ▍ ▍内容来源：《模具工业》2018年第6期 |
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