精密涂层冷焊电火花表面强化技术

HEATS

　　电火花表面强化技术是直接利用电能的高能量密度对金属表面进行强化的工艺，它是通过电火花放电的作用，把作为电极的导电材料熔渗进金属工件的表层，从而形成合金化的表面强化层，使工件表面的物理，化学性能和力学性能得到改善。例如：采用WC、TiC等硬质合金电极材料强化高速钢和合金工具钢材料的工件，强化表面能形成显微硬度1500HM以上的耐磨，耐蚀和其有红硬性的强化层，使工件的使用寿命明显提高，在700-800摄氏度的高温下强化层仍具有很高的硬度，耐磨度。

, e0 J2 @# g" F C% e0 I

　　电火花强化工艺在刀具，模具和机械零件上的运用取得了明显的效果，还大量地应用于缺损，砸伤的模具，量具，精铸件和机械零件的精密修复上面。

2 p0 B# S' F, Z( A, O" C & R# L( F" r% f1 D7 T* Q

　　电火花强化层与基体的结合非常牢固，不会发生剥落。因为强化层是电极和工件材料在放电时的瞬时高温高压条件下重新合金化而形成的新合金层，而不是电极材料简单的涂覆和堆积，而且合金层与基体金属之间具有氮元素等的扩散层，如用石墨电极则有表面渗碳的效果。电极材料可根据用途自由选择，如以提高耐磨性为目的，可以选用YG/YT或YW类硬质合金，用YG8硬质合金强化Gr12、3Cr2W8V等合金钢，能形成高硬度，高耐磨，抗腐蚀的强化层，可使模具或机件的使用寿命提高1~3倍。

　　模具电火花强化工艺

. @! s& ~2 j% f. j$ C& [; R3 X' w

　　应用表明，电火花强化工艺应用在模具的强化和磨损件的精密修补方面能够取得很明显的技术经济效果。模具(机件)在磨损之后，利用电火花强化能使工件表面增厚的作用，可以进行精密修补，模具强化工艺主要包括：强化前的准备、强化方法、强化后处理和强化工件的使用等四个方面。

　　1、强化操作前的准备

2 K. X0 e( r2 A, l

　　①了解工件的工作性质和经强化后希望达到的技术要求，以便确定是否可以采用电火花强化工艺。就材料来说，一般碳钢，合金工具钢、铸铁等黑色金属通常都可以强化，而有色金属，如铜、铝是可以修补的，但很难进行表面强化，对于模具来讲，本身要经过淬硬处理使其具有合格的硬度，电火花强化不可能代替热处理，电火花强化层虽然化较薄，只有0.05-0.1mm，但在很多情况下，10-20微米，甚至几微米就能起良好的作用。然而需要强化的表面如果已经严重缺损，就无法用电火花来进行修补和强化了。比如，冷冲模具的配合间隙如果超差已达0.15mm以上，用FUSSEN200型冷焊机就不能使其修复。此外，粗糙度要求很细的工件，例如：薄片材料的冲模粗糙度要求在R.a0.3um以下，且配合精密要求很高，这就要根据情况进行考虑了具工作表面的耐磨度和硬度，所以各类模具的磨损通常都是局部性的，易磨损的部分都可以作为强化的部位，对提高模具的使用寿命效果显著。例如：冷冲模在冲载过程中受到工件的反作用力和卸料，顶料时的摩擦力，在这些力的作用下，使凹模，凸模的刃口附近产生磨损，所以，冷冲模的主要强化部位是包围刃口的侧面A和端面B。

" ]% F8 C' n& L' m( ^5 R1 j2 C

　　冲头

, _ A0 q+ F; F# q) Q - s9 Q7 |1 q6 s" Y" b ~. g

　　凹模

　　②通常a取3~5mm，b取3mm左右，强化侧面的模具间隙将比原来的缩小，这一点必须时刻注意。

% {2 ^& z, N6 O1 Z* X8 j

　　根据不同的模具型和要求，又有三种不同的强化方法：第一种方法是A/B两面都要强化，一般的薄板材落料模皆可采用;第二种方法是，只强化A面，强化之后将端平面刃口磨一次，磨削约0.2mm，以保持刃口锋利。

9 k; t8 ]2 N0 A) J

　　当刃口变钝之后，第二次刃磨即可继续使用，而无须再强化A面；第三种方法是只强化B面而不强化A面，因此不影响模具间隙配合，适用于窄槽等一些无法强化侧面的型腔，或者间隙配合已经很小，不允许再强化的模具。切断模与冷冲模相似，它的强化部位也是包围刃口的两面，也可以只强化其中的一面。压模用于压型件的加工，磨损主要发生在工件对模具摩擦较大的部位，例如轮廓线的接头，转角或压弯成型部分。所以大型压模只需要强化这些部位即可，这样可以节省工时和材料，而小型压模可以强化整个工作面。拉延模的磨损主要发生在凹模模口的托料部位和圆角部分，一般只需要强化这些部分，凸模的棱角部位也可以强化，以保持零件的内圆半径精密。

& @5 L2 h0 J0 W4 i

　　卷边模在使用过程中对模具的工作面挤压摩擦，使模具磨损，甚至出现凹槽。所以强化的部位主要是工作表面。

! W* l! T) o; g1 T9 ]; u

　　冷镦模需要强化凹模模孔的前端，一是高度或成型表面。锻模主要强化流动性较大的，易产生磨损的部位和毛边槽的桥部，也可以强化整个工作表面。此外如勒光模，压铸模，热压模等都可以对整个工作表面进行强化。

; b, D+ M; |4 M0 h$ d

　　工件工作表面的油污和锈斑会影响强化层的质量，应该用酒精，丙酮等溶剂去除油污，并用油石，砂纸擦去锈斑。已使用过的模具还可用小砂轮磨平待强化表面上的伤痕或黏着物，强化后不再刃磨的刀具，要预先磨好所需的几何角度，而待修复的量具有时要先将工作面研平，对于细小零件，为减少强化时的热影响和变形，可以将零件与导热良好的衬物连接。

# v: D( c$ p6 e$ R% y) @

　　③按要求选择电极材料/机型/工艺参数，以提高工件使用寿命为目的的强化，可以采用YG/YT/YW类硬质合金做电极，经这些材料强化后的工件表面具有硬度高，红硬性能好，耐腐蚀等特点，目前最常用的是YG8硬质合金，这是因为这种材料的电火花强化性能比较好，强化也比较均匀，以修复工件的砸伤，缺损为目的，则可以根据工件对硬度，厚度等的要求选择硬质合金，碳钢，合金钢，铜，铝等材料做为电极。

　　对机型的选择原则是::达到较理想的强化层厚度，硬度和粗糙度.如果对模具或机件表面有较高的要求，则可以采取多次电火花强化的工艺，即第一次高电压粗加工，然后第二次低电压精加工，根据工件对粗糙度和强化厚度的要求来决定，有时，为了保证厚度和粗糙度，往往采用多规准强化的方法。例如，先用强规准强化，使表面有较大的增厚量，然后用中规准强化使表面平整，最后用弱规准强化以降低粗糙度，也可以用两种或者一种规准强化，只要能满足技术要求即可。

　　冲裁模有配合间隙的要求，对于冲厚料的模具，因为原来的配合间隙较大，强化层的影响较小，但对于小间隙的模具强化厚度就不能忽视，因此选择规准时应该考虑到这一点。

　　2、强化操作过程

/ e1 R+ r+ L! L3 h" z8 v: A

　　3、模具(工件)强化后的处理

1 h% w# W! [6 I' ~' Z8 W/ J

　　①表面清理。强化结束后，要用干净的棉沙揩拭强化表面，去掉电蚀产物和沾着的污物，使强化层清晰显现，以便观察。在未强化到的加工面或个别突出的高点，就应及时补焊和修整，如果用25倍放大镜观察，就能很清楚地看到表面放电凹坑分布是否均匀，然后用千分尺等量具检测强化层的厚度，特别是对有配合间隙要求的工件，比如冷冲模，要仔细地检测其配合间隙.当需要了解强化层的硬度时，通常是用同种材料强化后做成金相试样，用显微硬度计测量强化层的横截面

" j% _5 Q. ~/ y

　　②研磨和刃磨：电火花强化层的表层精糙度通常是Ra3.2-1.6um，一般粗加工或半精工的冷冲模，电火花强化后即可使用。

　　对各类需要更细粗糙度的模具，或者要求刃口锋利的模具，为使模具刃口更锋利，可以用金刚石、油石或金相砂纸轻轻研磨强化层，经刃磨后再使用，冷冲模具刃口侧面强化之后可以先刃磨一次，这样刃口能保持更好的锋利。因为强化层较薄，即以研磨余量是有限的。经强化的模具使用到强化层未完全磨损之前即行再次强化，能对模具工作表面起保护作用，大大延长其使用寿命和精度，必须注意的是，模具强化后要严格测量其配合间隙和进行试模。

/ m; U/ Q# d# z8 c; s6 O

　　电火花表面强化实例：实例1冲片落三圆模具电火花熔渗硬质合金

- g) p" S* F. O/ X# B w( j

　　河北省丰润电机厂生产的单，三相交流异步电动机定转子片均采用0.5mm厚的硅钢片。一般冲片落三圆模具的原始加工方法是：Cr12钢经锻造和热处理退火后，粗/精车外圆和两端面及钻镗工作洞口，划线并在钻床上钻出所有固定用孔，攻丝、铰定位销孔，然后淬火，回火。热处理后对工作部分进行磨削。所得到的模具表面硬度只有52HRC左右，耐磨性亦不理想，平均一次刃磨只有2.2万冲

5 ^8 H" i, |2 S& x8 T( N# Z- I& }

　　次，寿命66万冲次。采用YG8硬度质合金作电极熔渗Cr12钢制的落圆模，平均一次刃磨为5.5万冲次，寿命可达165万冲次，表面粗糙度为Ra1.6um，轻微研磨熔渗面表面粗糙度可达到Ra0.8um.

6 W8 L5 J) V" L/ n1 h; G+ h

　　a=1mmb=1mm

7 L' G/ {: Z K/ L+ }9 f: H

　　实践表明，经过熔渗硬质合金后模具表面形成一层硬而耐磨的硬质合金层熔渗厚度为10-30um。硬度达到72HRC,用于硅钢片的冷冲模具，其寿命是来经强化处理的Cr12钢制模具的2.5倍。

3 N5 \) c' v4 }/ h R' n% P

　　实例2大型压型件模具电火花强化

( N" Z% r7 }5 u! ]; O . j; f6 X# W: {0 [/ a- ]. H

　　C62A型敞篷车的下侧门，中门和侧柱三种大型压型件的下料尺寸分别为：1300mm*986mm*5mm1940mm*820mm*5mm2242mm*432mm*7mm

　　压筋的深度为50mm左右，压模体积大，结构复杂，模具的制造和维修都比较困难。由于工件为中厚钢板，外形又比较复杂，所以模具在压型过程中受力条件恶劣，使用寿命短。特别是工件成型轮廓线条的接头和拐角等部位，一般在压制200~300件以后就会因模具塌陷或黏结杂物而使工件拉伤，严重时甚至使工件破裂。为改善模具的磨损于是采用了FUSSEN200冷焊机对易损的拐角等型面进行局部强化.下侧门压模压制10854件才出现拉伤，为强化前的36倍。

/ \8 ?! e, e2 P& Z. i7 ~ 2 R3 U4 d! H0 z! O- ?, q4 Z

　　实例3部分模具电火花强化后的使用效果

$ C. C4 N8 O' y+ ` + K& _1 B5 c5 }. N

　　模具名称模具材料工件材料强化部位强化效果

4 c3 F4 x9 f# t3 C* x7 F

　　强化前强化后

- Y2 y! x! Q c; f/ ^

　　铝压铸模3Cr2W8V

( ^5 K- X& h( Z+ ^

　　<58-62HRC> ZL104 型腔压铸温度700度压铸8件就粘模压铸温度700度压300余件无粘模

) M% k# g6 g) ]% r7 M- X: h% B, \

　　空缩机阀片复式冲模T8A/T10A/Cr12MoV等30CrMnSi/50CrVA等刃口

　　冲3000件

& {7 Y* y# `( ?2 c* h

　　冲10000件

2 U4 \+ u( Q5 C

　　35*56*12mm油封骨架冲模45#<241HB> A3/0.6-1.5mm 刃口

8 v2 {: K) f) s; C

　　提高寿命2倍

* b4 d& Q/ S# \3 _4 M5 ? 2 _, l# b3 @$ F+ t6 }0 a9 O' U

　　M12切角模9SiCr<55-58HRC>

3 s% o j& p6 L5 x

　　刃口切300-500件切8000-70000件

7 z; @- w& C: i* a

　　M12螺栓冷镦下模T10<58-61HRC>

. S+ c! ~) P% D& r) X& H% s

　　模孔前端10mm 镦5000~10000件

& F1 b6 c/ z% J% F, H

　　镦3万~5万件

4 X& q9 F. ?5 d 3 A! i% _9 m0 W/ R. T

　　M8冷镦螺帽六角模CrWMn<58-61HRC>

　　成型表面

$ k2 `( w2 k1 `( f7 c6 p/ q! X

　　提高3~5倍

1 d! O# d3 \0 Y' e 5 K" v# \5 D% k; x

　　模具名称模具材料工件材料强化部位强化效果

8 g1 E3 ?% [" p% X. G" I; \

　　强化前强化后

* ^1 v; ^) w6 C6 H/ ^/ F

　　冷冲模T10A(58-62HRC)A3 6mm

' u- S" m9 W/ j 1 g: j. G- j( H/ d: A- h

　　5套模具平均提高3倍

$ S3 f$ {% P/ y( @2 `% Z v7 w* [- s* `

　　洗衣机内筒卷边成形模45# F179洗衣机特制不锈钢板刃口/接触面每次刃磨卷10-15件卷100-150件

1 y$ p# p8 m6 b# H. o* l - }- J1 e( x' [9 t* j. U

　　冲模Cr12(60-62HRC) 薄板材刃口15000冲次55000冲次

8 t2 d: I2 g9 p3 z. s

　　套筒板手热压模3Cr12W8V 40Cr

" w8 b+ W" D* ^6 U3 t # M- e D/ ~" X1 ~; J! e

　　3000件4000件

7 t T8 u+ V7 a3 Z! F% l6 y! f

　　双槽冲模Cr12 0.15mm硅钢片

) c2 [. Z* [0 \ 0 [: \9 Y1 I4 G ]& ~1 z

　　5000件15000件

( w( W1 F- I% ~. x, k) k

　　煤车弹簧盖落料冲载模Cr12

　　冲裁10000次左右即损坏冲裁25000次左右仍保持着完好状态【MechNet】

; ~% g& p" u6 ~ " L$ B v0 ?8 E