因与校正工序复合，为保证锻件轮廓尺寸精度和便于安装调整，NKR轻卡前轴锻件热切边凹模设计为整体式结构，材料为5CrNiMo钢，硬度为42~46HRC。在生产初期（不足4000件），连续造成2块凹模薄弱部位出现贯穿状裂纹，底面严重下沉（见图1）。
图1 NKR前轴锻件切边凹模断裂位置（共两处，另一处平面位置基本对称）
1.凹模垫板 2.支撑墩
b.外侧开坡口保留段 e.底面 f0.切边力 f1.凹模垫板支撑力 f2.支撑墩支撑力 g.刃口轮廓 m.裂纹 n.坡口轮廓 s.底面下沉 k.刃口上平面
一般而言，模具修复工序较繁琐，且成本较高，故中小尺寸切边凹模断裂后往往直接废弃。对于图1所示大型切边凹模，不仅浪费较多材料，而且严重影响生产进度。因此，在短期内修复大型切边凹模，具有明显的技术经济意义。
切边凹模断裂的原因一般有模具设计、制造、使用等方面。由图1可见，凹模垫板漏孔轮廓偏大，致使凹模中段一侧呈舌状悬空，在A-A剖面及相邻剖面上，切边力f0与凹模垫板支撑力f1距离（力臂）较远，构成较大力偶，容易引起舌状悬空部分下沉。经数千次载荷反复作用，在凹模薄弱部位形成细微裂纹，扩展后造成断裂。
为避免模具再次发生类似失效，必须改进凹模座结构设计。具体措施：在舌状悬空下方增设3个材料为45钢的支撑墩2（焊接在下模底板上，见图1）。这样A-A及相邻剖面上切边力f0与支撑墩支撑力f2构成的力偶较小，改善了凹模薄弱部位受力状态。
此外，后续模具制造时，采取将凹模薄弱部位局部增厚的措施，将凹模刃口台阶高度由30mm减为10mm，以提高其承载能力。
堆焊是修复失效模具的一种常用手段。该模具的修复涉及凹模本体和刃口两部分。参照类似经验并结合厂家具体条件，确定该凹模修复工艺路线为：刃口打磨（扩大凹模磨损部位并清除微裂纹），开外侧坡口及清理缺陷→预热→堆焊（凹模本体外侧）→开内侧坡口及清理缺陷→堆焊（凹模本体内侧及刃口）→回火→切削加工→检验。其中，将凹模刃口打磨安排在开外侧坡口之前，目的是缩短堆焊凹模本体内、外侧之间的时间间隔，以利于工件处于较高温度。
该凹模轮廓尺寸大，焊接时易产生较大变形。因此，堆焊凹模本体外侧是整个修复工艺的重点与难点。
（a）凹模断裂部位
（b）凹模修复后状态
图2 切边凹模本体堆焊前与修复后的状态
为保证凹模本体焊透，堆焊前需将裂纹附近一定范围内的金属用碳弧气刨（或切削方法）去除，使裂纹部位拓宽成V型坡口。考虑到将凹模侧向立置既便于焊接操作（卧置需反复翻面，且容易出现翘曲变形），又有利于防止待焊的两块凹模之间错位，先保留一段内侧裂纹b（约10mm），外侧开坡口。图2为切边凹模本体堆焊前与修复后的状态，其中图2（a）所示凹模断裂部位已开外侧坡口，且保留了内侧裂纹。坡口的一边是原裂纹面，另一边用碳弧气刨刨成。接着，用砂轮打磨坡口两面，将残留裂纹、油污、碳刨残渣等所有影响焊接质量的杂质清除干净。开内侧坡口在完成外侧堆焊后进行，步骤及要求与开外侧坡口类似。
为减小堆焊层金属的冷却速度和结晶偏析，减小热应力，改善焊接性能，防止出现焊接裂纹，该凹模堆焊前必须进行预热。
预热一般按工件材料化学成分和散热尺寸，并参考焊材供货厂家提供的经验数据确定。该凹模的预热温度不得低于450℃。炉温升至设定值后直接装炉（台车式电阻炉）。按热透速度25mm/h计算，预热时间取6~8h。
适用于锻模或切边模堆焊的焊材有很多，考虑到凹模本体与刃口工作条件差异以及现有供货渠道、经济性、焊接设备条件，凹模本体部分选用与母材金属接近的RMD142焊丝，刃口部分采用RMD248焊条（使用前需在350℃下烘干2h），2种焊材的焊接性能及使用范围见表1。
工件预热到预定温度后出炉，利用2处凹模断裂部位保留的b段（见图1），确定待焊的2块之间的相对位置，位置度控制在1mm之内。凹模本体部分采用混合气体保护焊堆焊，焊接设备为NB-600KH可控硅式多功能焊机，修复切边凹模的焊接工艺参数见表2。
为保持凹模整体受热作用及引起的变形平衡，凹模2处本体外侧轮流交替施焊，即堆焊左边坡口第1层后，转为堆焊右边坡口第1层，再返回左边坡口堆焊第2层，继而堆焊右边坡口第2层，以此类推，自下而上。每焊一层必须将夹渣等杂质清除干净，再焊上一层，故安排2名工人在2个坡口位置同时操作，一人在左边坡口施焊时，另一人清理右边坡口（期间用铁锤敲击焊缝，以消除焊缝应力，避免产生裂纹）；焊右边坡口时反之。在堆焊过程中，还需注意各层焊接接头应错开。
外侧坡口容积大（764330mm3×2处），堆焊耗时长。若焊接过程中焊件温度低于300℃，应重新回炉升温。
外侧两处坡口堆焊至与周围平面齐平后即焊满，将工件放平，用碳弧气刨清除内侧残留裂纹（见图1b段）及焊瘤并打磨，同时应尽量缩短该步骤工作时间。由于内侧不便用焊机操作，改用手工操作，焊接设备为ZX5-630可控硅直流弧焊机。
刃口部位堆焊也采用手工操作，焊接工艺参数见表2。应注意保证堆焊金属在凹模刃口上平面k及刃口轮廓g方向超出3~5mm，留作切削加工余量。
为消除焊接内应力，避免模具出现变形、开裂现象，使焊缝化学成分、组织性能均匀，凹模堆焊完成后应尽快进行回火处理。回火工艺：先用2~3h随炉升温到550℃，保温8h后出炉；出炉后用耐火棉包裹模具，缓冷至室温。
切削加工在XK718数控铣床（工作台尺寸为1800mm×800mm）上进行。切削加工过程：先铣削凹模底面e，再铣削凹模刃口上平面k，最后铣削凹模刃口轮廓g。
铣削底面e之前需设法找平并安装妥当，铣削平面度不大于0.12mm。铣削刃口上平面k时，以凹模底面e为基准，保证凹模高度尺寸155mm，最后找正原刃口轮廓，加工出刃口轮廓g。
完成上述全部修复工作，一般需耗费5个工作日，有经验者还可缩短修复时间。
修复后的切边凹模经后续批量生产检验，一副模具可连续生产8761件锻件，而且修复与新制一副凹模相比，修复费用仅为新制费用的22%（见表3），生产周期由20天缩短为5天，保证了生产进度。
经实践检验，修复后凹模使用正常，修复费用仅为新制费用的22%，生产周期由20天缩短为5天，表明大型切边凹模焊接修复工艺可行，值得推广。
▍
▍内容来源：《模具工业》2015年第5期
联系客服
