精密塗層冷焊電火花表面強化工藝

電火花表面強化技術是直接利用電能的高能量密度對金屬表面進行強化的工藝，它是通過電火花放電的作用，把作為電極的導電材料熔滲進金屬工件的表層，從而形成合金化的表面強化層，使工件表面的物理，化學性能和力學性能得到改善。例如：採用WC、TiC等硬質合金電極材料強化高速鋼和合金工具鋼材料的工件，強化表面能形成顯微硬度1500HM以上的耐磨，耐蝕和其有紅硬性的強化層，使工件的使用壽命明顯提高，在700-800攝氏度的高溫下強化層仍具有很高的硬度，耐磨度。

電火花強化工藝在刀具，模具和機械零件上的運用取得了明顯的效果，還大量地應用於缺損，砸傷的模具，量具，精鑄件和機械零件的精密修復上面。

電火花強化層與基體的結合非常牢固，不會發生剝落。因為強化層是電極和工件材料在放電時的瞬時高溫高壓條件下重新合金化而形成的新合金層，而不是電極材料簡單的塗覆和堆積，而且合金層與基體金屬之間具有氮元素等的擴散層，如用石墨電極則有表面滲碳的效果。電極材料可根據用途自由選擇，如以提高耐磨性為目的，可以選用YG/YT或YW類硬質合金，用YG8硬質合金強化Gr12、3Cr2W8V等合金鋼，能形成高硬度，高耐磨，抗腐蝕的強化層，可使模具或機件的使用壽命提高1~3倍。

模具電火花強化工藝

應用表明，電火花強化工藝應用在模具的強化和磨損件的精密修補方面能夠取得很明顯的技術經濟效果。模具(機件)在磨損之後，利用電火花強化能使工件表面增厚的作用，可以進行精密修補，模具強化工藝主要包括：強化前的準備、強化方法、強化后處理和強化工件的使用等四個方面。

1、強化操作前的準備

①了解工件的工作性質和經強化后希望達到的技術要求，以便確定是否可以採用電火花強化工藝。就材料來說，一般碳鋼，合金工具鋼、鑄鐵等黑色金屬通常都可以強化，而有色金屬，如銅、鋁是可以修補的，但很難進行表面強化，對於模具來講，本身要經過淬硬處理使其具有合格的硬度，電火花強化不可能代替熱處理，電火花強化層雖然化較薄，只有0.05-0.1mm，但在很多情況下，10-20微米，甚至幾微米就能起良好的作用。然而需要強化的表面如果已經嚴重缺損，就無法用電火花來進行修補和強化了。比如，冷沖模具的配合間隙如果超差已達0.15mm以上，用FUSSEN200型冷焊機就不能使其修復。此外，粗糙度要求很細的工件，例如：薄片材料的沖模粗糙度要求在R.a0.3um以下，且配合精密要求很高，這就要根據情況進行考慮了具工作表面的耐磨度和硬度，所以各類模具的磨損通常都是局部性的，易磨損的部分都可以作為強化的部位，對提高模具的使用壽命效果顯著。例如：冷沖模在沖載過程中受到工件的反作用力和卸料，頂料時的摩擦力，在這些力的作用下，使凹模，凸模的刃口附近產生磨損，所以，冷沖模的主要強化部位是包圍刃口的側面A和端面B。

沖頭

凹模

②通常a取3~5mm，b取3mm左右，強化側面的模具間隙將比原來的縮小，這一點必須時刻注意。

根據不同的模具型和要求，又有三種不同的強化方法：第一種方法是A/B兩面都要強化，一般的薄板材落料模皆可採用;第二種方法是，只強化A面，強化之後將端平面刃口磨一次，磨削約0.2mm，以保持刃口鋒利。

當刃口變鈍之後，第二次刃磨即可繼續使用，而無須再強化A面；第三種方法是只強化B面而不強化A面，因此不影響模具間隙配合，適用於窄槽等一些無法強化側面的型腔，或者間隙配合已經很小，不允許再強化的模具。切斷模與冷沖模相似，它的強化部位也是包圍刃口的兩面，也可以只強化其中的一面。壓模用於壓型件的加工，磨損主要發生在工件對模具摩擦較大的部位，例如輪廓線的接頭，轉角或壓彎成型部分。所以大型壓模只需要強化這些部位即可，這樣可以節省工時和材料，而小型壓模可以強化整個工作面。拉延模的磨損主要發生在凹模模口的托料部位和圓角部分，一般只需要強化這些部分，凸模的稜角部位也可以強化，以保持零件的內圓半徑精密。

卷邊模在使用過程中對模具的工作面擠壓摩擦，使模具磨損，甚至出現凹槽。所以強化的部位主要是工作表面。

冷鐓模需要強化凹模模孔的前端，一是高度或成型表面。鍛模主要強化流動性較大的，易產生磨損的部位和毛邊槽的橋部，也可以強化整個工作表面。此外如勒光模，壓鑄模，熱壓模等都可以對整個工作表面進行強化。

工件工作表面的油污和銹斑會影響強化層的質量，應該用酒精，丙酮等溶劑去除油污，並用油石，砂紙擦去銹斑。已使用過的模具還可用小砂輪磨平待強化表面上的傷痕或黏著物，強化后不再刃磨的刀具，要預先磨好所需的幾何角度，而待修復的量具有時要先將工作面研平，對於細小零件，為減少強化時的熱影響和變形，可以將零件與導熱良好的襯物連接。

③按要求選擇電極材料/機型/工藝參數，以提高工件使用壽命為目的的強化，可以採用YG/YT/YW類硬質合金做電極，經這些材料強化后的工件表面具有硬度高，紅硬性能好，耐腐蝕等特點，目前最常用的是YG8硬質合金，這是因為這種材料的電火花強化性能比較好，強化也比較均勻，以修復工件的砸傷，缺損為目的，則可以根據工件對硬度，厚度等的要求選擇硬質合金，碳鋼，合金鋼，銅，鋁等材料做為電極。

對機型的選擇原則是::達到較理想的強化層厚度，硬度和粗糙度.如果對模具或機件表面有較高的要求，則可以採取多次電火花強化的工藝，即第一次高電壓粗加工，然後第二次低電壓精加工，根據工件對粗糙度和強化厚度的要求來決定，有時，為了保證厚度和粗糙度，往往採用多規准強化的方法。例如，先用強規准強化，使表面有較大的增厚量，然後用中規准強化使表面平整，最後用弱規准強化以降低粗糙度，也可以用兩種或者一種規准強化，只要能滿足技術要求即可。

沖裁模有配合間隙的要求，對於沖厚料的模具，因為原來的配合間隙較大，強化層的影響較小，但對於小間隙的模具強化厚度就不能忽視，因此選擇規準時應該考慮到這一點。

2、強化操作過程

3、模具(工件)強化后的處理

①表面清理。強化結束后，要用乾淨的棉沙揩拭強化表面，去掉電蝕產物和沾著的污物，使強化層清晰顯現，以便觀察。在未強化到的加工面或個別突出的高點，就應及時補焊和修整，如果用25倍放大鏡觀察，就能很清楚地看到表面放電凹坑分佈是否均勻，然後用千分尺等量具檢測強化層的厚度，特別是對有配合間隙要求的工件，比如冷沖模，要仔細地檢測其配合間隙.當需要了解強化層的硬度時，通常是用同種材料強化后做成金相試樣，用顯微硬度計測量強化層的橫截面

②研磨和刃磨：電火花強化層的表層精糙度通常是Ra3.2-1.6um，一般粗加工或半精工的冷沖模，電火花強化后即可使用。

對各類需要更細粗糙度的模具，或者要求刃口鋒利的模具，為使模具刃口更鋒利，可以用金剛石、油石或金相砂紙輕輕研磨強化層，經刃磨后再使用，冷沖模具刃口側面強化之後可以先刃磨一次，這樣刃口能保持更好的鋒利。因為強化層較薄，即以研磨余量是有限的。經強化的模具使用到強化層未完全磨損之前即行再次強化，能對模具工作表面起保護作用，大大延長其使用壽命和精度，必須注意的是，模具強化后要嚴格測量其配合間隙和進行試模。

電火花表面強化實例：實例1沖片落三圓模具電火花熔滲硬質合金

河北省豐潤電機廠生產的單，三相交流非同步電動機定轉子片均採用0.5mm厚的硅鋼片。一般沖片落三圓模具的原始加工方法是：Cr12鋼經鍛造和熱處理退火后，粗/精車外圓和兩端面及鑽鏜工作洞口，劃線並在鑽床上鑽出所有固定用孔，攻絲、鉸定位銷孔，然後淬火，回火。熱處理后對工作部分進行磨削。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2.2萬沖

次，壽命66萬沖次。採用YG8硬度質合金作電極熔滲Cr12鋼製的落圓模，平均一次刃磨為5.5萬沖次，壽命可達165萬沖次，表面粗糙度為Ra1.6um，輕微研磨熔滲面表面粗糙度可達到Ra0.8um.

a=1mmb=1mm

實踐表明，經過熔滲硬質合金后模具表面形成一層硬而耐磨的硬質合金層熔滲厚度為10-30um。硬度達到72HRC,用於硅鋼片的冷沖模具，其壽命是來經強化處理的Cr12鋼製模具的2.5倍。

實例2大型壓型件模具電火花強化

C62A型敞篷車的下側門，中門和側柱三種大型壓型件的下料尺寸分別為：1300mm*986mm*5mm1940mm*820mm*5mm2242mm*432mm*7mm

壓筋的深度為50mm左右，壓模體積大，結構複雜，模具的製造和維修都比較困難。由於工件為中厚鋼板，外形又比較複雜，所以模具在壓型過程中受力條件惡劣，使用壽命短。特別是工件成型輪廓線條的接頭和拐角等部位，一般在壓制200~300件以後就會因模具塌陷或黏結雜物而使工件拉傷，嚴重時甚至使工件破裂。為改善模具的磨損於是採用了FUSSEN200冷焊機對易損的拐角等型面進行局部強化.下側門壓模壓制10854件才出現拉傷，為強化前的36倍。

實例3部分模具電火花強化后的使用效果

模具名稱模具材料工件材料強化部位強化效果

強化前強化后

鋁壓鑄模3Cr2W8V

<58-62hrc> ZL104 型腔壓鑄溫度700度壓鑄8件就粘模壓鑄溫度700度壓300餘件無粘模

空縮機閥片複式沖模T8A/T10A/Cr12MoV等30CrMnSi/50CrVA等刃口

沖3000件

沖10000件

35*56*12mm油封骨架沖模45#<241hb> A3/0.6-1.5mm 刃口

提高壽命2倍

M12切角模9SiCr<55-58hrc>

刃口切300-500件切8000-70000件