泉州矿用槽形横梁

发动机活塞演变过程及锻钢活塞研究
活塞是汽车发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件恶劣的关键零部件之一。随着国五及国六排放标准实施，常规的铝合金和铸铁活塞已远远不能适应高性能发动机的高增压、低油耗、低排放等新技术要求。
锻钢结构活塞因的抗高温性能，可承受住重型商用车发动机的高爆发压力，成为了解决方案。爆发压力是发动机气缸里压力，它决定了发动机对外输出的功率及排放，发动机爆发压力在1961年只有110Bar，2000年上升到180Bar，随后几年加速上升至240Bar，预计2020年可达到270Bar。
随着越来越严苛的排放标准实施，中国汽车发动机行业将发生较大变化，尤其是重型柴油机对钢活塞的需求将会日益上升，锻钢活塞的需求量将会逐年攀升，市场前景会更加宽广。
发动机活塞产品介绍
活塞在高温、高压、高负荷条件下工作，对材料、机械性能要求相对比较高，要有足够的强度、刚度，重量要轻，以保证小的惯性，导热性还要好，还需耐高温、高压、腐蚀，保证充足的散热能力，且受热面积要小。按制造活塞的材料及演变过程可分为铝合金活塞、铸铁活塞、钢活塞三大类。
铝合金活塞
铝合金活塞材质轻，能有效降低总成重量，密度小，大大减小了活塞的质量及往复运动的惯性力。铝合金活塞常常应用于中小缸径的中高速内燃机上，工作过程中产生的惯性小，对高速内燃机的减振和降低发动机的质量有重要意义，典型铝合金活塞如图1所示。
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图1 铝合金活塞
铸铁活塞
现代发动机尤其是柴油机为了大幅度地提高热效率，增压程度不断提高，这使得气缸内部的热负荷明显增大。铝合金活塞本身固有的热强度不高、线膨胀系数较大的缺点越来越严重，使其在柴油机上的使用范围受到明显的限制。为此，在一些大负荷的柴油机上，开始采用热强度和耐磨性较高而线膨胀系数较低的铸铁活塞，铸铁的密度约为铝合金的3倍，中、小型卡车典型的铸铁活塞如图2所示。
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图2 铸铁活塞
锻造钢活塞
以上活塞都是采用铸造工艺进行生产，随着大马力汽车发动机快速发展，尤其是重型柴油发动机涡轮增压，低排放等要求的不断提高，传统铝合金及铸钢活塞材料已无法满足使用要求。目前国外很多公司已将钢活塞应用于高性能中重型柴油机上，如曼、卡特彼勒、康明斯、戴姆勒、沃尔沃、奔驰等公司。
钢的机械强度高，耐热性、耐蚀性以及耐磨性均优于铝合金和铸铁，具有高弹性模量，优良而稳定的高温性能和比较低的线膨胀系数等优点，但缺点是密度大、加工麻烦、成本高，对缸套的磨损严重，为使活塞质量更轻，通常将钢制活塞的结构设计得十分复杂，活塞裙部断面很薄，锻造工艺难度较大，复杂系数达到S4级别，钢活塞产品如图3所示。
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图3 商用车钢活塞
锻造钢活塞生产研究
锻造钢活塞在近几年发展比较迅速，是活塞产品的主流生产工艺，随着国家对环保力度的加强，发动机排放标准日趋严格，钢活塞产品的发展空间将会更大。锻造活塞对产品结构、形状要求严格，生产成本高，后续机加工难度比较大，在生产过程中容易产生模具寿命低、裙部充不满、裙部变形、淬火裂纹、表面质量不满足要求等问题。
活塞锻件结构分析
⑴活塞进、出油孔。
传统的钢活塞内腔进、出油孔都是通过机加工实现的，这样活塞产品内腔结构比较简单，模具内芯经过氮化处理后抗磨损性能加强，模具寿命较高。随着客户对产品要求的不断提高，原来经过机加工方式获得的进、出油孔结构需要采用锻造方式实现，这就给锻造工艺带来很大的难度，常见的活塞进、出油孔结构如图4所示。
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图4 常见活塞进、出油孔形状
目前高压缩比活塞产品进、出油孔结构比较复杂，个别出油孔直径只有φ8mm左右，拔模角在5°～10°，这样给模具制造带来很大难度，进、出油孔直径比较小，在模具上呈现凸起结构，耐磨性差，导致模具寿命偏低。同时客户对锻件进、出油孔尺寸精度要求非常高，有轮廓度、公差的要求，轮廓度要求±0.5mm，生产过程中模具稍有磨损就可能导致轮廓度**差，产生批量废品，油孔形状如图5所示。
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图5 高压缩比活塞进、出油孔形状
⑵锻钢活塞结构。
1)整体结构：发动机在国四排放标准之前，国内主流锻造活塞为整体结构，将活塞头与活塞裙集成为一体，锻件毛坯重量约为成品重量的2～2.5倍，经过机加工后成品重量比较轻，同时强度及性能都可以满足工况要求，活塞整体高度降低，减小了发动机高度，节约了装配空间，同时对减轻整车的重量有着积极的作用，但是这种结构的活塞加工成本较高，活塞油道环状凹槽加工难度大，对机加工设备、工艺、加工刀具的寿命具有很大的挑战性，典型的整体锻造钢活塞产品如图6所示。
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图6 整体钢结构活塞
2)铰接结构（钢活塞**部+铝合金裙部）：大马力发动机的活塞负载很大，所以要用钢材料，而活塞是往返运动件，消耗的能量很多，这就要求重量应尽量轻一些，所以底部还是要用轻材料铝合金，这样就诞生了铰接结构活塞，如图7所示。
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图7 铰接结构（锻钢+铝合金）
3)分体结构（钢活塞头+钢活塞裙）：活塞头和活塞裙通过激光焊接组成的活塞可以满足发动机排放标准要求，同时此种活塞以高压缩比，燃烧更充分等优点将逐渐替代整体钢活塞，锻造钢活塞头及活塞裙产品如图8所示。
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图8 分体结构（活塞头+活塞裙）
锻造过程模拟分析
活塞产品设计过程中采用Forge软件进行工艺模拟，通过对镦粗、预锻、终锻各工位数值模拟，在项目开发过程中将工艺、设计等问题的风险降到，经过几轮的工艺模拟论证，终确定数模用于模具加工制造。
⑴镦粗模拟结果分析。
镦粗工位主要控制坯料镦粗高度及去除氧化皮，镦粗高度对预锻件充满程度有很大影响，此活塞产品坯料高度由135mm镦粗至90mm。
⑵预锻模拟结果分析。
预锻是活塞产品工艺设计成败的关键，保证预锻充满良好的同时锻打力还不能**出锻造设备的额定吨位。图9所示状态均为设计厚度(N+1)mm时的模拟情况，预锻充满良好，预锻工位的锻打力在额定的设备吨位以内。
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图9 预锻充满情况
⑶终锻模拟结果分析。
终锻工序是保证客户终产品的工位，此工位的模拟结果直接影响现场实际生产时终锻件的质量，模拟参数的设置很关键，模拟步骤设置的越细结果越接近实际生产情况。
终锻件充满情况如图10所示，由模拟结果可以看出，在厚度尺寸+1mm情况下，终锻件充满良好，这样设置模拟的目的是保证实际生产过程中锻件充满，为充满预留一定的保险系数，同时也为实际生产原材料下料提供数据参考。
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图10 终锻充满情况
总结
锻造钢活塞是发动机活塞将来发展的趋势，也是主流生产工艺，一汽锻造公司没有该类产品的开发经验，在公司的大力支持下，项目团队临危受命，经过两年多的技术攻关实现活塞产品大批量生产，产品质量获得客户的充分认可。开发过程中获得**一项，技术创新二十余项，后续针对未关闭的项目加大研发力度，突破锻钢活塞技术、工艺难题，为公司提质、降本、增效提供强有力的支持。

基于数值模拟的多楔带轮成形工艺研究
带轮作为一种重要的传动零件， 广泛应用于汽车、农机、水泵以及机床等机械设备传动中。带轮传统加工方法是采用铸、锻毛坯经切削加工而成，特点是浪费材料、生产效率低，产品具有精度低、笨重、转动惯量大等缺点。随着科学技术的发展进步，锻压及旋压技术以其节能节材、生产效率高、产品性能好、合格率高等优点，逐步推广应用到带轮的实际生产中。
带有凸台的多楔带轮的成形采取锻压与旋压相结合的成形工艺，而关于影响复杂结构多楔带轮成形质量的工艺参数，并没有明确的研究结果可以参考，故零件生产多结合有限元模拟和试验分析得到较为合适的参数，并在此基础上进行下一步的优化。根据材料的拉伸系数计算拉伸道次，结合冲压与锻造技术并采用有限元模拟软件DEFORM-3D进行数值模拟，分析成形过程中的应力、应变分布，为锻压成形多楔带轮的实际生产提供参考。
零件结构分析
带有凸台的多楔带轮结构如图1、图2所示，在旋压成形多楔齿之前需经过锻压成形内筒及凸台，其中凸台的成形难度较大。多楔带轮材料为DD13钢，基本力学性能如下：屈服强度为325MPa，密度为7.851g/cm3，弹性模量为205GPa，泊松比为0.29。
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图1 多楔带轮结构图
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图2 多楔带轮三维示意图
锻压成形工艺分析
根据体积不变原理，利用Pro/Engineer对多楔带轮体积进行计算，同时考虑预留加工余量，确定选用厚度为3mm，直径为206mm的板坯进行制坯。根据零件结构特点制定其锻压成形工艺路线：多道次拉深成形内筒→冷锻内筒→成形凸台→成形外圆弧。
内筒的多道次拉深成形工艺参数可查询冲压手册，为尽可能降低板坯减薄程度，设计三道次拉深成形内筒。通过查阅带凸缘拉深系数表并且结合生产实际，设计次拉深系数m1=0.52。由拉深系数计算公式：
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其中，m为拉深系数，d为筒壁直径(mm），D为毛坯直径(mm）。计算得拉深直径为d1=107mm。后两道次拉深系数通过查询冲压手册并结合实际取m2=0.75，m3=0.77。故拉深直径分别为d2=80mm，d3=61.3mm。凹模圆角半径的计算公式如公式2所示：
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其中，t 为坯料厚度(mm），D 为毛坯直径(mm），d为次拉深后筒壁直径(mm）。计算出*1次拉深中凹模圆角半径r1为14mm。由此可确定出后续拉深的凹模圆角半径为：r2=10mm，r3=7mm。由于内筒的成形属于变薄拉深，在经过三道次的拉深成形之后需经过冷镦工步对内筒筒壁增厚，故**道次的拉深高度需大于零件内筒的图纸尺寸，结合实际生产经验**道次拉深高度为h=24mm。
有限元模型建立
利用Pro/Engineer建立工件和各道次模具的三维模型，基于Deform-3D软件对多道次成形过程进行模拟分析，模拟采用“SI”公制单位，实际生产中材料为DD13，模拟选择材料库中与之相近的AISI-1008，坯料设置为塑性体，模具为刚性体，网格数量划分为150000个，并运用局部网格细化技术对坯料中间部分进行网格细化分。根据生产实际将摩擦因数设置为0.12，冲压速度为10mm/s，温度为20℃。图3所示为道次模具结构。
模拟结果分析
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图3 *1道次拉深成形模具图
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图4 至*三道次等效应变分布图
道次至*三道次有限元模拟的等效应变分布如图4所示。由图4(a）可见应变值较大处出现在内筒上下圆角处，即内筒上下圆角处变形程度较大。由于*二道次和*三道次的拉深高度不再变化，只在筒径上发生变化，故内筒的上侧圆角处应力较为集中，如图4(b）和图4(c）所示。*三道次筒径缩小到61.3mm，已近似于零件内筒直径61mm，此时内筒圆角及筒壁处壁厚发生了减薄。有限元模拟过程中未出现刮料、折叠缺陷，成形质量较好。
*四道次冷镦成形内筒。由于**道次的拉深使内筒筒壁及圆角处有所减薄，所以冷镦内筒的目的是增厚内筒筒壁及内筒上侧圆角以保证后续零件的成形质量。冷镦工艺是一种精密塑性成形技术，具有制品的机械性能好、生产率高和材料利用率高，特别适合于大批量生产等优点。由图5等效应变分布图可知，坯料内筒上圆角处应变值较大，因上圆角处圆角半径较大，在上模下压时坯料上圆角处与下模发生刮蹭，故出现应力集中的现象。从成形结果上看内筒筒壁及上侧圆角处金属充填饱满，满足后续加工要求。锻压成形过程中载荷出现在该道次，*四道次载荷图如图6所示，载荷为184吨。
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图5 *四道次等效应变分布图
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图6 *四道次载荷图
*五道次冲压预成形凸台以及轮辐与内筒相接的圆角，*六道次通过局部加载凸台处的上模具将凸台锻造至零件要求壁厚。通过锻造工艺使凸台处近净成形，减少机加工量；同时使金属材料向四周圆角处流动充填，提高产品表面光洁度和产品精度；并且可以改变金属组织，提高金属性能。*五道次至*六道次等效应变分布图如图7所示。成形过程中没有出现刮料、折叠等缺陷，但是从图7(b）可见凸台圆角处未充填饱满，这是由于凸台高度较高，冲压过程中减薄较严重引起的。
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图7 *五道次至*六道次等效应变分布图
工艺优化
为解决成形方案中凸台圆角处充填不饱满的问题，考虑在成形凸台之前增加一道次，在内筒与轮辐之间作圆弧过渡，使坯料在凸台处聚料，后两道次按照成形方案的模具进行模拟。增加在凸台处聚料的道次及成形凸台后一道次的应变分布图如图8、图9所示。从成形结果看，凸台圆角处充填饱满，并且没有缺陷产生，成形效果较好，故该成形方案可以有效地解决凸台处减薄严重的问题。对比各道次等效应变值可以发现，随着道次的增加，材料内累积的应变值越来越大。
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图8 增加道次的等效应变图
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图9 凸台成形等效应变图
后一道次冲压成形外圆弧，该道次是为后续旋压成形轮缘及多楔齿做准备，等效应变图如图10所示。可见内筒上圆角和凸台处的应变值较大。终成形结果图如图11所示，成形效果良好。经过测量各处壁厚均达到后续加工要求。
试验验证
根据模拟分析结果，利用YQK-200型液压机进行试验，得到了合格的样件，多楔带轮锻压试件如图12所示。可以看出凸台部分成形质量较好，试件表面光洁度较高，未出现刮料、叠料等现象，经测量试件各关键部位处壁厚均达到后续加工要求。通过试验验证了该锻压工艺的正确性，可为实际生产提供指导。
结论
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图10 终成形等效应变分布图
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图11 终模拟结果图
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图12 多楔带轮锻压试件
通过对双凸台多楔带轮锻压工艺方案进行深入分析，将冲压工艺和锻造工艺相结合，采用有限元软件Deform-3D对其成形工艺进行了数值模拟，分析了其成形过程中的应力应变分布，并进行了工艺试验验证，结论如下。
⑴双凸台多楔带轮结构较复杂，为控制内筒的减薄程度，内筒需采用多道次拉深成形，结合材料的拉深系数计算拉深道次，并计算各道次拉深的工艺参数。成形过程中应变主要集中在内筒上下圆角处，有轻微的减薄，后续通过冷镦工艺对筒壁及圆角处进行了有效增厚。
⑵凸台的成形需结合冲压技术和锻造技术，控制金属流动方向和速度，保证其成形质量。并通过工艺优化解决了凸台处壁厚减薄严重的问题。
⑶结合有限元模拟结果，通过试验验证了工艺的可行性，得到了符合要求的锻压件。

简叙锻造模具设计及其发展（下）
模架设计
模架又称模座，夹持器。模架是用于定位和紧固模块并传递设备锻造力和锻件**出运动的主要部件，它承受锻造过程中的全部载荷。
四种通用模锻设备（模锻锤、螺旋压力机、热模锻压力机和模锻液压机）中，除模锻锤没有模架外，其他三种模锻设备均有模架。模架型式很多，按模具定位方式分类有窝座式、十字键槽式等。
在压力机上模锻，模块是经常更换的，而模架则长期使用，模架属于装备。一般模架使用年限应在20年以上。而且模架重量较重，制造复杂，价格高。一旦制成就难以改动。
通用模架重量：MP型16MN热模锻压力机窝座式通用模架重量5～6t；25MN热模锻压力机模架重量6～8t；40MN热模锻压力机模架重量11～16t（其中十字键槽式模架重量约11t，而窝座式模架重量约16t）；而125MN热模锻压力机模架重量50～65t。因此对模架设计、制造和使用必须足够重视。模架重量由设备封闭高度和模架结构确定。
模架结构和制造精度直接影响模具结构和锻件精度，应引起高度重视。为了确保模架精度，应定期对模架进行检测和维护，并定期检修（一般应每年检测和维护）。
模架种类及其用途
模架按用途分类，有通用模架和模架，模架按模块定位方式分类，有十字键槽模架和窝座式模架。
⑴通用模架。通用模架系指各类锻件开式模锻和闭式模锻的模具均可在其上安装生产。一般有窝座式通用模架和十字键槽式通用模架。
⑵模架。一般用于大批量单品种生产，锻件精度高。常用的模架有：1)挤压成形模架；2)闭塞模锻模架（带活动模座，具有水平或垂直可分凹模结构）；3)机械化模架（具有步进梁传送装置）。
通用模架设计基本要求
⑴通用模架组。模架由上模座和下模座（又称模板或底板）、上垫板和下垫板、上模块和下模块、**出装置、导向装置及模具定位与紧固件组成。对于螺旋压力机，模架应拥有独立承击块，由于模块不设承击面，模块体积小，降低模具材料成本和制造成本。另外，还提高模具使用寿命。
⑵通用模架设计基本要求。
1)模架结构力求具有较大通用性、**性，以适应多品种生产。
2)模架应具有足够的强度、刚度和韧性，防止模架变形和断裂。为此，模架内各种承受锻造负荷的零部件，包括上模座和下模座，均应采用合金钢制造并进行热处理。上模座和下模座以及垫板建议采用5CrNiMo模具钢。
3)模架导向装置务必达到高精度，一般采用导柱导套装置，若是精密模锻，还需要匹配X导轨导向装置，其导向精度达到0.02～0.05mm。
4)模架内设置的**出装置应**出顺畅有延时，有足够**出行程和**出力，并达到可靠、耐用，便于修理和更换。
5)模架应确保模块定位准确，紧固可靠，又操作（含调整和装卸）方便。
6)模架上应设有起重孔或起重棒。
窝座式通用模架
⑴特征。
图7是热模锻压力机窝座式通用模架，在上模座和下模座内具有安装模具的窝座，模块紧靠模架窝座内的三个相互垂直的平面定位，采用斜面压板紧固。若是摩擦或电动螺旋压力机模架，还应在模架上设计独立承击块，这样模具就不需要设计承击面，不仅模块体积小，而且提高模具使用寿命。
⑵优点。
1)模块定位准确，紧固牢靠。窝座式模架是压力机使用广泛的典型结构。
2)适用于锻件批量大、精度高的生产场合。
3)模架制造精度高。模架上模座和下模座三个相互垂直的模具定位基准平面的尺寸制造公差为为±0.02mm，形位公差为0.02～0.05mm。若模具对应的三个相互垂直的定位基准平面尺寸制造公差也达到±0.02mm，形位公差为0.02～0.05mm，则模具安装后即可开始生产，模具做到安装免调整，提高劳动生产率。
4）模架导向精度高。模架一般采用“导柱导套”导向装置，若是精密模锻，则还需要增加X导轨导向机构，较大提高导向精度。
⑶缺点。
需要有较强模具制造能力和较高制模精度。通用性和互换性没有十字键式通用模架好。
十字键式通用模架
图8是热模锻压力机十字键式通用模架，模具十字键定位，用T字形螺栓和L形压板紧固。
⑴特征。
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图7 热模锻压力机导柱导套窝座式通用模架
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图8 十字键槽式通用模架
上模座和下模座均为平面，模座上放置垫板，垫板上放置模具。在模具、垫板、模座之间原先均采用互成直角、呈十字的键进行前后、左右定位和调整（图8）。即模块用十字键定位，T字形螺栓和L形压板紧固。垫板上面和下面均加工有互成直角、呈十字的键槽，并采用键定位，这样就削弱了垫板强度。为了提高垫板强度宜采用将垫板放置在上模座和下模座窝座内，并采用螺栓紧固。
⑵优点。
1)通用性和**性较好，适应多品种、不同尺寸锻件，故适合中、小批量以及需要经常进行反复生产场合。
2)模架制造比较简单，不需要大型龙门铣床。
3)模架重量较轻，因为上、下模座均为平面，没有框，故比窝座式模架重量约轻20%～25%。
(3)缺点。
1)模具十字键定位，刚性差，键槽磨损较快，影响锻件精度，增加生产过程模具调整工作量（调整锻件错差）。
2)垫板强度弱，因为垫板上面加工有十字键槽，削弱了垫板强度，易发生开裂。模具也易开裂。
锻件发展方向是锻件精度不断提高，不仅锻件公差不断减小，而且加工余量也不断减小，锻件属精化毛坯（省略粗加工）。为了提高锻件精度和缩短换模时间，提高模锻设备生产能力，提高生产率。宜采用窝座式通用模架，并开始采用自动液压锁紧窝座式通用模架，故十字键式通用模架正在逐步淘汰。
自动液压锁紧窝座式通用模架
为了快速定位和紧固模具，并达到免调整安装模具，近年来产生自动液压锁紧窝座式通用模架，模块靠窝座内三个相互垂直的平面定位，采用自动液压斜面压板紧固模具，可以快速换模，一般仅需要20～30分钟。
这种模架由机构将模块推入模架窝座内，并紧靠模架窝座内三个相互垂直的定位平面，然后采用自动液压锁紧的斜楔块将模块压紧。做到模块快速安装，并免调整安装模具。但是模具模膛和定位面制造精度要求高，模架窝座定位平面尺寸公差为±0.02mm，垂直度、平行度和平面度等形位公差为0.02～0.05mm。这种自动液压锁紧窝座式通用模架将是模锻企业今后发展方向。
伴随着加工设备的快速发展，模具及模架制造精度的提高，锻造模具已经向着安装免调整方向发展，实现减少更换模具的调整时间，从而提高生产率。另外，由于模架和模具导向精度高，取消模具导向锁扣，减少模块体积和模具材料成本，并应避免安装繁琐，调整困难。
模架设计应做到导向精度高、**出装置动作顺畅有延时，具有足够的**出行程和**出力，还要做到模具定位精确、紧固牢靠，并能快速装卸模具等。据调研，已经有锻造企业开始采用自动锁紧窝座式通用模架，做到模具安装免调整。

激光焊接技术在电镀模具的应用
随着模具电镀（表面镀铬）技术的日趋成熟，为了防止制件拉毛缺陷，拉延模具表面进行电镀已经成为常态化，目前汽车覆盖件主机厂60%以上的模具在调试稳定后都需要电镀。电镀后的拉延模一旦损伤，以传统的方法修复成本较高，维修周期长。本文介绍了一种针对电镀拉延模具简单快捷、维修成本低的修复方法—激光焊接修复法（本文使用的激光焊机型号为ALM200），可以有效降低维修成本及维修时间。
传统电镀模具修复方法及优缺点
模具镀铬技术是在模具工作表面电镀上一层金属铬，铬层具有很高的硬度，其硬度一般可达到64HRC以上、且表面粗糙度小，使得电镀模有很好的耐磨性。同时镀铬层也具有较好的耐热性。然而电镀模具一旦损伤再修复及其困难。传统电镀模具损伤后的修复方法有两种。
一种是直接光顺模具或者用气焊烤起模具损伤部位再研修。此种方法的维修周期短，一般根据模具损伤面及损伤部位，在几十分钟到几个小时内即可完成。但直接光顺模具，电镀层会遭到进一步的破坏（图1），在镀层与非镀层交汇处制件成形后往往会产生质量缺陷。另外气焊的温度能够达到3200℃，模具电镀层在烘烤后必然会遭到破坏(图2）。
另一种方法是先脱镀再修复，修复完成后再电镀。其优点是可以彻底消除制件质量缺陷保正模具的成形的稳定性，但是脱镀后重新电镀的维修成本高。以普通车型翼子板为例，脱镀后重新电镀一次大约需要3～4万元，而且此方法的维修周期长，一个脱镀电镀加维修的周期至少需要3到5天时间，维修期间需要充分考虑模具的产量及生产周期。
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图1 电镀层光顺后损坏
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图2 电镀层气焊烘烤后损坏
传统方法修复时往往涉及到烧焊，普通焊接温度较高，而且辐射范围大，会较大的破坏电镀层。据铁碳合金相图可知，铸铁的熔化温度至少在1148℃，远**电镀层的损坏温度(700℃），而手工氩弧焊的电弧温度可以达到10000℃以上，手工电焊的电弧温度也在6000℃～8000℃，这样电镀层周围很大区域都会受到电弧的热影响。普通焊接的焊接层的余量不易控制，较大余量较易造成在研修过程中电镀层二次损伤(图3）。
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图3 镀层烧焊边缘损坏
激光焊接
目前主机厂常用焊接设备（手工氩弧焊与手工电弧焊）热量高，并且热辐射范围大是导致修复电镀拉延模具失败的根本原因，那么要想更加有效的修复电镀拉延模具，就需要有一种好的焊接方法，热量低并且热影响范围小。
通过对比和多次实验，发现激光焊具两个优点：⑴热量小，焊接边缘不易咬边；⑵焊接精准，烧焊层的厚度易于控制，目前激光焊设备焊层可控制在0.2～0.6mm。
图4为型号ALM200的激光焊机。图5为该焊机焊接时的照片。激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种焊接方法。焊接过程中热量从表面逐渐传递到内部，使工件熔化形成熔池，再向熔池内添加焊丝，以形成激光焊缝。
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图4 ALM200激光焊机
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图5 ALM200焊接照片
ALM200激光焊机的使用方法
⑴调节立体显微镜。1）调节目镜镜筒以配合眼睛瞳孔间的距离。2）定位眼睛观察位置。3）调整眼睛接触点。4）调整视力矫正设定。
⑵开启焊机。等待直到准备好的绿色指示灯点亮。
⑶准备工作。1）移动激光焊机接近工作位置。2）定位光标到焊接位置。
⑷焊接。1）打开激光安全闸门。2）设定所需的激光参数数值。3）将氩气的开关靠近激光焦点合适的位置上。
⑸关闭焊机。1）向左方向转动主电源开关，使之转动到关断位置。2）关闭氩气气瓶上的阀门。
ALM200激光焊机参数的选定
结合实际操作，总结经验参数选定方案如下。
⑴焊丝直径。焊丝直径的选择与所焊接的零件形状有关。一般在焊接较大面积的焊接堆填，可以用直径0.7mm或0.6mm的焊丝。一般的边线和较精细的平面，可以用直径0.4mm或0.5mm的焊丝。一般精细的边线和精细尖角，可以用直径0.2mm或0.3mm的焊丝。焊丝的直径一般不应**过0.8mm。
⑵光束直径。光束直径的选择与所选用的焊丝直径有关，一般为焊丝直径的1.2～2倍，在此范围内看所需焊补零件的部位情况而定，如平面大面积的堆填，可以用到2倍。尖角位置的补焊，可以用1.2倍再取整调节出激光束大小的值。较为常用的为1.4或1.5倍左右。如0.3mm的焊丝，用直径0.4mm，直径0.5mm，直径0.6mm的光束，而较常用的为0.5mm的光束直径。
⑶激光脉冲持续时间。一般使用的时间长度为4ms到7ms之间为宜，较常用的参数为5ms左右。
⑷激光产生频率。激光产生频率是焊接速度的参数，其与焊接操作者的熟练程度、所焊接零件焊接难易程度及复杂程度有关。焊接操作者的熟练程度越高，对焊接技术把握越好，就可以使用较高的焊接频率以提高速度，提高工作效率。反之，则需要使用较低的焊接频率，以把握好焊接的质量和可靠性。
⑸焊接脉冲波形。该参数有4种，S-，S1，S2，S3，其中S-的波形是不可变动的固定方波，S1，S2，S3是用户自定义的波形，一般情况下选用S-。
⑹焊机的焊接电压。在以上参数确定后，一般情况下，焊丝直径大，电压需调高，焊丝直径小，电压需调低。激光光束直径大，电压需调高，激光光束直径小，电压需调低。激光激励时间长，电压需稍低，激光激励时间短，电压需稍高。波形样式中波形削减越多，电压在与方波情况相比则需越高。焊接工件焊点面积大，热量散失多，电压就需调高。焊接工件越精细，尖角，锐边的情况，电压就需稍调低。
⑺氩气的调节。一般情况下，氩气的流量可以控制在每分钟5升到7升，在焊接工件部位复杂，喷气角度不方便调，需使用两支喷嘴时，可适当加大流量，一般也不**过每分钟12升。
激光焊接修复实例
以下以某车型前门外板拉延凸模为例，介绍激光焊接的具体修复。
⑴损坏情况。生产过程中模具垫异物损坏，损坏深度约0.2mm，损坏区域直径约为10mm，如图6所示。
⑵焊接方法。本次焊接使用直径为0.4mm的激光焊焊丝，烧焊一层即可达到烧焊高度要求，图7为焊接后的状态，烧焊边缘电镀层没有损坏，烧焊边缘没有咬口。
⑶研修方法。
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图6 模具损伤照片
1）在研磨量较大时根据使用工具的种类选用砂轮机或者角磨机，研修过程中要用研板和刀口尺检查研修后的型面（图8），研修剩余大约0.02mm的余量。
2）用小油石（油石颗粒密度120左右）去除烧焊处的高点(图9），并用研板和刀口尺检查，研修至剩余大约0.005mm的余量。
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图7 焊接后效果图
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图8 研板刀口检查
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图9 小油石去高点
表1 实际工作中总结的焊接参数（根据实际情况可微量调整）
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图10 大油石光顺
3）用大油石（颗粒密度250左右）研修光顺整个烧焊周围的型面，直至烧焊处与周围电镀层完全接上 (图10）。
⑷修复的效果。
1）本次维修烧焊30分钟，研修30分钟，较大的缩短维修周期，提高了工作效率。2）图11为修复后的效果，研修后焊点周围电镀层无损坏，制件表面无缺陷。
结论
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图11 修复效果
⑴通过多次利用激光焊接技术对电镀拉延模具的成功修复，证明激光焊接技术修复法是一项比较成熟的修复方法，已形成操作标准。
⑵在大量的修复工作中，针对焊接不同材料，不同型面的模具，总结出了较合适的焊接参数(表1）。