CN101549946B - 硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法 - Google Patents

Abstract

一种硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，属于玻璃模具加工技术领域。包括的步骤：型腔预加工；预热；焊前处理；焊接；退火；精加工。优点：能将镍基合金可靠地与硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔结合，充分利用铜合金和镍基合金两种材料的特性来适应玻璃制品制造商对模具所期望的适应高机速和使用寿命长的要求；方法简单并且成本低，能满足于工业化生产要求。

Description

硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法

技术领域

本发明属于玻璃模具加工技术领域，具体涉及一种硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法。

背景技术

为了有效地延长由材料为耐热铁合金铸件制作的玻璃模具的使用寿命，通常采用手工热喷涂工艺(氧乙炔火焰喷涂)向易受损的玻璃模具型腔中喷涂镍基合金粉，形成镍基合金层。由于镍基合金具有良好的抗腐蚀性、抗氧化性、抗热疲劳性能等特点，因此向玻璃模具型腔内喷涂镍基合金粉的方法无疑可延长玻璃模具的寿命。但是由于制作玻璃模具的基体材料为耐热铁合金铸件，而耐热铁合金铸件的致命弱点是热传导性能差，因而无法满足玻璃制品制造商所期取的高机速要求。周知，硅铜合金材料的热传导性能是耐热铁合金铸件材料无可比拟的，因此若使用硅铜合金作为玻璃模具的母材基体，那么能满足玻璃制品制造商所期望的高机速要求，但是又存在使用寿命短的问题。或许模具制造业界会不加思索地想到对硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔内也同样以手工热喷涂工艺喷涂镍基合金，藉以使前述的两种不同材料的母材基体的优势兼得，即，既满足高机速要求，又满足使用寿命长的要求。但是，实践证明：手工热喷涂工艺涂层孔隙度较大，与基体材料的结合强度较低，无法使镍基合金与铜合金良好结合，上机使用后易脱落，无法满足制瓶企业的要求，因此给玻璃模具制造厂商提出了技术挑战的课题。

发明内容

本发明的任务是要提供一种硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，该方法能使镍基合金与铜合金可靠结合而藉以避免在使用中的脱落现象并且工艺过程简练和成本低廉，有助于工业化批量生产，得到的模具能满足高机速和使用寿命长的要求。

本发明的任务是这样来完成的，一种硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，它包括以下步骤：

A)型腔预加工，对由前道工序浇铸得到的硅铜合金为母材基体的模具毛坯的型腔进行铣加工，铣除型腔表面皮层，并且在型腔四周向外扩展出焊位，控制所扩展出的焊位的尺寸，再对型腔的高度方向以间隔状态地开设用于增强镍基合金与所述母材基体相结合的结合强度的横向凹槽，得到待预热工件；

B)预热，将待预热工件放置于加热炉内预热，并且控制预热温度和预热时间，出炉后，得到待焊工件；

C)焊前处理，对待焊工件的型腔、凹槽以及预留焊位部位进行清洁处理；

D)焊接，将镍基合金焊丝焊接到型腔内，并且控制焊接机的焊接电流和控制所选用的镍基合金焊丝的规格以及控制每次焊接的焊层厚度，得到焊接后的半成品工件；

E)退火，将焊接后的半成品工件置入退火炉中退火，冷却后得到待精加工工件；

F)精加工，将待精加工工件通过铣加工、车加工和抛光工序后得到型腔内填充镍基合金的硅铜合金为母材基体的玻璃模具成品。

在本发明的一个具体的实施例中，步骤A)中所述的焊位的尺寸为1-2mm，并且对所有尖锐转角采用圆弧过渡。

在本发明的另一个具体的实施例中，步骤A)中所述的凹槽的宽度为1-1.2mm，深度为0.45-0.6mm，相邻凹槽之间的间距为6-8mm。

在本发明的再一个具体的实施例中，步骤B)中所述的控制预热温度和预热时间是指将预热温度和预热时间分别控制为300-400℃、30-60min。

在本发明的又一个具体的实施例中，步骤C)中所述的清洁处理是对型腔表面、凹槽和被焊位预留的边际部位清除灰尘和氧化物。

在本发明的还一个具体的实施例中，所述的清洁处理所用的工具为金属刷子，所述的金属刷子是刷芒为铜丝的刷子。

在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤D)中所述的焊接为采用直流氩弧焊机焊接，所述的控制焊接电流是将焊接电流控制为160-180A，所述的控制镍基合金焊丝的规格是将镍基合金焊丝的规格选用直径2.4mm的NiCr-3型焊丝。

在本发明的进而一个具体的实施例中，步骤D)中所述的控制每次焊接的焊层的厚度为1.0mm-1.6mm，焊接次数为2-4次。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，步骤E)中所述的退火的退火温为300-500℃，保温时间为1-2h。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，步骤E)中所述的冷却为随炉冷却，冷却时间为≥8h。

本发明所提供的技术方案的优点在于：能将镍基合金可靠地与硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔结合，充分利用铜合金和镍基合金两种材料的特性来适应玻璃制品制造商对模具所期望的适应高机速和使用寿命长的要求；方法简单并且成本低，能满足于工业化生产要求。

具体实施方式

实施例1：

以加工型腔最大直径为25±0.05mm，高度为30±0.05mm的玻璃模具为例。

A)型腔预加工，优选而非限于地选用由中国宁夏小巨人有限公司生产销售的型号为VT160AN/2P立式加工中心对由前道工序浇铸得到的硅铜合金为母材基体的模具毛坯的型腔进行铣加工，铣除型腔内的表面皮层，在铣加工过程中，对型腔四周向外扩展出1mm的焊位(焊接位置或称焊接部位)，使型腔的最大直径变为27mm，高度为32mm，再对型腔的高度方向以8mm相间隔地开设三条凹槽，各凹槽的宽度为1mm，深度为0.45mm，凹槽的作用是：用于增强镍基合金与所述的母材基体(硅铜合金母材基体)相结合的结合强度(榫卯效应)，凹槽与型腔的所有尖锐转角部位均采用圆弧过渡，得到待预热工件；

B)预热，将由步骤A)所得到的待预热工件放置于(送入)加热炉中预热，预热温度为300℃，时间即恒温时间为60min，出炉后，得到待焊工件；

C)焊前处理，用刷芒为铜丝制的铜刷对由步骤B)所得到的等焊工件的型腔(模具的型腔，以下同)、凹槽以及在步骤A)中被焊位预留的1mm的区域进行清洁，藉以清除灰尘和氧化物；

D)焊接，优选而非限于地使用由中国广东省深圳市瑞凌电器有限公司生产的瑞凌之星型号为WSM-315型氩弧焊机，镍基合金焊丝选用由美国ARCOS公司生产的规格为3/23″X32″的ERNiCr-3型焊丝，焊接电流：焊接第一层时为180A，第二层时为175A，待焊接部位形成熔池后加焊丝焊接第一层，第一层焊完后，去除第一层焊接表面的氧化物(用步骤C)中所述的铜刷)，然后再焊接第二层，每层的焊接厚度为1mm，得到型腔最大直径为23mm，高度为32mm的半成品工件；

E)退火，将由步骤D)得到的焊接后的半成品工件放入(送入)退火炉中，炉温控制为300℃，时间控制为60min，随炉冷却即缓冷8h后出炉，得到待精加工工件；

F)精加工，将由步骤E)得到的待精加工工件采用步骤A)中所述的立式加工中心铣加工，将型腔粗加工，使型腔最大直径为24.5mm，高度为30.5mm，然后用前述的立式加工中心的型号为QTN150数控车床对型腔精加工至直径25mm，高度为30+0.05mm，而后经抛光，得到型腔内充填有镍基合金的硅铜合金为母材基体的玻璃模具。

经检测型腔镍基合金层处，镍基合金与铜基体结合处无焊接气孔和裂纹，镍基合金层与硅铜合金为母材基体的结合处有1.4-2.2mm渗透层。

实施例2：

以加工型腔最大处的直径为20±0.05mm，高度为27±0.05mm的玻璃模具为例。

A)型腔预加工，优选而非限于地选用由中国宁夏小巨人有限公司生产销售的型号为VT160AN/2P立式加工中心对由前道工序浇铸得到的硅铜合金为母材基体的模具毛坯的型腔进行铣加工，铣除型腔内的表面皮层，在铣加工过程中，对型腔四周向外扩展1.5mm的焊位，即，使型腔的直径变为23mm，高度变为30mm，再对型腔的高度方向以6mm相间隔地开设四条凹槽，各凹槽的宽度为1.1mm，深度为0.55mm，凹槽的作用是：用于增强镍基合金与所述的母材基体(硅铜合金母材基体)相结合的结合强度，凹槽与型腔的所有尖锐转角部位均采用圆弧过渡，得到待预热工件；

B)预热，将由步骤A)所得到的待预热工件放置于(送入)加热炉中预热，预热温度为350℃，时间即恒温时间为48min，出炉后，得到待焊工件；

C)焊前处理，用刷芒为铜丝制的铜刷对由步骤B)所得到的等焊工件的型腔(模具的型腔，以下同)、凹槽以及在步骤A)中被焊位预留的1.5mm的区域进行清洁，藉以清除灰尘和氧化物；

D)焊接，优选而非限于地使用由中国广东省深圳市瑞凌电器有限公司生产的瑞凌之星型号为WSM-315型氩弧焊机，镍基合金焊丝选用由美国ARCOS公司生产的规格为3/23″X32″的ERNiCr-3型焊丝，焊接电流：焊接第一层时为175A，第二层时为170A，待焊接部位形成熔池后加焊丝焊接第一层，第一层焊完后，去除第一层焊接表面的氧化物(用步骤C)中所述的铜刷)，然后再焊接第二层，每层的焊接厚度为1.55mm，得到型腔最大直径为16.8mm和高度为30mm的半成品工件；

E)退火，将由步骤D)得到的焊接后的半成品工件放入(送入)退火炉中，炉温控制为350℃，时间控制为48min，随炉冷却即缓冷9h后出炉，得到待精加工工件；

F)精加工，将由步骤E)得到的待精加工工件采用步骤A)中所述的立式加工中心铣加工，将型腔粗加工，使型腔最大直径19.5mm，高度为27.5mm，然后用前述的立式加工中心的型号为QTN150数控车床对型腔精加工至直径20-0.05mm，高度为27+0.05mm，而后经抛光，得到型腔内充填有镍基合金的硅铜合金为母材基体的玻璃模具。

经检测型腔镍基合金层处，镍基合金与铜基体结合处无焊接气孔、裂纹，镍基合金层与硅铜合金为母材基体结合处有1.3-2.1mm渗透层。

实施例3：

以加工型腔最大直径为27±0.05mm，高度为15±0.05mm的玻璃模具为例。

A)型腔预加工，优选而非限于地选用由中国宁夏小巨人有限公司生产销售的型号为VT160AN/2P立式加工中心对由前道工序浇铸得到的硅铜合金为母材基体的模具毛坯的型腔进行铣加工，铣除型腔内的表面皮层，在铣加工过程中，对型腔四周向外扩展出2mm的焊位(焊接位置或称焊接部位)，即，使型腔最大处的直径变为31mm，高度为19mm，再对型腔的高度方向以6.3mm相间隔地开设两条凹槽，各凹槽的宽度为1.2mm，深度为0.6mm，凹槽的作用是：用于增强镍基合金与所述的母材基体(硅铜合金母材基体)相结合的结合强度，凹槽与型腔的所有尖锐转角部位均采用圆弧过渡，得到待预热工件；

B)预热，将由步骤A)所得到的待预热工件放置于(送入)加热炉中预热，预热温度为400℃，时间即恒温时间为30min，出炉后，得到待焊工件；

C)焊前处理，用刷芒为铜丝制的铜刷对由步骤B)所得到的等焊工件的型腔(模具的型腔，以下同)、凹槽以及在步骤A)中被焊位预留的2mm的区域进行清洁，藉以清除灰尘和氧化物；

D)焊接，优选而非限于地使用由中国广东省深圳市瑞凌电器有限公司生产的瑞凌之星型号为WSM-315型氩弧焊机，镍基合金焊丝选用由美国ARCOS公司生产的规格为3/23″X32″的ERNiCr-3型焊丝，焊接电流：焊接第一层时为170A，第二层时为165A，待焊接部位形成熔池后加焊丝焊接第一层，第一层焊完后，去除第一层焊接表面的氧化物(用步骤C)中所述的铜刷)，然后再焊接第二层，除第二层焊接表面的氧化物后焊接第三层，焊接电流为160A，每层的焊接厚度为1.2mm，得到型腔的最大直径为23.2mm，高度19mm的半成品工件；

E)退火，将由步骤D)得到的焊接后的半成品工件放入(送入)退火炉中，炉温控制为400℃，时间控制为30min，随炉冷却即缓冷9h后出炉，得到待精加工工件；

F)精加工，将由步骤E)得到的待精加工工件采用步骤A)中所述的立式加工中心铣加工，将型腔粗加工至型腔最大直径26.5mm，高15.5mm，然后用前述的立式加工中心的型号为QTN150数控车床对型腔精加工至直径27-0.05mm，高度为15+0.05mm，而后经抛光，得到型腔内充填有镍基合金的硅铜合金为母材基体的玻璃模具。

经检测型腔镍基合金层处，镍基合金与铜基体结合处无焊接气孔、裂纹，镍基合金层与硅铜合金为母材基体结合处有1.1-2.0mm渗透层。

申请人需要说明的是，实施例1至3中的焊层厚度均不包括填充到凹槽中的部分。申请人在实施例1至3中均是以型腔的最大直径为基准进行说明的，依据举一反三原则，领域内的技术人员并不会对变径的玻璃模具型腔的其它部位例如最小直径也同样存在与最大直径相仿的变化过程产生理解上的困惑。

Claims (4)

1.一种硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，其特征在于它包括以下步骤：

A)型腔预加工，对由前道工序浇铸得到的硅铜合金为母材基体的模具毛坯的型腔进行铣加工，铣除型腔表面皮层，并且在型腔四周向外扩展出焊位，控制所扩展出的焊位的尺寸，再对型腔的高度方向以间隔状态地开设用于增强镍基合金与所述母材基体相结合的结合强度的横向凹槽，得到待预热工件；

B)预热，将待预热工件放置于加热炉内预热，并且控制预热温度和预热时间，出炉后，得到待焊工件；

C)焊前处理，对待焊工件的型腔、凹槽以及被焊位预留的部位进行清洁处理；

D)焊接，将镍基合金焊丝焊接到型腔内，并且控制焊接机的焊接电流和控制所选用的镍基合金焊丝的规格以及控制每次焊接的焊层厚度，得到焊接后的半成品工件；

E)退火，将焊接后的半成品工件置入退火炉中退火，冷却后得到待精加工工件；

F)精加工，将待精加工工件通过铣加工、车加工和抛光工序后得到型腔内填充镍基合金的硅铜合金为母材基体的玻璃模具成品，其中：步骤A)中所述的焊位的尺寸为1-2mm，并且对所有尖锐转角采用圆弧过渡，所述的凹槽的宽度为1-1.2mm，深度为0.45-0.6mm，相邻凹槽之间的间距为6-8mm，步骤B)中所述的控制预热温度和预热时间是指将预热温度和预热时间分别控制为300-400℃、30-60min，步骤D)中所述的控制焊接电流是将焊接电流控制为160-180A，所述的控制镍基合金焊丝的规格是将镍基合金焊丝的规格选用直径2.4mm的NiCr-3型焊丝，所述的控制每次焊接的焊层的厚度为1.0mm-1.6mm，焊接次数为2-4次，步骤E)中所述的退火的退火温为300-500℃，保温时间为1-2h，所述的冷却为随炉冷却，冷却时间为≥8h。

2.根据权利要求1所述的硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，其特征在于步骤C)中所述的清洁处理是对型腔表面、凹槽和被焊位预留的边际部位清除灰尘和氧化物。

3.根据权利要求2所述的硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，其特征在于所述的清洁处理所用的工具为金属刷子，所述的金属刷子为刷芒为铜丝的刷子。

4.根据权利要求1所述的硅铜合金为母材基体的玻璃模具型腔内填充镍基合金的方法，其特征在于步骤D)中所述的焊接为采用直流氩弧焊机焊接。