合金堆焊冲裁模是以普通碳钢为模具的基体，在刃口部分堆焊合金作为冲裁的刃口，经过一定的处理后，能满足冲裁要求的一种模具制造工艺方法。
这种方法的主要特点如下所述。
（1）简化模具结构 对于大型模具的制造来说，采用堆焊代替拼合结构，可以减少制造工序，缩短制造周期。
（2）节省合金等贵重材料，模具的基体可以重复使用当刃口堆焊合金磨损后，可经退火将合金层车掉，重新进行修补堆焊，从而降低了成本。
（3）延长模具的使用寿命 与高碳、高铬合金相比较，两者使用寿命的差别不大。
（4）堆焊工艺简单 合金堆焊冲裁模是模具制造中的一种先进工艺。
1.焊条的选择及使用范围
（1）焊条的选用 用于堆焊冲裁模的焊条，应具有良好的焊接性能、机械加工性能及热处理性能，堆焊金属与基体金属能很好地熔合，有足够的剪切强度、硬度、耐磨性及冲击韧度，并且不易产生气孔、裂纹及夹渣等阻碍冲裁的缺陷。根据以上要求，选用了EDRCrMoWV—Al—15焊条，这是一种碱性低氢型高强度焊条，即使在高温下也能保持足够的硬度和抗疲劳性能。焊条中含有钒、钨、铬、钼等元素，能有效改善焊接质量和合金组织性能。如钒在焊接过程中，是一种良好的脱氧剂，除氮能力很强，极易生成钒的化合物，改善碳化物在钢中的分布，加热时能阻止晶粒长大，提高合金密度；铬在堆焊时是脱氧剂，能增强合金的耐磨性和耐腐蚀性；钼和钨能阻止合金晶粒长大，减少脆性和应力的敏感性，提高合金强度和冲击韧性。但这种焊条也有一些缺点，如焊接后在常温下不易修补，热处理温度较高等。
（2）焊接参数的选择 使用EDRCrMoWV—Al—15焊条时，应采用直流反接。这样容易引弧，电弧稳定，焊波也较平滑。选用焊条直径为4mm时，堆焊电流为140～170A；直径为5mm时，电流为150～200A。焊接采用短弧，通常电弧长度取1～2mm即可，因为短弧可以降低焊缝金属中的含氮量和含氧量，保证堆焊质量。
2.冲模基体材料
在堆焊时，由于熔池温度高，各部位受热和冷却不均匀，造成熔敷金属组织的差异较大，应力分布也极为复杂。结晶时碳的化合物容易形成网络，从而降低了塑性，增加了合金对冷却速度的敏感性。如果基体金属中碳含量低，则塑性较好，过渡区的网状碳化物较少，承受应力的能力就相应较大。但是碳含量过低，过渡区的耐磨性和硬度差，则堆焊的合金厚度就要增加。其实，堆焊低碳的基体时，在过渡区的反应并不好。所以对冲模基体的材料一般可取45中碳结构钢或Q235钢。
3.堆焊工艺过程
（1）焊前准备 首先，要根据冲模使用的尺寸要求，对基体进行粗加工，一般内、外圆要留出3mm的余量；厚度方向留出2mm的变形量，其冲模的形状如图4-55所示。
图4-55 冲模的形状和尺寸示意
a）凸模 b）凹模
模具堆焊前须进行清理，使刃口部分无污物、铁锈、杂质等，然后进炉预热，使模体温度达到450～500℃，然后保温1～2h准备施焊。
焊前，焊条须经250℃烘干2h，放到保温炉中待用。然后将模具放在可以水平或垂直方向旋转的回转工作台上进行焊接。
（2）堆焊过程 按照前述规范参数进行焊条电弧堆焊。焊条采用螺旋式摆动轨迹，次序是由里向外，每堆焊一层，要清渣一次，连续堆焊完成，间隔时间不要超过10min。当一根焊条用完后，接另一根焊条时也要清渣，并注意接头处的重叠，须在原焊道的1/2处。
堆焊完成后，最好立即送入炉中回火，回火时间最长不要超过8h。回火处理的工艺曲线如图4-56所示，回火后堆焊层硬度为54～58HRC。
（3）半精加工 将堆焊后的合金部分进行粗磨，检查堆焊金属无气孔、裂纹或夹渣等缺陷。一般非工作面部分允许有极小或极细的裂纹或气孔，如缺陷较大时，则需要修补。修补时，先将冲模预热到300℃左右，用原来堆焊焊条和焊接参数进行修补。(www.xing528.com)
图4-56 回火处理工艺曲线示意
（4）焊后热处理规范 冲模的性能主要取决于焊后的热处理。模具处理必须进行退火、淬火和回火，经热处理后硬度可从54～58HRC提高到56～62HRC。在承受较大的冲击应力下，也不会引起开裂。
退火一般在箱式炉中加热到860～870℃，保温2～3h；再降到720～740℃，在奥氏体不稳定区域保温3～4h，然后空冷到室温（或炉冷到400℃左右，再空冷），如图4-57所示，退火后的硬度为23～25HRC。
图4-57 退火处理工艺曲线示意
然后进行淬火和回火处理，其规范为：第一次预热到860～870℃，最后升温到1240～1260℃，保温时间按有效厚度9～11h/mm计算，保温后风冷到900℃左右淬入植物油中。回火2～3次，时间均为1h，如图4-58所示，回火后的硬度为56～60HRC。
图4-58 最后热处理工艺规范曲线示意
4.堆焊层组织分析
模具堆焊后，堆焊层中各元素含量（质量分数）为：w（W）=7%～10%、w（V）=1.00%、w（Mo）=2.5%、w（C）=0.5%、w（Si）≤0.2%、w（Cr）=5%、w（P）≤0.035%、w（S）≤0.04%。
这种成分相当于高速工具钢，堆焊后不需要相变处理。基体组织是马氏体+复合碳化物+残余奥氏体。其晶粒比较粗大，复合碳化物呈网状分布在晶粒周围，故硬度较高，耐磨性较好。堆焊合金经860～870℃等温退火后，碳化物仍有网络现象。如将这种淬火钢再经1240～1260℃淬火，540～580℃回火，其组织变成马氏体+复合碳化物+珠光体型产物。从淬火后组织看，结晶组织无显著变化，原来的晶界没有被充分打破；相反，模体金属部分，因受高温加热淬火，过热相当严重，力学性能明显下降，所以这种方法也有局限性，只能在一定条件下使用。
5.缺陷及防止方法
（1）表面成分不均、硬度不一致 这种缺陷一般是由焊条变质、药皮脱落、预热不充分或焊接规范选择不当所造成的。防止方法：要妥善保管好焊条；堆焊前模体应充分预热；选择适当的焊接工艺规范。
（2）气孔 一般发生在合金内部，是堆焊过程中熔池的化学反应产生一氧化碳、氧、氮、氢等气体造成的。焊条受潮，产生的气孔就会更多，堆焊件表面有油或电流过大，也会产生气孔。
防止方法是在焊前按规范烘干焊条；焊接表面保持清洁；电流要适当，每焊完一层，须检查一遍，发现气孔随时补焊。
（3）夹渣 产生原因是：焊接时造渣性能不好；焊接表面不清洁或清渣不彻底。如有夹渣时，及时补焊。
（4）裂纹 由于模体为高碳钢，碳含量较高，塑性较差。在过渡区容易形成较多的碳化物网络，加大了对应力的敏感性。冷却不均匀或冷却速度太快，也是产生裂纹的重要因素。尤其是存在气孔或夹渣的地方，应力最容易集中，也极容易产生裂纹。防止方法是采用碳含量低、塑性较好的材料作为模体；堆焊件断面形状设计要合理；焊后放在热砂中缓冷或及时回火处理。在未进行回火处理之前，不可受激烈的振动或冲击等。
（5）过热或过烧 堆焊时熔池温度很高，基体金属、过渡层，都可能因过热而产生粗晶，降低力学性能，严重时甚至使组织过烧，产生脱落。尤其在补焊时，更容易产生烧损。所以在堆焊时不要使用较大的焊接电流。
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