本发明公开了一种基于电弧熔丝的强化增材工艺，每熔丝增材形成一个电弧熔丝增材层，就对电弧熔丝增材层进行锤击；每电弧熔丝增材2~3层，就铺设网格框架；铺设网格框架后对网格框架进行锤击以使网格框架与电弧熔丝增材层贴合；铺设网格框架时，在电弧熔丝增材层上焊接钉子对网格进行定位；网格框架材料与钉子材料的硬度均大于熔丝材料的硬度，并且网格框架材料以及钉子材料的熔点均小于熔丝增材材料的熔点，从而使得网格框架与钉子随着熔丝增材的进行而逐渐熔化，最后与电弧熔丝增材层结合为整体。本发明的模具强化方法是对模具进行电弧熔丝增材强化后再进行回火热处理。本发明能够增强增材区的强度与硬度，消除残余应力，提高模具的韧性。
1.一种基于电弧熔丝的强化增材工艺，其特征在于，包括以下步骤：每熔丝增材形成一个电弧熔丝增材层，就对电弧熔丝增材层进行锤击使电弧熔丝增材层表面平整；
每电弧熔丝增材2 3层电弧熔丝增材层，就在最上层电弧熔丝增材层上铺设网格框架，~
并且每次铺网相对上次铺网水平旋转 ；铺设网格框架后对网格框架进行锤击以使网格框架与电弧熔丝增材层贴合；
网格框架材料的硬度大于熔丝材料的硬度，并且网格框架材料的熔点小于熔丝材料的熔点，从而使得网格框架随着熔丝增材的进行而逐渐熔化，最后与电弧熔丝增材层结合为整体。
2.根据权利要求1所述的基于电弧熔丝的强化增材工艺，其特征在于，包括以下步骤：铺设网格框架时，在电弧熔丝增材层上焊接钉子对网格框架进行定位；
网格框架材料与钉子材料的硬度均大于熔丝材料的硬度，并且网格框架材料以及钉子材料的熔点均小于熔丝增材材料的熔点，从而使得网格框架与钉子随着熔丝增材的进行而逐渐熔化，最后与电弧熔丝增材层结合为整体。
3.根据权利要求2所述的基于电弧熔丝的强化增材工艺，其特征在于网格框架与钉子均采用3D打印制成。
4.根据权利要求1所述的基于电弧熔丝的强化增材工艺，其特征在于，熔丝材料为镍基合金或铁基合金；网格框架采用高合金结构钢。
5.根据权利要求2所述的基于电弧熔丝的强化增材工艺，其特征在于，熔丝材料为镍基合金或铁基合金；网格框架与钉子均采用高合金结构钢。
6.根据权利要求1所述的基于电弧熔丝的强化增材工艺，其特征在于，网格框架采用3D打印制成。
7.根据权利要求1至3中任一所述的基于电弧熔丝的强化增材工艺，其特征在于，每次对电弧熔丝增材层进行锤击的锤击压下量为5－8mm；对网格框架的锤击作用力的大小介于达到贴合效果的最小力与保证网格完整性的最大力之间；锤击介入温度20－550℃。
8.一种模具强化方法，其特征 在于，采用权利要求2至3中任一所述的基于电弧熔丝的强化增材工艺在模具的待强化部位上电弧熔丝增材或对模具整个表面进行电弧熔丝增材以形成强化区。
9.根据权利要求8所述的模具强化方法，其特征在于，在电弧熔丝增材层上对应于模具应力集中或磨损严重区域设置钉子。
10.根据权利要求8所述的模具强化方法，其特征在于，熔丝材料为镍基合金或铁基合金，网格框架与钉子均采用高合金结构钢，能够使强化区硬度大于模具硬度；然后，通过回火热处理工艺使模具与强化区均形成回火马氏体，回火热处理工艺如下：第一次去应力回火：电弧熔丝增材完成后立刻回炉升温，装炉温度小于或等于450℃，升温时间0.4h，加热温度500 550℃；保温时间由最大几何尺寸每50mm保温1h确定；
第一次缓冷：放在保温沙坑中，温度约180℃，时间大于或等于12h，用红外线测温仪进行测温；
第二次去应力回火：第一次缓冷结束后，立刻回炉升温，工艺参数与第一次去应力回火相同；
第二次缓冷：第二次去应力回火后，放在保温沙坑中，温度约180℃，时间大于或等于
空冷：第二次缓冷完成后温度约180℃，在空气中空冷至室温，得到稳定的回火马氏体。
基于电弧熔丝的强化增材工艺与模具强化方法
技术领域
[0001] 本发明涉及模具加工技术领域。
背景技术
[0002] 模具在发生磨损时需要进行修复，尤其是大型模具。电弧熔丝增材工艺常用于模具修复中。电弧熔丝增材工艺一般是采用电弧熔丝进行增材，逐层进行电弧熔丝增材，由于
焊接强度不足会出现电弧熔丝增材层间剥离，增材区强度不足。
发明内容
[0003] 针对上述技术的不足，本发明提供了一种基于电弧熔丝的强化增材工艺，解决如何提高增材区强度的技术问题。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种基于电弧熔丝的强化增材工艺，包括以下步骤：
[0005] 每熔丝增材形成一个电弧熔丝增材层，就对电弧熔丝增材层进行锤击使电弧熔丝增材层表面平整；
[0006] 每电弧熔丝增材2 3层电弧熔丝增材层，就在最上层电弧熔丝增材层上铺设网格~
框架，并且每次铺网相对上次铺网水平旋转 ； 铺设网格框架后对网格框架进行
锤击以使网格框架与电弧熔丝增材层贴合；
[0007] 网格框架材料的硬度大于熔丝材料的硬度，并且网格框架材料的熔点小于熔丝材料的熔点，从而使得网格框架随着熔丝增材的进行而逐渐熔化，最后与电弧熔丝增材层结
合为整体。
[0008] 进一步的，铺设网格框架时，在电弧熔丝增材层上焊接钉子对网格进行定位；
[0009] 网格框架材料与钉子材料的硬度均大于熔丝材料的硬度，并且网格框架材料以及钉子材料的熔点均小于熔丝增材材料的熔点，从而使得网格框架与钉子随着熔丝增材的进
行而逐渐熔化，最后与电弧熔丝增材层结合为整体。
[0010] 进一步的，熔丝材料为镍基合金或铁基合金；网格框架与钉子材料均采用高合金结构钢。
[0011] 进一步的，每次对电弧熔丝增材层的锤击压下量为5－8mm；对网格的锤击作用力的大小介于达到贴合效果的最小力与保证网格完整性的最大力之间；锤击介入温度范围为
20－550℃。
[0012] 本发明还提供一种模具强化方法，采用本发明的基于电弧熔丝的强化增材工艺在模具的待强化部位上电弧熔丝增材或对模具整个表面进行电弧熔丝增材以形成强化区。
[0013] 与现有技术相比，本发明具有的优点包括：
[0014] 1、本发明是在电弧熔丝增材过程中利用电弧熔丝增材层的温度将网格熔化，从而使网格框架与电弧熔丝增材层融合成整体，由于网格框架材料的硬度大于熔丝材料的硬
度，因此网格框架融合到电弧熔丝增材层后就能提高整体的硬度与强度。
[0015] 2、对电弧熔丝增材层进行锤击不仅能够使电弧熔丝增材层表面平整以便于铺网，同时能够起到消应力效果，减小电弧熔丝增材层的残余应力，提高电弧熔丝增材层强度。
[0016] 3、通过旋转网格进行铺网，使网格上的节点分布相对均匀，当模具整体受到剪切力作用时可以有效抵抗剪切，从而提高模具的强度和硬度。
[0017] 4、钉子在定位网格的同时，在熔丝增材过程中随同网格框架一起熔化并与电弧熔丝增材层融合成整体，从而进一步增强了定位区域的强度；尤其是钉子焊接在电弧熔丝增
材层上对应于模具磨损较大区域时，能够增强电弧熔丝增材层对应于模具磨损区域的强
度，并使电弧熔丝增材层更加平整。
[0018] 5、电弧熔丝增材层材料可选取镍基合金或铁基合金，既保证了电弧熔丝增材后具有良好的强度，又扩大了电弧熔丝增材层材料的选取范围。
[0019] 6、本发明的模具强化方法，在电弧熔丝增材后还进行回火热处理，从而得到稳定的回火马氏体，以达到提高组织稳定性的效果，从而使模具在使用过程中不发生组织转变，
其几何尺寸和性能也趋于稳定，同时也能消除内应力，提高韧性。
附图说明
[0020] 图1为交错铺网示意图；
[0021] 图2为钉子的焊接示意图；
[0022] 图3为网格框架的结构示意图；
[0023] 图4为对铺设在电弧熔丝增材层上的网格框架进行锤击的示意图；
[0024] 图5为对电弧熔丝增材层加网格后进行的加压实验模拟图；
[0025] 图6为对未加网格的电弧熔丝增材层进行的加压实验模拟图。
具体实施方式
[0026] 对于新制模具，可预先在局部预留增材强化区域，然后用此方法进行增材强化处理；对于失效模具，则将失效部位清理出后，用此方法进行增材强化处理。
[0027] 在失效模具中，对于大型模具只需要在产生磨损的局部区域进行电弧熔丝增材强化，而对于小型模具则可以对整个模具表面进行电弧熔丝增材强化。本具体实施方式中，对
进行电弧熔丝增材强化后的模具还进行回火热处理，得到稳定的回火马氏体，以达到提高
组织稳定性的效果，从而使模具在使用过程中不发生组织转变，其几何尺寸和性能也趋于
稳定，同时也能消除内应力，提高韧性。下面分别对电弧熔丝增材工艺与回火热处理进行说
明。
[0028] 一种基于电弧熔丝的强化增材工艺，包括以下步骤：
[0029] 每熔丝增材形成一个电弧熔丝增材层，就对电弧熔丝增材层进行锤击使电弧熔丝增材层表面平整；
[0030] 参考图1所示，每电弧熔丝增材2 3层电弧熔丝增材层1，就在最上层电弧熔丝增材~
层上铺设网格框架2，并且每次铺网相对上次铺网水平旋转 ； 铺设网格框架2后
对网格框架2进行锤击以使网格框架2与电弧熔丝增材层贴合；网格框架2材料的硬度大于
熔丝材料的硬度，并且网格框架2材料的熔点小于熔丝材料的熔点，从而使得网格框架2随
着熔丝增材的进行而逐渐熔化，最后与电弧熔丝增材层结合为整体。
[0031] 本具体实施方式中，铺网的水平旋转角度为0—90度，例如30°。通过旋转网格进行铺网，使网格上各节点分布相对均匀，当模具整体受到剪切力作用时可以有效抵抗剪切，从
而提高模具的强度和硬度。
[0032] 电弧熔丝增材时，熔丝直径取值范围为0.5—3.0mm；熔丝材料，可根据需要选取镍基合金或铁基合金。锤击后增材区域整体达到的效果：残余应力小，表面平整。电弧熔丝增
材后既具有良好的强度又扩大了电弧熔丝增材层材料的选择范围。
[0033] 电弧熔丝增材及锤击时的参数设置： 电弧熔丝增材电流：400A；电弧熔丝增材电压32V； 锤击压力：0.1—0.5mpa； 电弧熔丝增材速度：500mm/min；锤击介入温度：20－550
℃；锤击头部移动速度：1000—2000mm/min。
[0034] 为防止网格框架2在电弧熔丝增材时滑动，铺设网格框架2时，在电弧熔丝增材层上焊接钉子对网格进行定位；网格框架2材料与钉子材料的硬度均大于熔丝材料的硬度，并
且网格框架2材料以及钉子材料的熔点均小于熔丝增材材料的熔点，从而使得网格框架2与
钉子随着熔丝增材的进行而逐渐熔化，最后与电弧熔丝增材层结合为整体。
[0035] 参考图2所示，在电弧熔丝增材层上对应于模具磨损较大区域焊接钉子，钉子的数量可以不止一颗；对于新制模具，预先在局部预留增材强化区域，然后根据模具大小确定钉
子数量和焊接部位；对于失效的大型模具的局部区域强化，将钉子焊接在电弧熔丝增材层
上即可；对于小型失效模具的整体电弧熔丝增材强化，将钉子焊接在电弧熔丝增材层上对
应于模具磨损较大区域。
[0036] 钉子在定位网格的同时，在熔丝增材过程中随同网格框架2一起熔化并与电弧熔丝增材层融合成整体，从而进一步增强了定位区域的强度；尤其是钉子焊接在电弧熔丝增
材层上对应于模具磨损较大区域或应力集中程度较高区域时，能够增强电弧熔丝增材层对
应于模具磨损区域和应力集中区域的强度，并使电弧熔丝增材层更加平整。
[0037] 用3D打印机打印高合金结构钢网格框架2，参考图3所示，网格长=宽=a=300mm，网格内有数个小方格，每个小方格的边长为37.45mm，方格之间以网格丝分隔，网格丝直径
0.1mm。另外，强化时网格框架2能够覆盖住模具磨损区域。在3D打印前将数据录入打印机
中。打印好网格框架2，在下一步电弧熔丝增材时铺在表面上。同时以相同原材料（高合金结
构钢）打印直径约0.1mm、长度约0.5mm的钉子。
[0038] 3D打印的方法、网格框架2和钉子的嵌入、电弧熔丝增材参数的录入，以及每次电弧熔丝增材后、铺网格框架2和焊接钉子后进行的锤击，提高了焊接件的质量及精度。
[0039] 每次对电弧熔丝增材层的锤击压下量为5－8mm。参考图4所示，对网格框架2的锤击作用力的大小介于达到贴合效果的最小力与保证网格完整性的最大力之间，锤击介入温
度范围为20－550℃，能够使网格框架2与电弧熔丝增材层良好贴合。
[0040] 为验证电弧熔丝增材层加网后抵抗应力效果，通过Deform软件进行模拟，模拟结果如图5与图6所示，两张图都是材料和厚度均相同的电弧熔丝增材层，区别仅在图5中加了
网格框架2，图6没有加网格框架。然后施加相同的应力（即两张图上电弧熔丝增材层的压强
相同），发现加了网格的电弧熔丝增材层能抵抗应力不变形，而无网格的电弧熔丝增材层直
接被压扁，由此得出网格能抵抗一定应力的结论。
[0041] 电弧熔丝增材完成后，在模具的待强化部位（应力集中或磨损区域）上或模具整个表面上形成强化区；然后，通过回火热处理工艺使模具与强化区均形成回火马氏体。熔丝材
料为镍基合金或铁基合金，网格框架2与钉子均采用高合金结构钢，能够使强化区硬度大于
模具硬度。
[0042] 回火热处理工艺如下：
[0043] 第一次去应力回火：电弧熔丝增材完成后立刻回炉升温，装炉温度小于等于450℃，升温时间0.4h，加热温度500 550℃；保温时间由最大几何尺寸每50mm保温1h确定；
~
[0044] 第一次缓冷：放在保温沙坑中，温度约180℃，时间大于等于12h，用红外线测温仪进行测温；
[0045] 第二次去应力回火：第一次缓冷结束后，立刻回炉升温，工艺参数与第一次去应力回火相同；
[0046] 第二次缓冷：第二次去应力回火后，放在保温沙坑中，温度约180℃，时间大于或等于12h，用红外线测温仪进行测温；
[0047] 空冷：第二次缓冷完成后温度约180℃，在空气中空冷至室温，得到稳定的回火马氏体。
