1.0背景和主要挑战
在热锻生产中，模具成本是一个关键因素——它可以占到 15%锻造价格对于很多锻造企业来说，工具被视为“消耗品”，频繁更换会大大增加综合成本。
从制造角度来看，工具生产长期以来依赖于 EDM（电火花加工）. 最近， 高速切割 变得越来越普遍。虽然这些机器可以加工硬度高达 1600兆帕但他们未能解决根本问题： 工具钢在 700°C 时会失去大部分机械强度.
先前的尝试主要集中在将更硬的材料焊接到工具表面。然而，这些方法并没有提供切实可行的解决方案。为了克服这一局限性，一种基于 爆炸焊接 提出了推进锻造工具技术的建议。
2.0落锤锻造：工艺和工具磨损问题
落锤锻造工艺：
- 钢坯加热至 1250°C并放入下模。
- 上模施加力，将坯料在腔内塑造成所需的几何形状。
- 多余的材料会形成毛边，锻造后会进行修整。
刀具磨损的主要原因：
在锻造过程中，工具区域（A、B、C、D、E）会受到三种组合应力：
- 热应力： 与1250°C的钢坯直接接触。
- 化学应力： 高温下的材料反应。
- 机械应力： 上模压力高。
一个关键的限制是 Z38 CDV 5钢 （一种常用的热作工具钢）。热处理后，其强度会下降很多， ~600°C. 在实际生产中，表面温度经常达到 600–700℃，正好位于工具钢的“失效区域”内。
此外，传统的刀具制造需要将整个型腔加工成实心钢块（在热处理之前或之后）。这 单片工艺成本极高，进一步放大经济负担。
3.0现有方法：高温合金焊接的局限性
为了减轻工具磨损，业界已经研究 高温合金覆层旨在创建一个能够承受的保护性表面层 600–700℃通常使用镍基或钴基合金。焊接方法主要有两种：
- 电弧焊： 合金棒或丝沉积在工具表面。
- 激光或气焊： 合金粉末熔化并与基材融合。
表面覆盖可以通过两种方式应用：
- 全表面覆层： 涂覆整个腔体。
- 局部覆层： 针对高磨损区域。
然而，这种方法面临两个严重的缺点：
- 后期处理成本高： 焊接层粗糙且不均匀，需要进行大量加工才能达到精度标准。这不仅成本高昂，而且技术难度大。
- 工具钢降解： 焊接过程会加热基材，降低其机械强度并加速周围区域（I、J、K、L）的磨损。
- 核 技术：爆炸焊接的原理和优势
基本原理：
爆炸焊接（也称为包覆技术）是一种无需加热的固态连接工艺。该方法利用爆炸能量将包覆板（例如高温合金）推进到基板（例如工具钢）上。在高速冲击下，金属在原子层面上结合。
在整个过程中，基材和熔覆层均不加热。只要熔覆材料具有 屈服强度低，延展性高，可以连接多种金属组合。
应用背景：
爆炸焊接已广泛应用于以下行业： 化学加工和造船业.其优势 — 粘接面积大、强度高、无热损伤 — 使其在热锻工具应用方面极具前景。
4.0实施：利用爆炸焊接双金属制造锻造工具
新的解决方案包括两个主要阶段： 双金属板制备 和 型腔加工.
第一阶段：准备双金属板
大型板材（高达几平方米）采用爆炸焊接进行粘合：
背板： 选用工具钢来提供结构强度。
覆板： 一种高温合金，厚度为几毫米到几厘米，具有耐磨和耐热性。
第二阶段：加工刀具型腔
步骤1：切割坯料
根据工具尺寸将双金属板切割成较小的坯料（通常为几平方分米）。
笔记： 虽然较小的板材可以直接进行爆炸焊接，但大板材切割更具成本效益。
第 2 步：预加工凹槽（可选）
可以在工具钢侧面预先加工一个简单的凹槽，以控制锻造过程中的变形并减少成形力。该凹槽在锻造过程中可能会部分消失，并非总是需要。
特例： 对于需要较大成形力的大型工具，可以采用更薄的包覆配置。
步骤 3：锻造和精加工型腔
将双金属坯料（有或无凹槽）加热到所需温度（冷锻、温锻或热锻）。
将具有所需几何形状的冲头从包层侧压至目标深度。
对于精度要求较高的腔体，可以进一步加工或抛光。对于浅腔体，也可以直接在熔覆层进行加工。
后期处理：
根据合金和工具钢的特性，锻造工具需经过特定的热处理。连接锻造设备的外表面需根据需要进行加工，以确保正确安装。
5.0新解决方案的主要优势
- 显著延长刀具寿命：
测试表明，爆炸焊接双金属工具可以实现 寿命延长 3-4 倍大大减少了传统工具的更换频率。 - 降低制造成本：
在传统工具中，成本通常分布如下： 25%材料，65%加工，10%热处理. 使用新的解决方案：
材料成本： 基本保持不变。高温合金和爆炸焊接的额外费用可以通过选择更经济的基钢来抵消。
加工成本： 显著减少。避免了全块型腔加工，简化了零件加工。
- 锻件竞争力增强：
模具成本通常占 5–15%锻造价格取决于设备类型、工具几何形状和润滑条件。采用这种新解决方案可以 降低锻造价格 4%（落锤锻造），降低锻造价格 10%（压锻造）.
