模具制造及模具表面采用激光技術(shù)的創(chuàng)新研究

摘 要：模具表面的激光強化加工系統(tǒng)和激光強化工藝方法，激光強化模具表面的硬化層深度和耐磨性能與激光強化工藝參數(shù)之間的關(guān)系，采用激光強化技術(shù)能大幅度提高模具的使用壽命，激光相變硬化（LTH），激光表面熔化處理（LSM），激光表面涂覆及合金化（LSC/LSA），激光表面化學氣相沉積（LCVD），激光物理氣相沉積（LPVD），激光沖擊（LSH）和激光非晶化，用于提高模具壽命的方法有激光相變硬化和激光表面熔覆和合金化，用激光相變硬化技術(shù)提高模具壽命。

關(guān)鍵詞：模具表面；激光相變硬化；強化；耐磨性

自從進入到新的發(fā)展時期之后，我們國家的機械生產(chǎn)行業(yè)發(fā)展速率非常快，像是航天等精密設(shè)備行業(yè)對于模具的精確性以及制作品質(zhì)和使用時間等的規(guī)定在切實的提升。對于模具行業(yè)做出了非常嚴苛的規(guī)定。提升其精確性以及制作品質(zhì)和使用時間等，是當前非常關(guān)鍵的探索事項。在之前使用的表層強化科技在提升品質(zhì)，增加使用時間方面有著非常關(guān)鍵的意義，其對于提升模具本身的特性，降低生產(chǎn)費用，切實的體現(xiàn)出它的潛力等，有著非常關(guān)鍵的作用。常用模具表面強化處理工藝有化學熱處理：滲碳、碳氮共滲等；表面復層處理：堆焊、熱噴涂、電火花表面強化、PVD和CVD等；表面加工強化處理：噴丸等。過去使用的工藝非常繁瑣，其后續(xù)的處理用時較久，而且在后續(xù)的時候有較為嚴重的變形現(xiàn)象。最近幾年，由于優(yōu)秀的激光設(shè)備的存在以及加工科技在行業(yè)中的應用，此時為金屬非金屬模具表面的強化提供了一種新的技術(shù)。

1 關(guān)于表層的激光強化科技

當前使用的處理措施有如下的一些：激光相變硬化（LTH），激光表面熔化處理（LSM），激光表面涂覆及合金化（LSC/LSA），激光表面化學氣相沉積（LCVD），激光物理氣相沉積（LPVD），激光沖擊（LSH）和激光非晶化等。已被研究用于提高模具壽命的方法有激光相變硬化和激光表面熔覆和合金化，通常研究和利用激光相變硬化技術(shù)提高模具壽命的原理和技法。

它是將激光輻射至材料的表層，此時他的氣溫會增加，進而達到相變氣溫，生成奧氏體，在激光束脫離之后，通過材料自身的導熱而形成自淬火，此時材料的表層就會出現(xiàn)變化，變?yōu)轳R氏體。和過去的淬火措施比對來看，激光措施是處在急熱或冷等的時期開展的，其氣溫的梯度很顯著，在表層中生成一個硬度非常高的獨特的淬火體系。它的應對較之于一般的硬度要高出大約十五個百分點，可以大大的提升其抗磨能力，增加使用時間。

2 關(guān)于體系的構(gòu)成要素

該體系有三個構(gòu)成要素。第一個要素是激光器，它是由激光頭、激勵電源、冷卻系統(tǒng)和諧振腔參數(shù)變換裝置組成；第二部分為光束傳輸與變換裝置，將激光束結(jié)合制作規(guī)定放到要處理的材料的表層，而且對其開展空間強度上的處理，以此來合乎對模具的不一樣的受力區(qū)域開展特殊的強化設(shè)置的意義。在光束改變之后，就能夠在材料的表層生成需要的單元，經(jīng)由該數(shù)控體系能夠?qū)Σ牧系娜S面開展高速積極的處理。其最后的要素是電腦數(shù)控體系，控制激光工作頭和數(shù)控工作臺等多軸運動，其激光束相對于工件的運動軌跡決定了強化的帶形狀，以實現(xiàn)復雜模具表面的激光強化處理。

3 激光相變硬化（激光淬火）強化處理工藝

模具工件加工表面預處理涂層：在明確激光器以后，物質(zhì)對于激光的獲取水平關(guān)鍵是靠著它的表層。通常需要該項處理的物質(zhì)的表層都要經(jīng)由機械處理，其表層的粗糙數(shù)很低，反射率很高。此時絕大多數(shù)的激光都被反射了。為了提升其吸收激光的性能，在其熱處理之后的時候，要對材料的表層開展黑化設(shè)置，也就是說在要處理的區(qū)域之中抹上一些對激光有著非常高的吸收水平的物質(zhì)。

表面預處理的方法包括磷化法、提高表面粗糙度法、氧化法、噴（刷）涂料法、鍍膜法等多種方法，其中較為常用的是磷化法和噴（刷）涂料法。常用的涂料骨料有石墨、炭黑、磷酸錳、磷酸鋅、水玻璃等，也有直接使用碳素墨汁和無光漆作為預處理涂料的。針對個別的低碳鋼物質(zhì)，在它的表層使用炭黑分設(shè)置，在經(jīng)由淬火之后能夠發(fā)揮出滲碳的意義。經(jīng)由分析得知，該項處理工藝非常簡便，能夠直接的放到模具的表層，它吸收激光的能力得到了顯著的提升。

激光相變硬化（激光淬火）強化系統(tǒng)工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)定：激光相變硬化工藝參數(shù)主要有激光器輸出功率P，光斑大小D及掃描速度v，在其它條件一定的條件下，激光硬化層的深度H與P、D、v有如下關(guān)系：H=P/（D.v）。為了得到最優(yōu)工藝參數(shù)，基本方法是根據(jù)已有成功的資料，確定一個工藝參數(shù)范圍，再以P、D、v三個因子，各取3個水平，做出正交試驗表在試件上進行試驗研究。經(jīng)由該項相變測試得知。通常來講，功率增加的時候，硬化層就會變深，當掃描的速率增大的時候，它的硬化層就會變淺了。如果激光的功率增加的話，其掃描的速率就強化了。如果光斑的尺寸降低的話，淬火層的硬度及硬化層深之間的關(guān)系逐漸增強。通過分析得知，經(jīng)由處理之后的材料的表層的硬度得到了明顯的提升。

4 關(guān)于硬化層的殘力和抗磨能力

當開展硬化處理工作的時候，材料表層的組織體系會出現(xiàn)變動，而且會出現(xiàn)一些殘存的力。它的大小以及布局等會嚴重的干擾到它的實用性激光硬化產(chǎn)生的殘余應力沿淬硬層深的分布情況由激光功率和上述工藝參數(shù)決定深淺和范圍面積大小。通過該項內(nèi)容我們得知，其相變硬化會在表層中生成非常高的殘力，會避免裂紋的出現(xiàn)，增加使用時間。它的表層的抗磨性和物質(zhì)的顯微體系以及晶粒高低等多項要素有關(guān)聯(lián)，此類要素又和相關(guān)的硬化指數(shù)有聯(lián)系，所以該指數(shù)會干擾到抗磨性。激光功率及掃描速度對模具工件耐磨性能的影響效果顯著。此時我們得知，在特定的取樣中，如果掃描的速率是特定的話，提高功率耐磨性有所增加；當功率不變的時候，速率的提升也可以提高抗磨性。通過分析我們得知，使用該項強化可以能夠顯著的提升抗磨能力。

文章經(jīng)由對幾類不一樣的物質(zhì)開展激光強化活動，和實際的狀態(tài)比對分析得知，使用該項科技能夠顯著的提升模具自身的使用時間，對于冷沖模來講，它的強化意義更為顯著。其使用時間很明顯的變久了。使用該項科技的優(yōu)點是，能夠結(jié)合模具本身的特點以及使用規(guī)定等在劃定的氛圍中開展活動。其對于材料表層不會有干擾。經(jīng)由該項處理的模具能夠直接的運行，減少了生產(chǎn)費用。用軟件實現(xiàn)激光強化處理工藝參數(shù)的自動化、處理過程的仿真和即時監(jiān)控及處理后表面組織結(jié)構(gòu)和性能的檢測，實現(xiàn)復雜形狀模具的智能化處理。采用熔覆和合金化在低成本金屬模具表面得到其它成分的合金微觀組織，制作生成性能良好的材料，提升其抗摩擦力，以及抗熱的性能。

參考文獻

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作者簡介：沈陽（1984，9-），籍貫：陜西，學歷：大學本科，助理工程師，研究方向：工裝設(shè)計。