CN102430856A

CN102430856A - 一种模具导柱表面形貌的激光微造型方法

Info

Publication number: CN102430856A
Application number: CN2011103349148A
Authority: CN
Inventors: 华希俊; 张培耘; 倪健; 符永宏; 尹必峰; 王匀; 余长东; 张云平
Original assignee: Chongqing Changan Automobile Co Ltd
Current assignee: Chongqing Changan Automobile Co Ltd
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2012-05-02

Abstract

一种模具导柱表面形貌的激光微造型方法，其步骤如下：首先根据导柱的工作条件、使用性能、可靠性要求进行表面的微造型形貌初步设计；再通过流体动压润滑理论优化表面微形貌设计，确定表面微造型参数，采用激光加工设备，选用以下加工参数：激光功率2~12W、泵浦电流13~20A、激光波长355nm、532nm或1064nm，脉冲宽度20~70ns、脉冲重复频率1~9kHz、光束模式为多模、扫描速度10~50mm/s、辅助气体为氮气，气压0.15MPa，使脉冲激光照射导柱表面，并采用“同点单脉冲间隔多次”激光造型工艺，对模具导柱表面进行微造型处理。该加工方法可以提高导柱表面的耐磨抗磨、润滑减摩性能，延长模具的使用寿命，提高工作精度，提高成形工件的质量和性能。

Description

一种模具导柱表面形貌的激光微造型方法

技术领域

本发明涉及模具制造及工程导向润滑技术领域，尤其指在模具导向零件表面进行激光微造型处理。

背景技术

提高导向副（导柱、导板副）的耐久性是提高模具寿命和成形质量的重要一环。导柱和导套工作表面的磨损导致不均匀的间隙分配，降低了导向精度，引起模具工作部分的强烈磨损，成型件质量下降，降低了模具的寿命。目前为了提高导向副的寿命，人们常采用带滚珠的导向副，带防尘结构的导向副及采用新材料制作的导向副。往往很少采用给导向工作表面可靠的润滑性能来提高耐磨性能。传统意义上要求导柱表面尽可能光滑，随着微观粗糙表面摩擦学研究的深入和工程实际应用发现，传统的高精和超高精加工不仅会提高其加工成本，且光滑表面因无存油区域而处于边界润滑状态，无法形成混合润滑或流体润滑而容易产生黏着磨损，易擦伤。实验已经证明，通过在表面设置一定的微观几何形貌，能够改善摩擦副的润滑减磨性能，这也为导柱表面改形改性提供了有益的启迪。

导套与导柱之间的摩擦，会导致模具精度和寿命的下降，特别是一套高精度的模具，其导向件的质量极为关键，因此要求其导柱表面具有良好的抗磨性能。激光微造型技术已在一些重要的摩擦副如缸套/活塞环、机械密封、以及推力轴承等方面得到一定的应用，中国专利文献:CN1857843公开了一种激光表面微造型方法，特指一种用于摩擦副零件表面形貌的微造型方法，但是到目前为止由于导柱工况的特殊性，对激光微造型导柱还未曾涉及。

发明内容

本发明的目的就是为了改善导柱表面质量而提供一种导柱表面的激光微造型加工方法，以提高导柱表面的耐磨抗磨、润滑减摩性能，延长模具的使用寿命，提高工作精度，提高成形工件的质量和性能。

本发明涉及一种导柱、导板的表面处理技术，其主要是利用激光对导柱、导板表面进行微造型处理，从而在其表面形成一定疏密分布的规则微观几何形貌。由于激光参数精确可控，可实现导柱表面预先设定的、由凹坑组成的微观几何形貌及其分布。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

首先根据导柱的工作条件、使用性能、可靠性要求进行表面的微造型形貌初步设计；

再通过流体动压润滑理论优化表面微形貌设计，确定表面微造型参数，通过控制激光功率（2~12W）、泵浦电流（13~20A），激光波长（波长355nm、波长532nm或波长1064nm）、脉冲宽度（20~70ns））、脉冲重复频率（1~9khz）、光束模式(多模)、扫描速度（10~50mm/s）和辅助气体（氮气，压力为0.15Mpa）等激光参数，对模具导柱表面进行微造型处理，以在模具导柱表面形成硬度极高（HV800-1000）且呈疏密不等分布的、由凹坑组成的微观几何形貌。

激光微造型处理后模具表面的微观几何形貌参数为：凹坑直径D在20~80, 相邻两凹坑间的距离b在50~600，深度h在2~20 。导柱表面形成的形貌分布均匀且呈规律分布，且重复性好。

此外，由于这些表面微形貌是由激光扫描加工而成，因而具有激光淬火强化的效果，提高了既有导柱的使用性能和寿命；表面的微凹腔还可以起到储油和收集磨粒的作用，可以长时间的保护导柱表面的形貌不受损伤，起到了润滑减磨的效果。

本发明把激光表面微造型技术引用到导柱表面处理，结合流体动压润滑理论，使导柱-导套摩擦副的摩擦磨损降到最低，最大程度的改善其润滑状况和耐磨抗磨性能，延长模具导向机构的使用寿命，稳定和提高成形工件的质量。采用这种表面造型处理的导柱进行导向，一定程度上可减少导柱导套的配合间隙，保证工作中的导向精度；导柱表面的微凹坑起到存储润滑油和聚集磨粒的作用，改善了润滑状况，具有润滑减摩效果。

本发明具有经济、高效、加工质量高，可以加工各种形式的导柱、导板等导向件的优点。

附图说明

图1是激光微造型的示意图。

图2是图1中A部的放大图。

图中：1-导柱；2-导套；h-凹坑深度；b-相邻两凹坑间的距离；D-凹坑直径。

具体实施方式

下面以拉伸模具为例说明本发明的具体实施过程。

激光加工设备选用二极管泵浦Nd:YAG激光器。

金属塑性成形模具选用的导柱材料为具有代表意义的通用材料20钢(HRC60-64，表面渗碳淬火处理)。

本发明实施例提供激光微造型导柱的制备方法，其步骤为：

第一步：采用声光调Q二级管泵浦固体光源（DPSS）Nd:YAG激光器，激光功率为3W，波长532nm，光束质量系数M2<2，发散角<3mrad；

第二步：选取模具导柱基体，其材料为20钢，表面渗碳淬火，60-64HRC；

第三步：通过驱动激光器，调整激光参数，具体为：激光功率（3W）、泵浦电流（14A），激光波长（532nm）、脉冲宽度（40ns））、脉冲重复频率（8khz）、光束模式(多模)、辅助气体（氮气, 压力为0.15MPa），使高能量密度、高重复频率的脉冲激光照射导柱表面，并采用“同点单脉冲间隔多次”激光造型工艺（该技术参见中国专利文献:CN1857843，对导柱表面进行微造型处理，从而在导柱表面形成硬度高且呈一定规律分布的微凹坑组成的近似于抛物面状微观几何形貌。

导柱表面的微观几何参数为：深度h为3～6，直径D为40～60，分布率S为10％～20％。

导柱表面经上述处理后，显著提高了导柱表面的润滑减摩、耐磨抗磨性能，延长了导柱的使用寿命，可以起到捕捉颗粒而减少犁沟的形成，作为储油器给接触表面提供了润滑剂以防止咬合，产生流体动压效应以增加承载能力等方面的作用，而且激光和导柱表面相互作用会产生表面硬化，进一步提高耐磨性能。

Claims

1.一种模具导柱表面形貌的激光微造型方法，其特征在于所述方法的步骤如下：

再通过流体动压润滑理论优化表面微形貌设计，确定表面微造型参数，采用激光加工设备，选用以下加工参数：激光功率2~12W、泵浦电流13~20A、激光波长355nm、532nm或1064nm，脉冲宽度20~70ns、脉冲重复频率1~9khz、光束模式为多模、扫描速度10~50mm/s、辅助气体为氮气，气压0.15Mpa，使脉冲激光照射导柱表面，并采用“同点单脉冲间隔多次”激光造型工艺，对模具导柱表面进行微造型处理；

以上造型方法在模具导柱表面形成硬度HV800-1000、且呈疏密不等分布、由凹坑组成的微观几何形貌，所述微观几何形貌参数为：凹坑直径D在20~80, 相邻两凹坑间的距离b在50~600，深度h在2~20 。

2.根据权利要求1所述的模具导柱表面形貌的激光微造型方法，其特征在于：所述激光加工设备选用声光调Q二级管泵浦固体光源（DPSS）Nd:YAG激光器，激光功率为3W，波长532nm，光束质量系数M2<2，发散角<3mrad。

3.根据权利要求1所述的模具导柱表面形貌的激光微造型方法，其特征在于：所述导柱的材料为20钢，HRC60-64，表面渗碳淬火处理。