CN104673973B - 一种挤压模具关键部位的激光冲击方法 - Google Patents

一种挤压模具关键部位的激光冲击方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于模具表面改性技术，尤其涉及一种挤压模具关键部位的激光冲击方法，步骤如下：首先对挤压模具进行淬火、回火热处理；通过对挤压模具工作时受力受热以及摩擦磨损的分析，得到挤压模具容易产生裂纹源以及容易发生磨损失效的挤压模具关键部位；由关键部位的位置和轮廓形状选择激光冲击参数和冲击路径进行激光冲击；激光冲击完成后，测定关键部位表面尺寸变化量；由尺寸变化量设计新的关键部位尺寸；对新的挤压模具关键部位再次激光冲击，最终得到目标挤压模具。采用本发明所述激光冲击方法，使挤压模具关键部位提高抗应力腐蚀、抗疲劳及抗磨损性能的同时，也满足模具的制作要求；提高了挤压模具的使用寿命和生产效率。

Description

一种挤压模具关键部位的激光冲击方法
技术领域
本发明属于模具表面改性技术，涉及一种挤压模具关键部位的表面激光冲击强化方法。
背景技术
进入21世纪，我国的制造业迅速的得到发展，而模具行业在其中有着举足轻重的作用，涉及航空、航天、电子信息、汽车等领域。随着科技的进步以及各行各业对产品质量的要求越来越高，所以对现阶段模具的要求也是越来越高，由于挤压模具在工作过程中经受很大的工作负荷变化，承受着热疲劳、热冲蚀以及剧烈摩擦磨损等物理化学的作用，模具薄弱部分会出现早期的破坏和失效，影响模具的使用寿命和产品的质量。应用新型的表面强化方法可以改善模具表面的应力状态，使模具圆角等薄弱部分处产生很高的残余压应力并可以获得一定的残余压应力层，从而提高模具的抗疲劳、抗磨损等性能，进而提高了模具的使用寿命，改善了模具表面的质量，提高了产品的质量和性能。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种挤压模具关键部位的激光冲击方法，目的在于提高挤压模具薄弱部位处的抗应力腐蚀、抗疲劳及抗磨损等性能，降低挤压模具在使用过程中失效破坏的不确定性，进而更好保证产品的质量和性能。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种挤压模具关键部位的激光冲击方法，包括如下步骤：
(1)对挤压模具进行淬火、回火热处理，使挤压模具的表面硬度值在51HRC～60HRC，表面粗糙度在0.08～0.16μm；
(2)通过对挤压模具工作时受力受热以及摩擦磨损的分析，得到挤压模具容易产生裂纹源以及容易发生磨损失效的挤压模具关键部位；
(3)根据挤压模具关键部位的位置和轮廓形状选择激光冲击参数和冲击路径进行激光冲击；激光冲击完成后，关键部位表面获得残余压应力层；所述激光冲击参数包括波长、脉冲能量、脉宽、搭接率、光斑直径、冲击次数、约束层、吸收层和激光扫描速度；
(4)测定挤压模具关键部位表面经激光冲击后的尺寸变化量；
(5)根据尺寸变化量设计新的挤压模具关键部位尺寸；
(6)对新的挤压模具关键部位再次激光冲击，所述激光冲击参数和冲击路径与步骤(3)中相同，最终得到目标挤压模具。
进一步的，所述挤压模具为挤压凸模或挤压凹模。
进一步的，所述挤压凸模的材料为H13。
进一步的，所述挤压凹模的材料为W18Cr4V。
进一步的，步骤(3)中所述激光冲击参数为波长1054nm，脉冲能量10～30J，脉宽10ns～23ns，搭接率50％～60％，光斑直径4mm～6mm，冲击次数2～3次，约束层为0.3mm～1mm的水流层，吸收层为0.2mm～0.5mm的黑漆，激光扫描速度0.002m/s。
进一步的，步骤(5)中所述新的挤压模具为挤压凸模，其关键部位尺寸D1和原有关键部位尺寸D的关系为D1＝D+m，其中，m为激光冲击后挤压凸模关键部位表面的尺寸变化量。
进一步的，步骤(5)中所述新的挤压模具为挤压凹模，其关键部位尺寸D2和原有关键部位尺寸D3的关系为D2＝D3-m1，其中，m1为激光冲击后挤压凹模关键部位表面的尺寸变化量。
本发明的有益效果为：
本发明所述的一种挤压模具关键部位的激光冲击方法，通过激光冲击使挤压模具关键部位提高抗应力腐蚀、抗疲劳及抗磨损等性能，同时将由于激光冲击所引起的模具表面尺寸变化量考虑到模具设计的初始阶段，使最终所得的模具关键部位获得较好性能的同时也满足模具的制作尺寸要求；从而提高了挤压模具的使用寿命和生产效率，降低了挤压模具在使用过程中失效破坏的不确定性，进一步保证产品的质量和性能。
附图说明
图1为原有挤压凸模的主视图。
图2为原有挤压凸模的俯视图。
图3为新的挤压凸模的主视图。
图4为原有挤压凹模的主视图。
图5为原有挤压凹模的俯视图。
图6为新的挤压凹模的主视图。
附图标记说明如下：
1-挤压凸模待冲击区，2-挤压凹模待冲击区。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
选取材料为H13的挤压凸模，在淬火温度1020-1060℃，回火温度560-650℃，提高其硬度，改善其内部微观组织和应力状态，使其热处理后表面硬度值为52HRC，表面粗糙度达到0.12μm，通过挤压凸模在使用前和使用后对比得到挤压凸模在工作时外表面的摩擦最为剧烈，磨损也最为严重。
从图1和图2中可以看出，挤压凸模的外表面为圆柱面，所以激光冲击路径即从上到下沿着挤压凸模的外圆柱面逐步冲击，直至冲击完成；激光冲击参数如下：在挤压凸模待冲击区处涂上0.2mm的黑漆作为吸收层，使用0.3mm的水流层作为约束层，激光波长为1054nm，脉冲能量为15J，脉宽23ns，搭接率为50％，光斑直径为4mm，冲击次数2次，激光扫描速度为0.002m/s，冲击完成后测得外表面获得的残余压应力层约1mm，较好的提高了材料的耐磨性、抗应力腐蚀性和表面硬度，测得挤压凸模尺寸变化量m＝40μm。如图3所示，因此新设计的挤压凸模尺寸D1＝D+m，将新设计的挤压凸模在以上所述的激光参数下从上到下沿着挤压凸模的外圆柱面逐步冲击，冲击完成后，最终达到挤压凸模工作时所需尺寸，此时挤压凸模表面已存在约1mm的残余压应力层，减小了摩擦系数，提高了挤压凸模的抗磨损性能，提高了挤压凸模的使用寿命。
实施例2
首先热处理挤压凹模所使用的材料W18Cr4V，淬火温度1200-1240℃，回火温度550-700℃，提高其硬度，改善其内部微观组织和应力状态，热处理后其表面硬度值为56HRC，表面粗糙度达到0.09μm，通过挤压凹模在使用前和使用后对比得到挤压凹模在工作时内表面的摩擦最为剧烈，磨损也最为严重，从图4和图5中可以看出，挤压凹模的内表面为圆柱面，所以激光冲击路径即从上到下沿着挤压凹模的内圆柱面逐步冲击，直至冲击完成；所述激光参数为：在挤压凹模待冲击区处涂上0.2mm的黑漆作为吸收层，在激光冲击过程中使用0.3mm的水流层作为约束层，激光波长为1054nm，脉冲能量为18J，脉宽23ns，搭接率为60％，光斑直径为4mm，冲击次数3次，激光扫描速度为0.002m/s，冲击完成后测得内表面获得的残余压应力层约0.9mm，测得挤压凹模尺寸变化量m1＝35μm。如图4所示，所以新设计的挤压凹模尺寸D2＝D3-m1，将新设计的挤压凹模在以上所述的激光参数下从上到下沿着挤压凹模的内圆柱面逐步冲击，冲击完成后，最终达到挤压凹模工作时所需尺寸，此时挤压凹模表面已存在约0.9mm的残余压应力层，减小了摩擦系数，提高了挤压凹模的抗磨损性能，提高了挤压凹模的使用寿命。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种挤压模具关键部位的激光冲击方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对挤压模具进行淬火、回火热处理，使挤压模具的表面硬度值在51HRC～60HRC，表面粗糙度在0.08～0.16μm；所述挤压模具为挤压凸模或挤压凹模；
(2)通过对挤压模具工作时受力受热以及摩擦磨损的分析，得到挤压模具容易产生裂纹源以及容易发生磨损失效的挤压模具关键部位；
(3)根据挤压模具关键部位的位置和轮廓形状选择激光冲击参数和冲击路径进行激光冲击；
(4)测定挤压模具关键部位表面经激光冲击后的尺寸变化量；
(5)根据尺寸变化量设计新的挤压模具关键部位尺寸，当所述新的挤压模具为挤压凸模时，其关键部位尺寸D1和原有关键部位尺寸D的关系为D1＝D+m，其中，m为激光冲击后挤压凸模关键部位表面的尺寸变化量，当所述新的挤压模具为挤压凹模时，其关键部位尺寸D2和原有关键部位尺寸D3的关系为D2＝D3-m1，其中，m1为激光冲击后挤压凹模关键部位表面的尺寸变化量；
(6)对新的挤压模具关键部位激光冲击，所述激光冲击参数和冲击路径与步骤(3)中相同，最终得到目标挤压模具。
2.根据权利要求1所述的一种挤压模具关键部位的激光冲击方法，其特征在于，所述挤压凸模的材料为H13。
3.根据权利要求1所述的一种挤压模具关键部位的激光冲击方法，其特征在于，所述挤压凹模的材料为W18Cr4V。
4.根据权利要求1所述的一种挤压模具关键部位的激光冲击方法，其特征在于，步骤(3)中所述激光冲击参数为波长1054nm，脉冲能量10～30J，脉宽10ns～23ns，搭接率50％～60％，光斑直径4mm～6mm，冲击次数2～3次，约束层为0.3mm～1mm的水流层，吸收层为0.2mm～0.5mm的黑漆，激光扫描速度0.002m/s。
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