CN105695990B

CN105695990B - 用于提高模具钢表面性能的装置及激光熔覆粉末

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Publication number: CN105695990B
Application number: CN201610249581.1A
Authority: CN
Inventors: 汪洪峰; 汪建利; 宋娓娓
Original assignee: Huangshan University
Current assignee: Huangshan University
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2018-09-11
Anticipated expiration: 2036-04-21
Also published as: CN105695990A

Abstract

一种用于提高模具钢表面性能的装置及激光熔覆粉末，所述的装置包括放置工件和工作台和架装在工作台上方的横梁，其特征是所述的横梁上依次安装有对工件进行去污的去污器，对去污后的工件进行的清洗的清水器、对清水清洗后的工件进行酒精清洁的酒精清洗器，对酒精清洗器清洗后的工件进行烘干的烘干机，用于对清洗烘后的工件表面进行铺粉的铺粉装置，用于将所铺粉末熔覆在工件表面的激光头，用于对熔覆后的表面进行粗加工的粗铣削装置，用于对粗铣后的工件表面进行精加工的精铣削装置以及精磨装置。本发明可以大大提高模具加工效率，提高模具表面的耐磨性和耐腐蚀性，进而大大提高了模具的使用寿命。

Description

用于提高模具钢表面性能的装置及激光熔覆粉末

技术领域

本发明涉及一种材料改性技术，尤其是一种通过激光熔覆达到改善材料表面性能的技术，具体地说是一种用于提高模具钢表面性能的装置及激光熔覆粉末。

背景技术

目前，关于模具钢表面改性的报道很多，但是大部分的做法基本上是单一进行，采用的方法也是较为传统的，效率较低、效果也不是很满意。因此，发明一种针对模具钢制造模具要求特点，结合激光熔覆+铣削+磨削相结合的高效加工方法是提高模具加工效率和质量十分重要。

发明内容

本发明的目的是针对目前模具改性技术单一，效率不高，效果不佳的问题，发明一种结合了激光熔覆技术的用于提高模具钢表面性能的装置，同时根据模具钢的特点，提供一种相应的激光熔覆用粉末。

本发明的技术方案之一是：

一种用于提高模具钢表面性能的装置，它包括放置工件12和工作台1和架装在工作台1上方的横梁2，其特征是所述的横梁2上依次安装有对工件进行去污的去污器3，对去污后的工件进行的清洗的清水器4、对清水清洗后的工件进行酒精清洁的酒精清洗器5，对酒精清洗器清洗后的工件进行烘干的烘干机6，用于对清洗烘后的工件表面进行铺粉的铺粉装置7，用于将所铺粉末熔覆在工件表面的激光头8，用于对熔覆后的表面进行粗加工的粗铣削装置9，用于对粗铣后的工件表面进行精加工的精铣削装置10以及用于最终成型的、用于对工件进行精磨的精磨装置11；当工件12放置在工作台上，通过工作台上装有的滚动装置将工件从左向右移动，当工件到达去污器位置，去污器开始工作，砂纸在工件表面不停的磨削，去除氧化物杂质，待磨削的工件到达清水器位置，开始喷水将氧化物杂质洗去，再将洗好的工件移动到达酒精清洗器的位置进行酒精清洗，酒精清洗过的工件移动到烘干机位置时进行烘干，烘干的工件移到铺粉装置下方，此时在振动漏斗的工作下，将搅拌器中搅拌好的粉末铺设在工件表面上，铺设好粉末的工件到达激光头位置时进行激光熔覆，激光器在横梁上前后移动保证一道一道的熔覆工件表面，熔覆好的工件进入粗铣削装置位置进行粗铣削表面，再移到精铣削装置位置进行精铣削，然后移到精磨装置处进行最后的精磨加工，获得需要的表面精度。

所述的去污器3由主梁3-1、砂纸3-2和夹紧部件3-3组成；砂纸3-2放置在主梁3-1上，通过夹紧部件3-3的吸力将砂纸3-2折放在主梁3-1并夹紧，主梁3-1能在横梁2上前后移动，保证从前向后依次将工件表面的污垢砂磨掉。

所述的铺粉装置7由粉末进入槽7-1、搅拌器7-2和振动漏斗7-3组成，其中粉末进入槽7-1根据配置粉末的种类设置数量；各种粉末通过各自的粉末进入槽7-1进入搅拌器7-2中进行搅拌均匀，然后通过挂在搅拌器7-2下方的振动漏斗7-3振动将粉末均匀的铺设在工件12表面上，振动漏斗7-3可在搅拌器7-2上前后移动，以便将粉末铺设到整个工件表面。

本发明的技术方案之二是：

一种用于提高模具钢表面性能的改性层粉末，其特征是它主要由纳米铁粉、纳米铼粉、纳米钨粉、纳米钛粉、纳米钴粉、金刚石纳米粉末和其他微量元素组成，纳米铁粉的质量百分比60~70%、纳米铼粉的质量百分比5~9%、纳米钨粉的质量百分比5~9%，纳米钛粉的质量百分比5~9%、纳米钴粉的质量百分比5~9%、金刚石纳米粉末的质量百分比1~3%，其他微量元素（杂质，如少量的锰、镁、硅等）的质量百分比0.5~1%。

所述的纳米铁粉、纳米铼粉、纳米钨粉、纳米钛粉、纳米钴粉、金刚石纳米粉末的粒径均为20~50nm。

本发明的有益效果：

本发明可以大大提高模具加工效率，提高模具表面的耐磨性和耐腐蚀性，进而大大提高了模具的使用寿命，同时还可保证模具磨损后的修补，其修补效率也较快，大大节约了模具制作成本。

附图说明

图1是本发明的改性装置的结构示意图。

图2是经本发明的改性装置改性后的表面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示。

一种用于提高模具钢表面性能的装置，其主要由工作台1、横梁2、去污器3、清水器4、酒精清洗器5、烘干机6、铺粉装置7、激光头8、粗铣削装置9、精铣削装置10和精磨装置11组成。所述的横梁2上依次安装有对工件进行去污的去污器3，对去污后的工件进行的清洗的清水器4、对清水清洗后的工件进行酒精清洁的酒精清洗器5，对酒精清洗器清洗后的工件进行烘干的烘干机6，用于对清洗烘后的工件表面进行铺粉的铺粉装置7，用于将所铺粉末熔覆在工件表面的激光头8，用于对熔覆后的表面进行粗加工的粗铣削装置9，用于对粗铣后的工件表面进行精加工的精铣削装置10以及用于最终成型的、用于对工件进行精磨的精磨装置11；如图1所示，所述的去污器3由主梁3-1、砂纸3-2和夹紧部件3-3组成。当砂纸3-2放置在主梁3-1上，通过夹紧部件3-3的吸力将砂纸3-2折放在主梁3-1上然后夹紧。主梁3-1可在横梁2上前后移动，保证从前向后依次磨削工件表面污垢。所述的铺粉装置7由粉末进入槽7-1、搅拌器7-2和振动漏斗7-3组成。其中粉末进入槽7-1根据配置粉末的种类设置数量，本发明的粉末主要由粒径均为20~50nm的纳米铁粉、纳米铼粉、纳米钨粉、纳米钛粉、纳米钴粉、金刚石纳米粉末和其他微量元素组成，纳米铁粉的质量百分比60~70%、纳米铼粉的质量百分比5~9%、纳米钨粉的质量百分比5~9%，纳米钛粉的质量百分比5~9%、纳米钴粉的质量百分比5~9%、金刚石纳米粉末的质量百分比1~3%，其他微量元素的质量百分比0.5~1%。各种粉末通过各自的粉末进入槽7-1进入搅拌器7-2中进行搅拌均匀，然后通过挂在搅拌器7-2下方的振动漏斗7-3振动将粉末均匀的铺设在工件12表面上，振动漏斗7-3可在搅拌器7-2上前后移动，以致铺设整个工件表面粉末。

如图1所示，当工件12放置在工作台1上，通过工作台1上装有的滚动装置将工件从后向前移动，当工件12到达去污器3位置，此时去污器3开始工作，即砂纸3-2在工件表面不停的磨削，去除氧化物等杂质，带磨削的工件表面到达清水器位置开始喷水将氧化物等杂质洗去，再将洗好的工件表面到达酒精清洗器5的位置进行酒精清洗，再将酒精清洗的工件表面移动到烘干机6上进行烘干，再将烘干的工件表面移到铺粉装置7下方，此时在振动漏斗7-3的工作下，将搅拌器7-2中搅拌好的粉末铺设在工件表面上，然后铺设好的工件表面到达激光头8位置进行激光熔覆，激光器8在横梁2上前后移动保证一道一道的熔覆工件表面，然后熔覆号的表面进入粗铣削装置9位置进行粗铣削表面，再移到精铣削装置10位置进行精铣削，然后移到精磨装置11处进行最后的精磨加工，获得需要的表面精度。

实例1：

在模具钢表面铺设一层粉末，其具体配置为：纳米铁粉640克、纳米铼粉85克、纳米钨粉80克，纳米钛粉85克、纳米钴粉85、金刚石纳米粉末25克，其他微量元素（主要包括锰、镁、硅等杂质）6克，混合后均匀铺设，利用激光对模具钢表面铺设粉末进行激光熔敷，熔覆层深度为3mm，然后通过铣床铣削加工表面，在利用磨床磨削表面。获得的表面改性层的硬度比模具钢高10%，耐腐蚀性提高约8%，耐磨性提高12%，表面如图2所示。

实例2：

在模具钢表面铺设一层粉末，其具体配置为：纳米铁粉600克、纳米铼粉90克、纳米钨粉90克，纳米钛粉90克、纳米钴粉90克、金刚石纳米粉末30克，其他微量元素（杂质，如少量的锰、镁、硅等）10克，混合后均匀铺设，利用激光对模具钢表面铺设粉末进行激光熔敷，熔覆层深度为2mm，然后通过铣床铣削加工表面，在利用磨床磨削表面。获得的表面改性层的硬度比模具钢高8%，耐腐蚀性提高约7%，耐磨性提高10%。

实例3：

在模具钢表面铺设一层粉末，其具体配置为：纳米铁粉700克、纳米铼粉50、纳米钨粉55，纳米钛粉90克、纳米钴粉90克、金刚石纳米粉末10克，其他微量元素（杂质，如少量的锰、镁、硅等）的质量百分比5克，混合后均匀铺设，利用激光对模具钢表面铺设粉末进行激光熔敷，熔覆层深度为2.5mm，然后通过铣床铣削加工表面，在利用磨床磨削表面。获得的表面改性层的硬度比模具钢高13%，耐腐蚀性提高约9%，耐磨性提高11%。

实例4：

在模具钢表面铺设一层粉末，其具体配置为：纳米铁粉700克、纳米铼粉55、纳米钨粉50，纳米钛粉90克、纳米钴粉90克、金刚石纳米粉末10克，其他微量元素（杂质，如少量的锰、镁、硅等）的质量百分比5克，混合后均匀铺设，利用激光对模具钢表面铺设粉末进行激光熔敷，熔覆层深度为2.5mm，然后通过铣床铣削加工表面，在利用磨床磨削表面。获得的表面改性层的硬度比模具钢高13%，耐腐蚀性提高约9%，耐磨性提高11%。

实例5：

在模具钢表面铺设一层粉末，其具体配置为：纳米铁粉700克、纳米铼粉90、纳米钨粉90，纳米钛粉50克、纳米钴粉55克、金刚石纳米粉末10克，其他微量元素（杂质，如少量的锰、镁、硅等）的质量百分比5克，混合后均匀铺设，利用激光对模具钢表面铺设粉末进行激光熔敷，熔覆层深度为2.5mm，然后通过铣床铣削加工表面，在利用磨床磨削表面。获得的表面改性层的硬度、耐腐蚀性和耐磨性提高程度与实例4相当。

实例6：

在模具钢表面铺设一层粉末，其具体配置为：纳米铁粉700克、纳米铼粉90、纳米钨粉90，纳米钛粉55克、纳米钴粉50克、金刚石纳米粉末10克，其他微量元素（杂质，如少量的锰、镁、硅等）的质量百分比5克，混合后均匀铺设，利用激光对模具钢表面铺设粉末进行激光熔敷，熔覆层深度为2.5mm，然后通过铣床铣削加工表面，在利用磨床磨削表面。获得的表面改性层的硬度、耐腐蚀性和耐磨性提高程度与实例4相当。

具体实施时，所使用的激光熔覆粉末可根据原材料性能进行改进，添加其它微量元素，改用其它配比进行。也可自行设计组份。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种用于提高模具钢表面性能的装置，它包括放置工件（12）的工作台（1）和架装在工作台（1）上方的横梁（2），其特征是所述的横梁（2）上依次安装有对工件进行去污的去污器（3），对去污后的工件进行的清洗的清水器（4）、对清水清洗后的工件进行酒精清洁的酒精清洗器（5），对酒精清洗器清洗后的工件进行烘干的烘干机（6），用于对清洗烘后的工件表面进行铺粉的铺粉装置（7），用于将所铺粉末熔覆在工件表面的激光头（8），用于对熔覆后的表面进行粗加工的粗铣削装置（9），用于对粗铣后的工件表面进行精加工的精铣削装置（10）以及用于最终成型的、用于对工件进行精磨的精磨装置（11）；当工件（12）放置在工作台上，通过工作台上装有的滚动装置将工件从左向右移动，当工件到达去污器位置，去污器开始工作，砂纸在工件表面不停的磨削，去除氧化物杂质，待磨削的工件到达清水器位置，开始喷水将氧化物杂质洗去，再将洗好的工件移动到达酒精清洗器的位置进行酒精清洗，酒精清洗过的工件移动到烘干机位置时进行烘干，烘干的工件移到铺粉装置下方，此时在振动漏斗的工作下，将搅拌器中搅拌好的粉末铺设在工件表面上，铺设好粉末的工件到达激光头位置时进行激光熔覆，激光器在横梁上前后移动保证一道一道的熔覆工件表面，熔覆好的工件进入粗铣削装置位置进行粗铣削表面，再移到精铣削装置位置进行精铣削，然后移到精磨装置处进行最后的精磨加工，获得需要的表面精度；所述的粉末主要由：纳米铁粉、纳米铼粉、纳米钨粉、纳米钛粉、纳米钴粉、金刚石纳米粉末和其他微量元素组成，纳米铁粉的质量百分比60~70%、纳米铼粉的质量百分比5~9%、纳米钨粉的质量百分比5~9%，纳米钛粉的质量百分比5~9%、纳米钴粉的质量百分比5~9%、金刚石纳米粉末的质量百分比1~3%，其他微量元素的质量百分比0.5~1%；所述的铺粉装置（7）由粉末进入槽（7-1）、搅拌器（7-2）和振动漏斗（7-3）组成，其中粉末进入槽（7-1）根据配置粉末的种类设置数量；各种粉末通过各自的粉末进入槽（7-1）进入搅拌器（7-2）中进行搅拌均匀，然后通过挂在搅拌器（7-2）下方的振动漏斗（7-3）振动将粉末均匀的铺设在工件（12）表面上，振动漏斗（7-3）可在搅拌器（7-2）上前后移动，以便将粉末铺设到整个工件表面。

2.根据权利要求1所述的用于提高模具钢表面性能的装置，其特征是所述的去污器（3）由主梁（3-1）、砂纸（3-2）和夹紧部件（3-3）组成；砂纸（3-2）放置在主梁（3-1）上，通过夹紧部件（3-3）的吸力将砂纸（3-2）折放在主梁（3-1）并夹紧，主梁（3-1）能在横梁（2）上前后移动，保证从前向后依次将工件表面的污垢砂磨掉。

3.根据权利要求1所述的用于提高模具钢表面性能的装置，其特征是所述的纳米铁粉、纳米铼粉、纳米钨粉、纳米钛粉、纳米钴粉、金刚石纳米粉末的粒径均为20~50nm。