CN108130401A - 一种超精密长寿命模具的制作方法 - Google Patents

一种超精密长寿命模具的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超精密长寿命模具的制作方法，将模仁和刀口依次进行粗加工、精加工的工艺，完成对模具本体的制作，再利用激光淬火对刀口进行处理，将带有刀口的模具置于工作台上，通过机械手随着模具形状进行轨迹记忆编程，随后通过激光束照射在刀口上，进行刀口淬火处理。与现有技术相比，本发明具有刀具精度高、刀口加工周期短、模具材料成本低、模具加工刀具消耗少、应用范围广等优点。

Description

一种超精密长寿命模具的制作方法
技术领域
本发明涉及隔音毡冲切模具的制作方法，尤其是涉及一种超精密长寿命模具的制作方法。
背景技术
目前毡的冲切模具重要分为两种模具，一种是雌雄冲切模具；一种是碰切模具，(雌雄模具的工作原理是：将成型好的半成品毡零件放入模具，通过上模具的施压近而实现对产品的剪切，刀口设计为雌雄结构，雌雄刀口间隙是0mm；碰切模具的工作原理是：通过刀口挤压毡材使之断裂从而达到裁切零件边角料，同样模具刀刀口和碰切面要求是0间隙)。从工作原理我们不难看出无论是冲切模具还是碰切模具的刀口，都是要求比较高，是模具的关键部位，同时冲使用的实际情况看，刀口部门是易损部位。
针对此类模具，为了增加刀口寿命，目前一般采用以下两种做法：
一、模具模仁的刀口材料好的模具钢材(P20，378、SKD11、SKD61等)，采用镶件安装的方法，镶件进行硬度提高处理，一般刀口处理在55Hrc左右，这样做法的缺点是：1、模具材料成本高；2、模具刀口加工难度大，(硬度大55Hrc)；3、加工过程中刀具损耗大，刀具成本大；4、镶件安装，模具刀口精度不能保证，组装后模具配合周期长，冲切效果差。
二、直接对模具刀口部分进行烧焊加工，这个工艺目前使用最为广泛的一种工艺，这种工艺的做法是：模具模仁才用一般的钢材，模仁粗加工后，在需要硬化的部分开上6-8mm宽、3-5mm深的沟槽，再在开好的沟槽中烧焊P20，378、SKD11、SKD61等材料，然后机床加工，这样做比上一种工艺相比模具钢成本上要节约很多，但是这样工艺同样存在很多问题：1、模具刀口加工难度大，(硬度大60Hrc)；2、加工过程中刀具损耗大，刀具成本大；3、加工刀具易损耗，模具刀口精度不高，加工后模具配合周期长；4、模具刀口因为是烧焊工艺，目前模具刀口烧焊多为手工烧焊，即手工送焊丝和焊接机的电流不稳定，以及烧焊环境的温度不稳定等等不可控因素比较多，因此烧焊刀口存在着应力不均匀、硬度不一致，这就导致在生产过程中，因为在模具整体压机设备上生产，即在同一压力下，模具刀口的应力不均匀和刀口硬度的不一致，必然存在着：有些刀口能够承受一定压力，一些刀口承受不了设定压力，这样势必会出现刀口蹦刃、刀口开裂等减少刀口寿命的情况发生。
中国专利CN104708672A公开了一种毡的冲切模具，由上模架和下模架组成，上模架与下模架合模后中间形成放置半成品零件的模具型腔，上模架与下模架合模面的四周设有锯齿刀片用于切割半成品零件，锯齿刀片经刀座连接在上模架上，该刀座上连接有发热电阻及隔热垫，下模架与上模架合模面的四周设有与锯齿刀片相匹配的入刀垫。该专利是通过对刀片进行加热然后再进行切割，让半成品零件周边冲切的更加整齐利索，但是该专利仍然没有能够提高刀具本身的精度问题，另外，经常的加热-冷却工艺操作也会对刀具的使用寿命产生影响，进而缩短模具的使用寿命。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种刀具精度高、使用寿命长、加工损耗少的汽车隔音毡模具的制作方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种超精密长寿命模具的制作方法，将模仁和刀口依次进行粗加工、精加工的工艺，完成对模具本体的制作，再利用激光淬火对刀口进行处理，具体采用以下步骤：将带有刀口的模具置于工作台上，通过机械手随着模具形状进行轨迹记忆编程，随后通过激光束照射在刀口上，进行刀口淬火处理。
所述的激光束的温度控制在1000℃-1200℃，温度大于1200℃会导致刀口烧坏，或局部过硬，刀口开裂，龟裂；温度小于1000℃会导致刀口硬度达不到要求，因此控制激光束的温度在上述温度区间内。
激光束的光束质量为30mm.mrad、波长为980nm-1070nm、输出功率为4000W-4500W，通过大量的实践证明，采用以上参数做出的刀口硬度均匀。
所述的激光束经宽度为5mm-10mm的激光头输出，如果宽度小于5mm会导致，能量过于集中导致刀口烧坏，或局部过硬，刀口开裂，龟裂；宽度大于10mm会由于激光照射过散导致刀口硬度达不到要求。
所述的激光头在处理过程中与刀口上表面之间的距离保持恒定，优选的，激光头与刀口上表面之间的距离为230-250mm，高度小于235mm会能量过于集中导致刀口烧坏，或局部过硬，刀口开裂，龟裂；大于250mm会导致刀口硬度达不到要求。
所述的激光束在机械手的带动下控制移动速度为300-350mm/min，速度小于300mm/min会能量过于集中导致刀口烧坏，或局部过硬，刀口开裂，龟裂；速度大于350mm/min会因为加工速度过快导致刀口硬度达不到要求。
所述的刀口在激光淬火处理前的硬度为15-30Hrc，处理后的硬度为50-60Hrc。
利用激光淬火处理的刀口内软外硬，制作得到的具有硬度一致、应力分布均匀硬化层的刀口大大改进了冲切效果，产品切边整齐，干净利索，同时内软的冲切刀口大大增加了刀口的使用寿命，从之前的5万次修模具，提升至10次修模具，提高了整整一倍的刀具寿命。
同时由于激光淬火的时间为纳秒级的，即不引起模具刀口变形，保证了刀具精度就是机床加工后的精度，即是一种高精度刀口制作的很好选择。
激光淬火处理的刀口的特点是：应力分布均匀(因为激光束控温精确)，刀口硬度一致，即在同一设备统一施加压力的使用环境下刀口寿命明显长，远远大于上述两种工艺。除了寿命长这一大特点外，此项技术还有一个很大的优点是，模具模仁和刀口在加工中为一体一起加工，其材料硬度是原始材料硬度一般在15-30Hrc，也就是说加工刀具在加工此硬度值的材料时是基本没有磨损的，即刀具模具磨损，材料软，刀具没有磨损，这就意味着模具刀口部分加工是高精密的，同时加工软材料刀口所需要的时间也是大大减少的，(与热处理后的模具钢加工和与烧焊后的材料加工时间是大大缩短的，通过近几年的实践验证，同一副模具激光淬火刀口的模具开发时间比模具钢热处理的模具时间缩短1/3，即效率调高30％，比烧焊后的刀口加工时间缩短1/4，即加工效率提高25％。)从而在配模具过程中基本上不需要，或者很少的配模人工即可完成。
激光淬火推广：激光淬火，由于其高温控制均匀，灼热时间极短(瞬间灼热)，灼热区域没有尺寸变化，得到的硬度均匀，应力分布均匀等等特点，这样技术还可以应用到塑胶模具的分型面上，五金冲压模具的刀口上、汽车内燃机滑塞上等等，需要硬度的产品和结构上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、刀具精度高，刀口配合精度高；
二、刀口加工周期短，加工效率提高，缩短模具开发周期；
三、模具材料成本低，符合现在低碳生产、环保生产；
四、模具加工刀具消耗少；
五、应用范围广，市场前景大。
附图说明
图1为制作得到的模具的结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大结构示意图；
图3为刀口的结构示意图。
图中，1-上模仁、2-下模仁、3-刀口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种超精密长寿命模具的制作方法，首先对模具刀口进行粗加工，完成粗加工后，下机床释放模仁的应力释放，然后模仁和刀口一起上机床进行精加工，从而完成对模具本体的制作，此时刀口的硬度为20Hrc，再利用激光淬火对刀口进行处理，具体采用以下步骤：
将模具摆放在激光淬火设备的工作台上，通过机械手随着模具形状进行轨迹记忆编程，随后通过激光束照射在刀口上，进行刀口淬火，此时要求激光束宽度在5mm宽的激光头，温度设置在1100℃，激光头距离刀口间距等高而且恒定在240mm；同时要求激光都在机械手上的带动速度为300mm/min而且匀速运动，并且激光束的光束质量为30mm.mrad、波长为980nm、输出功率为4000W，通过该参数控制从而得到我们要求的硬度在50Hrc-60Hrc深度在0.5mm-2mm具有硬化层的模具刀口，内软外硬，具有硬度一致应力分布均匀硬化层的刀口大大改进了冲切效果，产品切边整齐，干净利索，同时内软的冲切刀口大大增加了刀口的使用寿命，从之前的5万次修模具，提升至10次修模具，提高了整整一倍的刀具寿命。
制作得到的的模具结构如图1所示，包括相互匹配的上模仁1、下模仁2以及与模仁呈一体结构的刀口3，如图2所示。
同时由于激光淬火的时间为纳秒级的，即不引起模具刀口变形，保证了刀具精度就是机床加工后的精度，即是一种高精度刀口制作的很好选择。
激光淬火处理的刀口的特点是：应力分布均匀(因为激光束控温精确)，刀口硬度一致，即在同一设备统一施加压力的使用环境下刀口寿命明显长，远远大于上述两种工艺。除了寿命长这一大特点外，此项技术还有一个很大的优点是，模具模仁和刀口在加工中为一体一起加工，其材料硬度是原始材料硬度一般在15-30Hrc，也就是说加工刀具在加工此硬度值的材料时是基本没有磨损的，即刀具模具磨损，材料软，刀具没有磨损，这就意味着模具刀口部分加工是高精密的，同时加工软材料刀口所需要的时间也是大大减少的，(与热处理后的模具钢加工和与烧焊后的材料加工时间是大大缩短的，通过近几年的实践验证，同一副模具激光淬火刀口的模具开发时间比模具钢热处理的模具时间缩短1/3，即效率调高30％，比烧焊后的刀口加工时间缩短1/4，即加工效率提高25％。)从而在配模具过程中基本上不需要，或者很少的配模人工即可完成。
激光淬火推广：激光淬火，由于其高温控制均匀，灼热时间极短(瞬间灼热)，灼热区域没有尺寸变化，得到的硬度均匀，应力分布均匀等等特点，其处理得到的刀口结构如图3所示。
实施例2
一种超精密长寿命模具的制作方法，首先对模具刀口进行粗加工，完成粗加工后，下机床释放模仁的应力释放，然后模仁和刀口一起上机床进行精加工，从而完成对模具本体的制作，此时刀口的硬度为15Hrc，再利用激光淬火对刀口进行处理，具体采用以下步骤：将带有刀口的模具置于工作台上，通过机械手随着模具形状进行轨迹记忆编程，随后通过激光束照射在刀口上，控制激光束的温度为1000℃，激光束经宽度为5mm的激光头输出，在加工过程中激光头在处理过程中与刀口上表面之间的距离始终保持恒定，本实施例中激光头与刀口上表面之间的距离为230mm，激光束在机械手的带动下控制移动速度为300mm/min，并且激光束的光束质量为30mm.mrad、波长为1000nm、输出功率为4500W，经过激光淬火处理后的刀口其硬度为50Hrc。
实施例3
一种超精密长寿命模具的制作方法，首先对模具刀口进行粗加工，完成粗加工后，下机床释放模仁的应力释放，然后模仁和刀口一起上机床进行精加工，从而完成对模具本体的制作，此时刀口的硬度为30Hrc，再利用激光淬火对刀口进行处理，具体采用以下步骤：将带有刀口的模具置于工作台上，通过机械手随着模具形状进行轨迹记忆编程，随后通过激光束照射在刀口上，控制激光束的温度为1200℃，激光束经宽度为10mm的激光头输出，在加工过程中激光头在处理过程中与刀口上表面之间的距离始终保持恒定，本实施例中激光头与刀口上表面之间的距离为250mm，激光束在机械手的带动下控制移动速度为350mm/min，并且激光束的光束质量为30mm.mrad、波长为1070nm、输出功率为4500W，经过激光淬火处理后的刀口其硬度为60Hrc。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种超精密长寿命模具的制作方法，将模仁和刀口依次进行粗加工、精加工的工艺，完成对模具本体的制作，其特征在于，再利用激光淬火对刀口进行处理，具体采用以下步骤：
将带有刀口的模具置于工作台上，通过机械手随着模具形状进行轨迹记忆编程，随后通过激光束照射在刀口上，进行刀口淬火处理。
2.根据权利要求1所述的一种超精密长寿命模具的制作方法，其特征在于，所述的激光束的温度控制在1000℃-1200℃。
3.根据权利要求1所述的一种超精密长寿命模具的制作方法，其特征在于，所述的激光束的光束质量为30mm.mrad、波长为980nm-1070nm、输出功率为4000W-4500W。
4.根据权利要求1所述的一种超精密长寿命模具的制作方法，其特征在于，所述的激光束经宽度为5mm-10mm的激光头输出。
5.根据权利要求4所述的一种超精密长寿命模具的制作方法，其特征在于，所述的激光头在处理过程中与刀口上表面之间的距离保持恒定。
6.根据权利要求5所述的一种超精密长寿命模具的制作方法，其特征在于，所述的激光头与刀口上表面之间的距离为230-250mm。
7.根据权利要求1所述的一种超精密长寿命模具的制作方法，其特征在于，所述的激光束在机械手的带动下控制移动速度为300-350mm/min。
8.根据权利要求1所述的一种超精密长寿命模具的制作方法，其特征在于，所述的刀口在激光淬火处理前的硬度为15-30Hrc。
9.根据权利要求1所述的一种超精密长寿命模具的制作方法，其特征在于，所述的刀口在激光淬火处理后的硬度为50-60Hrc。
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