CN109554704A - 一种再制造电缆成型模具的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种再制造电缆成型模具的方法，涉及激光增材制造技术领域。该方法采用同质材料的合金粉末，利用激光熔覆增材制造技术，在损坏的模具表面进行原位原性再制造，同时恢复机械尺寸和达到新模具相同的性能，恢复模具的使用寿命，其充分利用了旧模具的价值，具有时间和价值优势。并且，经过再制造的电缆模具可采用与新模具完全相同的使用工艺。同时，该方法直接在电缆模具表面快速再制造，再制造层具有满足电缆外层绝缘材料成型的要求，具有耐磨、耐热、抗热裂等特性，能快速恢复模具功能的作用；同时，工艺可采用不同材料，该发明具有对模具表面进行局部强化的作用，工艺使用的模具尺寸不受限制，方法工序简单、生产效率高，易于操作。

Description

一种再制造电缆成型模具的方法

技术领域

本发明涉及激光增材制造技术领域，且特别涉及一种再制造电缆成型模具的方法。

背景技术

电缆成型模具包括紧压成型模具、成缆模具、挤出模具等，其本质是属于塑料模具，是将塑料挤出全过程中最后的热压作用装置，直接决定电缆加工的品质和成败，其模具设计、使用可靠性都受到高度重视。尤其在用塑料挤出机挤制电线电缆的绝缘层和护套层时，挤出模具是控制塑料挤包层品质的最关键因素之一。

常用的塑料模具使用的材料有碳素工具钢、合金钢、不锈钢等。其中，碳素工具钢由于经济性高，得到比较广泛的应用。碳素钢适于制造尺寸不大，受力较小，形状简单以及变形要求不高的塑料模具。但是在注塑成型时，由于注塑模具型腔的温度要达到300℃以上，有些塑料中还加人了玻纤、无机填料及固体颜料，固态添加剂和塑料熔体一起在流道、模腔中髙速流动，对模具接触表面产生很大的摩擦，从而导致模具产生磨损；同时，很多树脂和添加剂对型模具表面都有腐蚀作用，这种腐蚀使型腔表面金属溶蚀、剥落，从而加速模具的失效。

再制造是利用各种技术手段对废旧产品进行高技术修复和改造的过程，再制造产品质量最终达到或超过新品的标准，再制造过程中能够节能50％、节材60％、节约总成本70％以上，再制造的本质是发掘生产过程中的最有价值的部分。

再制造关键技术典型代表是激光再制造技术、热喷涂技术和薄膜沉积技术，分别针对修补量大、中、小的领域。激光熔覆技术主要针对金属材料和具有陶瓷增强相的金属陶瓷复合涂层，由于材料与基体同时熔化，因此涂层与基体达到冶金结合，尤其针对体结构的多层增材制造具有极大的优势；薄膜沉积技术可在基体上沉积出厚度为100nm至数微米厚的沉积技术，沉积层具有极高的耐磨性、低的摩擦系数，其最大优点是可作为工件的最终工序。

依据粉末添加途径的不同，激光再制造技术可分为铺粉式和送粉式“增材制造”技术，其中同轴送粉式“增材制造”技术送粉由于工艺可靠性、生产效率和柔性制造的特点，形成了具有代表性的“激光再制造”技术。

中国公开专利CN108823564A“一种利用激光熔覆技术制备防腐涂层的方法”，在Q960钢基体上熔覆了Stellite 6合金粉末材料，在提高Q960钢的耐腐蚀性的同时，改善了Stellite 6合金激光熔覆涂层的质量。由于Stellite 6成分和性能与Q960钢基体相差较大，若以Stellite6材料制造的模具，其生产电缆的工艺势必收到影响，因此不适合电缆模具的生产。

中国公开专利CN103695939A“一种超大型剪切装备刀具的激光修复再制造方法”，在刀具的损伤区进行激光熔覆处理，采用预置式激光熔覆，先涂敷吸收层，再在约束层的保护下，对刀具的损伤区进行激光冲击处理，提高了金属表面的耐磨、耐蚀和抗氧化能力，显著提高了材料的疲劳强度和使用寿命，延长了超大型剪切装备刀具的使用寿命。其约束层预制工艺复杂，不适应与电缆成型模具应用工况。

中国公开专利CN105039971A“模具再制造激光3D打印机及方法”，在废旧的模具表面，发明了计算机控制系统，该系统可控制激光器、送粉器、同轴打印头、平面运动机构和垂直运动机构，在模具的加工空腔处堆积出模具的形状。该专利为模具再制造提供了一种思路，但没有对所用材料体系进行专门设计，不满足电缆成型模具的特殊需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种再制造电缆成型模具的方法，该方法直接在电缆模具表面快速再制造，再制造层具有满足电缆外层绝缘材料成型的要求，具有耐磨、耐热、抗热裂等特性，能快速恢复模具功能的作用；同时，工艺可采用不同材料，该发明具有对模具表面进行局部强化的作用，工艺使用的模具尺寸不受限制，方法工序简单、生产效率高，易于操作。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种再制造电缆成型模具的制备方法，其包括：

测量电缆模具的磨损区域和磨损区域中最大的磨损量；

选取成分与模具材料类似的粉末材料；

将粉末材料送入送粉器中，使得粉末材料均匀地从同步送粉头的粉管中向磨损区域吹出；

利用激光熔覆增材制造技术，控制熔覆头按照预设参数对磨损区域进行从焊道线、焊层面到三维体之间的多层激光熔覆；

依据没有损坏的相邻表面为基准，对激光再制造区域的表面熔覆层进行加工，直至表面精度和粗糙度满足使用需求后得到再制造电缆成型模具。

本发明实施例的再制造电缆成型模具的方法的有益效果是：

本发明的实施例提供的再制造电缆成型模具的方法针对电缆模具使用工况恶劣的情况，提出采用同质材料的合金粉末，利用激光熔覆增材制造技术，在损坏的模具表面进行原位原性再制造，同时恢复机械尺寸和达到新模具相同的性能，恢复模具的使用寿命，该再制造过程充分利用了旧模具的价值，因此具有时间和价值优势，是一种短流程的工艺技术。并且，经过再制造的电缆模具可采用与新模具完全相同的使用工艺。同时，该方法直接在电缆模具表面快速再制造，再制造层具有满足电缆外层绝缘材料成型的要求，具有耐磨、耐热、抗热裂等特性，能快速恢复模具功能的作用；同时，工艺可采用不同材料，该发明具有对模具表面进行局部强化的作用，工艺使用的模具尺寸不受限制，方法工序简单、生产效率高，易于操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为该发明的激光再制造操作工艺示意图；

图2为该发明的激光再制造熔覆层结构示意图；

图3为实施例1激光再制造Hrc55的截面金相组织；

图4为实施例2激光再制造Hrc45的截面金相组织。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种再制造电缆成型模具的方法进行具体说明。

如图1所示，本实施例提供的一种再制造电缆成型模具的制备方法，其包括：

测量电缆模具的磨损区域和磨损区域中最大的磨损量；

选取成分与模具材料类似的粉末材料；

将粉末材料送入送粉器中，使得粉末材料均匀地从同步送粉头的粉管中向磨损区域吹出；

利用激光熔覆增材制造技术，控制熔覆头按照预设参数对磨损区域进行从焊道线、焊层面到三维体之间的多层激光熔覆；

依据没有损坏的相邻表面为基准，对激光再制造区域的表面熔覆层进行加工，直至表面精度和粗糙度满足使用需求后得到再制造电缆成型模具。

详细地，该方法针对电缆模具使用工况恶劣的情况，提出采用同质材料的合金粉末，利用激光熔覆增材制造技术，在损坏的模具表面进行原位原性再制造，同时恢复机械尺寸和达到新模具相同的性能，恢复模具的使用寿命，该再制造过程充分利用了旧模具的价值，因此具有时间和价值优势，是一种短流程的工艺技术。并且，经过再制造的电缆模具可采用与新模具完全相同的使用工艺。同时，该方法直接在电缆模具表面快速再制造，再制造层具有满足电缆外层绝缘材料成型的要求，具有耐磨、耐热、抗热裂等特性，能快速恢复模具功能的作用；同时，工艺可采用不同材料，该发明具有对模具表面进行局部强化的作用，工艺使用的模具尺寸不受限制，方法工序简单、生产效率高，易于操作。

还需要说明的是，请再次参阅图1，在进行多层激光熔覆时，熔覆的示意如图1左边部分所示，从下至上依次为第一层、第二层、第三层、第四层、第五层、第六次、第七层、第八层直到第n层，其横向移动方向如图1右边部分所示。最后激光再制造熔覆层的横截面如图2所示，其下层的模具基体，上层从下至上依次为在缺陷范围内熔覆的第一层熔覆层和第二层熔覆层。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，测量电缆模具的磨损区域和磨损区域中最大的磨损量的步骤具体包括：

采用机械加工的方法，将磨损区域加工掉0.4～0.5mm，并将磨损区域中的锋利的棱角、裂纹、氧化物以及油污完全去除干净。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，选取成分与模具材料类似的粉末材料的步骤中：

粉末材料为FeCrBSi体系材料，粒度范围为50～150μm。

其中，发明涉及的粉末与模具基材材料相类似的材料FeCrBSi系列，其熔覆层具有与原始模具相近的组织结构，依据不同含量的C、B、Si和微量元素V等来调整性能和硬度，使硬度的调整范围为HRc30～65；其主要合金成分为Fe、Cr以及少量的Ni、Mo等，其粒度范围50～150μm，采用水雾化或气雾化法制造，可以是规则或不规则形状、球形或近球形，具有良好的流动性，在气动送粉条件下可以均匀地传输。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，在选取成分与模具材料类似的粉末材料后，还包括：

将选取后的粉末材料在80～90℃的温度下烘干120min以上。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，在将粉末材料送入送粉器中，使得粉末材料均匀地从同步送粉头的粉管中吹出的步骤中：

送粉量为10～60g/min。

其中，本发明的特点是利用同轴送粉激光再制造装备，方便地在电缆成型模具的损伤表面上进行激光熔覆，恢复模具的尺寸，并完全恢复模具的性能，再制造的模具与原始新模具具有完全相同的组织结构和性能，不会由于熔覆层的添加而导致电缆模具的后续使用工艺发生变化，不改变生产节拍；该工艺的操作方便，可用于局部的缺陷修补，尤其适用于较大表面的再制造处理，方便实用，可靠性高。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，预设参数为设计激光束直径为功率为1～5kW，速度为100～1000mm/min，同层熔覆道之间的搭接率为40～60％，不同层之间的距离为0.5～1.5mm。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，利用激光熔覆增材制造技术，控制熔覆头按照预设参数进行从焊道线、焊层面到三维体之间的多层激光熔覆的步骤中：

控制层间温度不高于100～200度，熔覆的区域大于模具损坏边沿3～5mm，厚度高于模具的最终尺寸0.5～1.0mm。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，对激光再制造区域的表面熔覆层进行加工具体包括：

对激光再制造区域采用机械加工手段和手动抛光，直至表面精度和粗糙度满足使用要求后得到再制造电缆成型模具。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，再制造区域的厚度不低于0.4mm。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的实施例提供的再制造电缆成型模具具体包括：

S1：采用机械加工方法，将磨损区域加工掉0.50mm，并将磨损区域中锋利的棱角、裂纹、氧化物和油污等完全去除干净；

S2：选取FeCrBSi合金粉末，粒度范围为50～150μm，在90℃烘干120min以上；

S3：送粉参数设置为40g/min，同步调整气体的压力和流量，使粉末均匀从同步送粉头的粉管中吹出；

S5:调整激光束直径为功率为1.6kW，速度为600mm/min，同层熔覆道之间的搭接率为50％，层厚为1.0mm；

S6：逐层熔覆，每层的范围可以随时调整，最终形成的熔覆区域大于模具损坏边沿3mm，厚度高于模具的最终尺寸0.5～1.0mm；；

S7：对激光再制造的表面熔覆层进行加工，直至表面精度和粗糙度满足使用要求就完成了模具的激光再制造。

实施例1

本实施例选取50～150μm，FeCrBSi粉末，牌号3558；

将该粉末放入送粉器中，调整激光器功率为2.0Kw，光束直径为速度为500mm/min，同层熔覆道之间的搭接率为50％，层厚为1.2mm；

进行第一层熔覆，完成后，测量各部位尺寸，对于余量低于1.0mm的部位重新设计熔覆路径，开始第二层熔覆处理并测量，直至完成模具的修复工作。

实施例1制备得到的激光再制造熔覆层界面结构示意图如图3所示，激光再制造Hrc55的截面金相组织如图3所示，上层为熔覆层，下层为基体。

实施例2

本实施例选取50～150μm，FeCrBSi粉末，牌号3548；

将该粉末放入送粉器中，调整激光器功率为1.5Kw，光束直径为速度为700mm/min，同层熔覆道之间的搭接率为50％，层厚为1.5mm；

进行第一层熔覆，完成后，测量各部位尺寸，对于余量低于0.5mm的部位重新设计熔覆路径，开始第二层熔覆处理并测量，直至完成模具的修复工作。

实施例2制备得到激光再制造Hrc45的截面金相组织如图4所示，上层为熔覆层，下层为基体。

综上所述，本发明实施例的再制造电缆成型模具的方法直接在电缆模具表面快速再制造，再制造层具有满足电缆外层绝缘材料成型的要求，具有耐磨、耐热、抗热裂等特性，能快速恢复模具功能的作用；同时，工艺可采用不同材料，该发明具有对模具表面进行局部强化的作用，工艺使用的模具尺寸不受限制，方法工序简单、生产效率高，易于操作。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种再制造电缆成型模具的方法，其特征在于，其包括：

测量电缆模具的磨损区域和所述磨损区域中最大的磨损量；

选取成分与模具材料类似的粉末材料；

将所述粉末材料送入送粉器中，使得粉末材料均匀地从同步送粉头的粉管中向所述磨损区域吹出；

利用激光熔覆增材制造技术，控制熔覆头按照预设参数对所述磨损区域进行从焊道线、焊层面到三维体之间的多层激光熔覆；

依据没有损坏的相邻表面为基准，对激光再制造区域的表面熔覆层进行加工，直至表面精度和粗糙度满足使用需求后得到再制造电缆成型模具。

2.根据权利要求1所述的再制造电缆成型模具的方法，其特征在于，测量所述电缆模具的所述磨损区域和所述磨损区域中最大的磨损量的步骤具体包括：

采用机械加工的方法，将所述磨损区域加工掉0.4～0.5mm，并将所述磨损区域中的锋利的棱角、裂纹、氧化物以及油污完全去除干净。

3.根据权利要求1所述的再制造电缆成型模具的方法，其特征在于，选取成分与所述模具材料类似的所述粉末材料的步骤中：

所述粉末材料为FeCrBSi体系材料，粒度范围为50～150μm。

4.根据权利要求3所述的再制造电缆成型模具的方法，其特征在于，在选取成分与模具材料类似的粉末材料后，还包括：

将选取后的所述粉末材料在80～90℃的温度下烘干120min以上。

5.根据权利要求1所述的再制造电缆成型模具的方法，其特征在于，在将所述粉末材料送入送粉器中，使得粉末材料均匀地从同步送粉头的粉管中吹出的步骤中：

送粉量为10～60g/min。

6.根据权利要求1所述的再制造电缆成型模具的方法，其特征在于：

所述预设参数为设计激光束直径为功率为1～5kW，速度为100～1000mm/min，同层熔覆道之间的搭接率为40～60％，不同层之间的距离为0.5～1.5mm。

7.根据权利要求1所述的再制造电缆成型模具的方法，其特征在于，利用激光熔覆增材制造技术，控制熔覆头按照预设参数进行从焊道线、焊层面到三维体之间的多层激光熔覆的步骤中：

控制层间温度不高于100～200度，熔覆的区域大于模具损坏边沿3～5mm，厚度高于模具的最终尺寸0.5～1.0mm。

8.根据权利要求1所述的再制造电缆成型模具的方法，其特征在于，对所述激光再制造区域的所述表面熔覆层进行加工具体包括：

对激光再制造区域采用机械加工手段和手动抛光，直至表面精度和粗糙度满足使用要求后得到再制造电缆成型模具。

9.根据权利要求8所述的再制造电缆成型模具的方法，其特征在于：

所述再制造区域的厚度不低于0.4mm。