CN110284136B - 一种汽车冲压模具激光再制造处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车冲压模具激光再制造处理方法包括如下步骤：步骤一、对模具的整体材料进行预处理；步骤二、检测模具母材的实际硬度；步骤三、根据工况要求对所述模具进行选粉；步骤四、开气试粉；步骤五、启动送粉机的送粉按钮进行送粉对焦；步骤六、调整保护气气体压力。本发明在保持模具本身基本硬度HRC30‑40不发生改变的情况下，采用新型激光熔覆修复处理技术进行处理，可使得模具表面强度，模具表面硬度可达HRC55‑60，耐磨性增强，抗腐蚀性能增强，提高了模具使用的寿命，缩短了采用常规的补焊等方式修复的加工周期，节约人力、财力和物力。

Description

一种汽车冲压模具激光再制造处理方法

技术领域

本发明属于汽车冲压模具的加工领域，尤其是涉及一种汽车冲压模具激光再制造处理方法。

背景技术

汽车模具在汽车制造领域中具有至关重要的作用，汽车模具的质量直接决定产品的质量。提高汽车模具的使用寿命和使用精度，缩短汽车模具的制造周期，是许多企业急需解决的技术问题，但在汽车模具生产使用过程中经常会出现塌角、压伤、压裂、变形、磨损、甚至折断等失效形式。因此，对汽车模具的再制造修复也是必要的。汽车模具再制造修复的方法很多，如电火花工艺、氩弧焊修复、焊补、电刷镀方法。

采用以上的修复方式进行修补带来焊接热影响面积大、焊点大，修复周期长，工作量大、成本较高、资源浪费而且修补工艺繁杂，例如常见的补焊修复工艺流程包括：焊补前修整、有机溶剂除油、堆焊底层、堆焊中间层、堆焊工作层、焊补后修整、抛光。

尤其是Cr7V-L热冲压成型模具材质，该模具修复前现场实际检测的硬度在HRC30-40之间，修复要求硬度在HRC50-55之间，修复厚度1.2-1.5mm之间，该模具材质为德国进口材质，因为在长期使用的过程中出现大量的磨损，导致模具型面、利角区等关键地方缺量，冲压成型出来的零件尺寸不合格，导致零件批量报废；重新制作模具时间周期长，资源浪费严重，损耗成本过高，而且采用常规的补焊、堆焊修补方式进行修补工作量过大、热影响面积大，并且修补量不易控制，修补工艺过于复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种汽车冲压模具激光再制造处理方法，适用于Cr7V-L热冲压成型模具材质，该模具修复前现场实际检测的硬度在HRC30-40之间，修复要求硬度在HRC50-55之间，修复厚度1.2-1.5mm之间。

为达到上述目的，本发明一种汽车冲压模具激光再制造处理方法，包括如下步骤：

步骤一、对模具的整体材料进行预处理，使其整体保持干净、整洁；

步骤二、检测模具母材的实际硬度，选取实际硬度为HRC30-40的模具进行再制造处理；

步骤三、根据工况要求对所述模具进行选粉，开启送粉机的搅拌器进行装粉；

步骤四、开气试粉，打开氮气瓶上的开关，调整氮气输送量使得输送数值为5mbar，调整送粉机的气压表检测数值在6-8mbar之间，启动试气按钮；

步骤五、启动送粉机的送粉按钮进行送粉对焦，根据模具表面的加工高度进行送粉对焦；将半导体激光器的光斑开启，通过试教器调整激光头，使得送粉机和激光头的光斑在同一个焦点；

步骤六、调整保护气气体压力,开启压缩空气滤清器，采用压缩空气作为保护气，采用五级过滤系统进行过滤，压缩空气的入气经过二级过滤，出气经过三级过滤，过滤后的气体通过球阀仪进行气量调节，气量调节为2-5mbar，球阀仪通过气管连接激光头，以保护激光头的保护镜片；

进一步地，还包括如下步骤：步骤七、测试参数，采用半导体激光器在不影响加工区域和不影响汽车冲压模具本身质量的区域进行选段熔覆，根据测试结果调整激光熔覆的工作参数，直到满足工况要求后记录工作参数；

步骤八、规划激光熔覆的修复路径，结合实物或针对该模具的特性进行修复路径拟定；

步骤九、现场开气、开水、关闭激光，启动设备试运行程序，对工艺路线进行仿真确认；

步骤十：正常启动设备，对模具进行激光熔覆处理。

进一步地，在步骤七中，所述工作参数包括材质、基材硬度、功率、焦距、速度、送粉量、镜焦、离焦量、光斑尺寸、粉末硬度、修复硬度、修复厚度。

进一步地，在步骤八中，所述修复路径拟定包括以下步骤：

S1：优先修复利角区、棱角区或刃口区，修复利角区、棱角区或刃口区时，采用功率为修复平面区时功率的1/2，送粉量为修复平面区时送粉量的1/2，扫描速度为修复平面区时扫描速度的1/2，在该利角区、棱角区或刃口区的修复起始点或结束点开始修复；多段利角区、棱角区或刃口区进行修复搭接时,搭接起始点和结束点相互重叠3-5mm；

S2：修复曲面区或者弧面区时，将激光头倾斜15°进行修复，采用的光斑尺寸为长5mm,宽5mm，修复面之间的搭接量为2.5-3mm，在该曲面区或者弧面区的修复起始点或结束点开始修复；

S3：修复平面区或斜面区时，将激光头倾斜10°，修复面搭接采用的光斑尺寸为长5mm,宽5mm，修复面之间的搭接量为2.5-3mm，在该平面区的修复起始点或结束点开始修复；

S4：修复包边区2时，采用步骤S1的利角区修复参数对包角区的一边进行修复，沿该包角区的另一侧进行轨迹试教修复，确保包角区被两侧的修复层包住；

S5：修复利角快熔区时，将激光头倾斜30-45°沿利角区的边沿进行试教，试教完成后采用平面区修复的参数对利角区包边区进行快速熔覆，使之前的利角区再一次得到熔覆，确保利角区局部未熔；

进一步地，在步骤十中采用的参数为：

激光熔覆能量密度：105-115W/cm2，

激光加工焦距：410mm，

激光头焦距：370mm，

离焦量：40mm，

光斑尺寸：长5mm,宽5mm，

激光熔覆功率：2500W，

激光熔覆速度18mm/s。

进一步地，所述步骤十中汽车冲压模具进行激光熔覆采用模具本身的自冷切方式进行冷切。

进一步地，所述半导体激光器为德国DILAS-3KW激光器。

相对于现有技术，本发明所述的方法具有以下优势：

(1)本发明在保持模具本身基本硬度HRC30-40不发生改变的情况下，采用新型激光熔覆修复处理技术进行处理，可使得模具表面强度，模具表面硬度可达HRC55-60，耐磨性增强，抗腐蚀性能增强，提高了模具使用的寿命，缩短了采用常规的补焊等方式修复的加工周期，节约人力、财力和物力；

(2)本发明结合模具本身的工况特性采用现场试教编程进行激光熔覆处理，加工方便，工艺路线便于规划调整，调试方便快速，保证了激光熔覆后的模具质量，采用德国相干DILAS,3KW半导体激光器进行激光熔覆处理可根据模具加工区域的大小不同，模具本身的大小的不同，不同位置进行加工，可使用现场试教的方式进行快速的熔覆处理，使用简单，操作方便快捷，性价比高；

(3)采用模具本体的子冷切方式进行冷切，可达到高效快速冷却效果，最快冷切时间可达0.8S，不需要使用其他条件进行冷切，对大自然环境无任何污染，环保性能在很大程度得以提升。

附图说明

附图中：

图1为汽车冲压模具修复区示意图；

附图标记说明：

1-平面区；2-包边区；3-利角快熔区；4-斜面区；5-利角区；6-弧面区。

具体实施方式

本发明所提供的方法：如图1所示，一种汽车冲压模具激光再制造处理方法，具体步骤如下：

步骤一：对模具整体材料进行预处理，使其整体保持干净、整洁；

步骤二：检测其母材的实际硬度，实际检测母材硬度为HRC30-40；

步骤三：根据工况要求对模具进行选粉，开启送粉机的搅拌机进行装粉；

步骤四：开气试粉即打开氮气瓶上的开关，调整氮气输送量使得输送数值在5mbar之间，调整送粉机的气压表检测数值在6-8mbar之间，启动试气按钮；

步骤五：启动送粉按钮进行对粉焦，将设备的红光光斑开启，通过试教器进行调整激光头相对模具表面的加工高度进行对粉，使得送粉机和激光的光斑在同一个焦点；

步骤六：调整保护气气体压力，开启压缩空气滤清器系统设备，该系统使用压缩空气作为保护气，采用五级过滤系统进行过滤，压缩空气入气经过二级过滤，再出气输送口经过三级过滤后通过球阀仪进行调节气量大小，气体经过球阀通过气管连接到激光头，将气体调节到2-5mbar，保护激光头的保护镜片；

步骤七：摸参数即在不影响加工区域也不影响汽车冲压模具本身质量的区域进行选段熔覆，调整激光熔覆相关参数，直到满足工况要求后记录下其参数；

步骤八：规划激光熔覆的修复路径，结合实物进行加工工艺路线进行拟定；

步骤九：现场开气，开水，关闭激光，启动设备试运行程序，对工艺路线进行仿真确认；

步骤十：开光正常启动设备对模具进行激光熔覆处理。

在上述实施例中作为优选方案，在步骤七中，所述工作参数包括材质、基材硬度、功率、焦距、速度、送粉量、镜焦、离焦量、光斑尺寸、粉末硬度、修复硬度、修复厚度，具体如表1工作参数表所示。

表1 工作参数表

如表1工作参数表所示：材质为7CrSi，基材硬度为30-40HRC，镜焦即设备镜头焦距为370mm,工作焦距为400-410mm，功率为1800-2500W，扫描速度为20-25/s，送粉量为0.8-1.8rad/min，离焦量为30-40mm，光斑尺寸为5*5的方斑，硬度要求在50-55HRC，修复厚度在0.8mm；

通过上述实验得出可满足修复要求的工作参数为：功率是2500W，工作焦距410mm，机器人扫描速度是25/s，送粉量是1.8rad/min，离焦量是40mm，光斑尺寸是5*5的方斑，修复硬度可达56-58HRC，修复厚度可达1.5mm这一组参数可满足实际需求。

在上述实施例中作为优选方案，如图1所示，在步骤八中所述修复路径拟定包括以下步骤：

S1：优先修复利角区5、棱角区或刃口区，修复利角区5、棱角区或刃口区时，采用功率为修复平面区时功率的1/2，送粉量为修复平面区1时送粉量的1/2，扫描速度为修复平面区1时扫描速度的1/2，在该利角区5、棱角区或刃口区的修复起始点或结束点开始修复；多段利角区5、棱角区或刃口区进行修复搭接时,搭接起始点和结束点相互重叠3-5mm；

S2：修复曲面区或者弧面区6时，将激光头倾斜15°进行修复，采用的光斑尺寸为长5mm,宽5mm，修复面之间的搭接量为2.5-3mm，在该曲面区或者弧面区6的修复起始点或结束点开始修复；

S3：修复平面区1或斜面区4时，将激光头倾斜10°，修复面搭接采用的光斑为长5mm,宽5mm，修复面之间的搭接量为2.5-3mm，在该平面区的修复起始点或结束点开始修复；

S4：修复包边区2时，采用步骤S1的利角区修复参数对包角区的一边进行修复，沿该包角区的另一侧进行轨迹试教修复，确保包角区被两侧的修复层包住；

S5：修复利角快熔区时，将激光头倾斜30-45°沿利角区的边沿进行试教，试教完成后采用平面区修复的参数对利角区包边区进行快速熔覆，使之前的利角区再一次得到熔覆，确保利角区局部未熔。

本发明上述实施例中需要说明的是：激光熔覆利用高能密度的激光束在同轴送粉的作用下使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，激光束它具有方向性好，单色性好，光强度好。光能量密度高，相关性好，光电转换效率高达50％，半导体激光器体积小、重量轻，结构紧凑，性能可靠、寿命长，输出光束质量好，激光光束质量已接近极限，速度快、深度大、无变形、熔覆层无夹渣、熔池细腻无气孔，可以在室温或者特殊的条件下进行工作，比如激光经过磁场之后光束不会发生偏转吗，在真空情况下都能够进行使用，通过玻璃和透明的材料进行熔覆。可进行薄壁激光熔覆，基体无变形。

采用激光熔覆对模具进行修复可以借助模具本身的热传导自冷切方式进行散热，采用模具本体的子冷切方式进行冷切，可达到高效快速冷却效果，最快冷切时间可达0.8S，不需要使用其他条件进行冷切，对大自然环境无任何污染，环保性能在很大程度得以提升，可根据模具加工区域的大小不同，模具本身的大小的不同，不同位置进行加工，可使用现场试教的方式进行快速的熔覆处理，使用简单，操作方便快捷，性价比高，结合模具本身的工况特性采用现场试教编程进行激光熔覆处理，加工方便，工艺路线便于规划调整，调试方便快速，保证了激光熔覆后的模具质量。

通过上述的加工工艺，对激光熔覆修复汽车冲压模具表面的处理提高了模具表面的强度和硬度，使得模具使用寿命加长，缩短了采用常规的补焊等方式修复的加工周期，节约人力、财力和物力，解决了长期以来汽车模具生产使用过程中经常会出现塌角、压伤、压裂、变形、磨损、甚至折断等失效形式使用电火花工艺、氩弧焊修复、焊补、电刷镀方法进行修复带来焊接热影响面积大、焊点大，修复周期长，工作量大、成本较高、资源浪费而且修补工艺繁杂的问题。

在上述实施例的基础上，作为更加优选的方案包括：

所述步骤十中的激光熔覆能量密度为105-115W/cm2，激光加工焦距：410mm，激光头焦距：370mm，离焦量：40mm，光斑尺寸：长5mm,宽5mm，激光熔覆功率：2500W，激光熔覆速度18mm/s；

所述步骤十中激光熔覆送粉器转盘速度选用1.5转/分，送粉量：20g/min，熔覆粉选用：激光粉粒度为50-150um，熔覆粉硬度选择为HRC50，熔覆后的模具表面硬度可达HRC55-60，熔覆单层可达0.8-1.5mm；

所述步骤十中汽车冲压模具进行激光熔覆采用模具本身的自冷切方式进行冷切；

所述步骤七中采用“德国相干DILAS,3KW”进口半导体激光器进行激光熔覆处理配置激光防反射装置进行实时检测；

所述步骤七中采用半导体激光器安装在机器人的第六轴法兰盘上，可根据不同模具加工工况不同调整激光束的能量；

所述汽车冲压模具的整体材料为7CrSiMnMoV模具钢。

作为本发明的进一步改进：所述一种冲压模具表面激光熔覆的修复处理采用KUKA-KR90六轴机器人，加工范围可达3096mm；

作为本发明的进一步改进：所述一种冲压模具表面激光熔覆的修复处理采用可移动式的旋转加工工作台进行加工；

作为本发明的进一步改进：所述一种冲压模具表面激光熔覆的修复处理采用同轴同步可调送粉装置进行送粉修复；

作为本发明的进一步改进：所述一种冲压模具表面激光熔覆的修复处理采用可调焦距装置在工艺路线规划中进行焦距调整；

作为本发明的进一步改进：所述一种冲压模具表面激光熔覆的修复处理采用激光防反射装置对激光熔覆加工过程中实时检测激光反射的情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽车冲压模具激光再制造处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、对模具的整体材料进行预处理，使其整体保持干净、整洁；

步骤二、检测模具的实际硬度，选取材质为7CrSi，实际硬度为HRC30-40的模具进行再制造处理；

步骤三、选择Fe50粉末，开启送粉机的搅拌器进行装粉；

步骤四、开气试粉，打开氮气瓶上的开关，调整氮气输送量使得输送数值为5mbar，调整送粉机的气压表检测数值在6-8mbar之间，启动试气按钮；

步骤五、启动送粉机的送粉按钮进行送粉对焦，根据模具表面的加工高度进行送粉对焦；将半导体激光器的光斑开启，通过试教器调整激光头，使得送粉机和激光头的光斑在同一个焦点；

步骤六、调整保护气气体压力,开启压缩空气滤清器，采用压缩空气作为保护气，采用五级过滤系统进行过滤，压缩空气的入气经过二级过滤，出气经过三级过滤，过滤后的气体通过球阀仪进行气量调节，气量调节为2-5mbar，球阀仪通过气管连接激光头，以保护激光头的保护镜片；

步骤七、测试参数，采用半导体激光器在不影响加工区域和不影响汽车冲压模具本身质量的区域进行选段熔覆，根据测试结果调整激光熔覆的工作参数，直到满足工况要求后记录工作参数；

步骤八、规划激光熔覆的修复路径，结合实物或针对该模具的特性进行修复路径拟定；

步骤九、现场开气、开水、关闭激光，启动设备试运行程序，对工艺路线进行仿真确认；

步骤十：正常启动设备，对模具进行激光熔覆处理；

在步骤八中，所述修复路径拟定包括以下步骤：

S1：优先修复利角区、棱角区或刃口区，修复利角区、棱角区或刃口区时，采用功率为修复平面区时功率的1/2，送粉量为修复平面区时送粉量的1/2，扫描速度为修复平面区时扫描速度的1/2，在该利角区、棱角区或刃口区的修复起始点或结束点开始修复；多段利角区、棱角区或刃口区进行修复搭接时,搭接起始点和结束点相互重叠3-5mm；

S2：修复曲面区或者弧面区时，将激光头倾斜15°进行修复，采用的光斑尺寸为长5mm,宽5mm，修复面之间的搭接量为2.5-3mm，在该曲面区或者弧面区的修复起始点或结束点开始修复；

S3：修复平面区或斜面区时，将激光头倾斜10°，修复面搭接采用的光斑尺寸为长5mm,宽5mm，修复面之间的搭接量为2.5-3mm，在该平面区的修复起始点或结束点开始修复；

S4：采用步骤S1的利角区修复参数对包角区的一边进行修复，沿该包角区的另一侧进行轨迹试教修复，确保包角区被两侧的修复层包住；

S5：将激光头倾斜30-45°沿利角区的边沿进行试教，试教完成后采用平面区修复的参数对利角区包边区进行快速熔覆，使之前的利角区再一次得到熔覆，确保利角区局部未熔。

2.根据权利要求1所述的一种汽车冲压模具激光再制造处理方法，其特征在于，在步骤七中，所述工作参数包括材质、基材硬度、功率、焦距、速度、送粉量、镜焦、离焦量、光斑尺寸、粉末硬度、修复硬度和修复厚度。

3.根据权利要求1所述的一种汽车冲压模具激光再制造处理方法，其特征在于，在步骤十中采用的参数为：

激光熔覆能量密度：105-115W/cm²，

激光加工焦距：410mm，

激光头焦距：370mm，

离焦量：40mm，

光斑尺寸：长5mm,宽5mm，

激光熔覆功率：2500W，

激光熔覆速度18mm/s。

4.根据权利要求1所述的一种汽车冲压模具激光再制造处理方法，其特征在于，所述步骤十中汽车冲压模具进行激光熔覆采用模具本身的自冷却方式进行冷却。

5.根据权利要求1所述的一种汽车冲压模具激光再制造处理方法，其特征在于，所述半导体激光器为德国DILAS-3KW激光器。

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