CN111118492A - 一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法，包括以下步骤：对铝合金轮毂压铸模具工作表面通过加工中心进行铣削，去除腐蚀、磨损疲劳层，单边铣削量1.0mm；采用工业酒精清洗铣削后的工作表面，去除氧化皮、杂质、油污等；配制耐高温铝合金腐蚀、磨损的合金粉末；将压铸模具装卡于大功率半导体激光数控加工机床上，通过激光扫描同步送粉输送合金粉末，对模具工作表面进行激光熔覆；对激光熔覆层进行着色探伤，确保熔覆层表面无裂纹等缺陷；对激光熔覆层进行铣削加工，单边铣削量0.8‑1.2mm；将再制造的压铸模具包装待用。本方法加工精度高、热变形小、后续加工量少，且可大幅度提高材料表面的抗裂、抗磨损、耐腐蚀、耐高温烧损以及耐热疲劳等性能。

Description

一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法
技术领域
本发明涉及金属表面工程技术领域，尤其涉及一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法。
背景技术
铝合金轮毂压铸模具是在高温下加压，强迫铝合金金属在形腔中流动成形的工具。由于被加工工件热状态下成型，模具除承受很大的冲击负荷外，还受到高温的影响，因此要求铝合金轮毂压铸模具具有高的高温强度和高温硬度，足够的耐热疲劳强度，耐铝浸蚀及抗氧化性，良好的导热性、淬透性、冲击韧度和加工工艺性。
对铝合金轮毂压铸模具的表面改性主要有铁素体氮碳共渗、或者硫氮碳共渗、以及物理气相沉积硬膜等方法或这些方法的合理组合。在崭新的模具表面采用氮化处理是有效减少铝合金压铸模具承载表面的磨损和腐蚀的方法，但在实际应用过程中，常将压铸模具预热到300～320℃，而坯料也要预热至380～400℃。当坯料加热时，其表面被氧化，表面的铝几乎变成与金刚石一样硬的菱形晶体Al2O3。此外，如压铸模具在氧化气氛下加热，若局部温度达到435℃，模具氮化层表面将开始形成氧化铁，改变了氮化层的性能，会降低铝合金铸件的屈服强度；同时，模具表面氧化物的形成会引起点蚀，也会导致模具表面过早地失效和突然破裂。因而，采取有效措施进行高质量的铝合金轮毂压铸模具的修复，是保证正常生产秩序的关键，可以大大降低生产成本，获得良好的经济效益。
采用激光熔覆技术提高压铸模具表面的耐磨性和耐腐蚀性，对压铸模具的工作表面进行激光熔覆再制造，具有重要的实用价值。激光熔覆技术可大幅度提高材料表面的抗磨损、耐腐蚀和耐高温氧化性能，并且激光熔覆再制造技术具有加工精度高，热变形小，后续加工量少等特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有大幅度提高材料表面的抗磨损、耐腐蚀和耐高温氧化等性能，以及加工精度高、热变形小、后续加工量少等特点的一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法。
本发明采用的技术手段如下：
本发明所提出的一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法，该方法包括如下步骤：S1、对铝合金轮毂压铸模具工作表面通过加工中心进行铣削，去除腐蚀、磨损疲劳层，单边铣削量为1.0mm；S2、采用工业酒精清洗铣削后的工作表面，去除氧化皮、杂质、油污等；S3、配制耐高温铝合金腐蚀、磨损的合金粉末；S4、将压铸模具装卡于大功率半导体激光数控加工机床上，通过激光扫描同步送粉输送到位的合金粉末，对模具工作表面进行激光熔覆，具体工艺参数如下：半导体激光器功率P＝3500～4000W，矩形光斑2×14mm，搭接率30～50％，扫描速度V＝500～800mm/min，保护气体为氩气，送粉速度为10.5～12.5g/m，送粉气流量为：8L/min，制备的激光熔覆合金层厚度为1.8-2.2mm；S5、对激光熔覆层进行着色探伤，确保熔覆层表面无裂纹等缺陷；S6、对激光熔覆层进行铣削加工，单边铣削量为0.8-1.2mm；S7、将再制造后的压铸模具包装待用。
进一步的，所述步骤S3中，所述合金粉末由以下质量百分比的组分构成：C0.35％-0.38％，Cr5.01％-5.05％，V1.0％-1.2％，Mo1.25％-1.35％，Si0.85％-0.95％，Mn0.32％-0.35％，Nb1.5％-1.8％，余量为Fe。
进一步的，所述合金粉末的粒度为135-325目。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、耐高温烧损性能：采用激光熔覆先进工艺，在压铸模具表面制得激光熔覆合金层，具有优异的耐高温烧损性能。
2、优秀的抗裂性能：制得的激光熔覆合金层具有很强的抗开裂性能，通过合理的粉末配比，在工作中，随着温度的变化，表面不易开裂。
3、激光熔覆合金层与基体为冶金结合，稀释率低于8％，保证熔覆合金层品质不被基体稀释。
4、采用激光数控加工系统，实现强化制备过程的自动化，保证了产品质量均一。
5、采用本发明的合金粉末和激光熔覆工艺方法制备的熔覆合金层，由于V、Mo、Si元素的合理添加，使得熔覆合金层能经受铝合金熔渣和溶剂的腐蚀作用；特别是V元素和Nb元素的添加，使得熔覆合金层能经受熔体液面附近的金属蒸汽和氧的侵蚀，提高了合金层耐热疲劳性能。
6、采用本发明合金粉末制备的熔覆层不与熔融金属形成低熔点的合金。
7、激光熔覆层具有优秀的抗热疲劳和热冲击性能。
8、激光熔覆层具有高的高温强度和高温抗粘着磨损性能。
9、压铸模具采用本发明激光熔覆方法实现了再制造，所制备的熔覆合金层下面的的相变硬化区微观组织为隐晶马氏体、残余奥氏体和碳化物，并且组织明显细化；同时，采用本发明方法还增加了熔覆层下面的相变硬化区及热影响区的位错密度，从而明显提高了压铸模具的强度和硬度；采用本方法制备的再制造压铸模具使用寿命可达到新压铸模具使用寿命的2倍以上。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本发明所提出的一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法的具体实施步骤如下：
首先对铝合金轮毂压铸模具工作表面通过加工中心进行铣削，去除腐蚀、磨损疲劳层，单边铣削量为1.0mm；然后采用工业酒精清洗铣削后的工作表面，去除氧化皮、杂质、油污等；同时配制耐高温铝合金腐蚀、磨损的合金粉末，本实施例中，所述合金粉末由以下质量百分比的组分构成：C0.35％，Cr5.01％，V1.0％，Mo1.25％，Si0.85％，Mn0.32％，Nb1.5％，余量为Fe，上述合金粉末的粒度为135-325目；随后将压铸模具装卡于大功率半导体激光数控加工机床上，通过激光扫描同步送粉输送到位的合金粉末，对模具工作表面进行激光熔覆，具体工艺参数如下：半导体激光器功率P＝3500W，矩形光斑为2×14mm，搭接率为30％，扫描速度V＝500mm/min，保护气体为氩气，送粉速度为10.5g/m，送粉气流量为8L/min，制备的激光熔覆合金层厚度为2.0mm；然后对激光熔覆层进行着色探伤，确保熔覆层表面无裂纹等缺陷；对激光熔覆层进行铣削加工，单边铣削量为1mm；最后将再制造后的压铸模具包装待用。
采用本实施例中的各项工艺参数，对再制造熔覆层和基体做硬度分析，测得熔覆合金层平均硬度为HRC57，原新压铸模具的平均硬度为HRC42，实现了腐蚀、磨损后压铸模具的再制造，达到原新压铸模具使用寿命的2.2倍。
实施例二
本发明所提出的一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法的具体实施步骤如下：
首先对铝合金轮毂压铸模具工作表面通过加工中心进行铣削，去除腐蚀、磨损疲劳层，单边铣削量为1.0mm；然后采用工业酒精清洗铣削后的工作表面，去除氧化皮、杂质、油污等；同时配制耐高温铝合金腐蚀、磨损的合金粉末，本实施例中，所述合金粉末由以下质量百分比的组分构成：C0.38％，Cr5.05％，V1.2％，Mo1.35％，Si0.95％，Mn0.35％，Nb1.8％，余量为Fe，上述合金粉末的粒度为135-325目；随后将压铸模具装卡于大功率半导体激光数控加工机床上，通过激光扫描同步送粉输送到位的合金粉末，对模具工作表面进行激光熔覆，具体工艺参数如下：半导体激光器功率P＝4000W，矩形光斑为2×14mm，搭接率为50％，扫描速度V＝800mm/min，保护气体为氩气，送粉速度为12.5g/m，送粉气流量为8L/min，制备的激光熔覆合金层厚度为1.8mm；然后对激光熔覆层进行着色探伤，确保熔覆层表面无裂纹等缺陷；对激光熔覆层进行铣削加工，单边铣削量为0.8mm；最后将再制造后的压铸模具包装待用。
采用本实施例中的各项工艺参数，对再制造熔覆层和基体做硬度分析，测得熔覆合金层平均硬度为HRC58，原新压铸模具的平均硬度为HRC43，实现了腐蚀、磨损后压铸模具的再制造，达到原新压铸模具使用寿命的2.5倍。
实施例三
本发明所提出的一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法的具体实施步骤如下：
首先对铝合金轮毂压铸模具工作表面通过加工中心进行铣削，去除腐蚀、磨损疲劳层，单边铣削量为1.0mm；然后采用工业酒精清洗铣削后的工作表面，去除氧化皮、杂质、油污等；同时配制耐高温铝合金腐蚀、磨损的合金粉末，本实施例中，所述合金粉末由以下质量百分比的组分构成：C0.35％，Cr5.05％，V1.0％，Mo1.25％，Si0.95％，Mn0.34％，Nb1.8％，余量为Fe，上述合金粉末的粒度为135-325目；随后将压铸模具装卡于大功率半导体激光数控加工机床上，通过激光扫描同步送粉输送到位的合金粉末，对模具工作表面进行激光熔覆，具体工艺参数如下：半导体激光器功率P＝3600W，矩形光斑为2×14mm，搭接率为50％，扫描速度V＝600mm/min，保护气体为氩气，送粉速度为10.5g/m，送粉气流量为8L/min，制备的激光熔覆合金层厚度为2.2mm；然后对激光熔覆层进行着色探伤，确保熔覆层表面无裂纹等缺陷；对激光熔覆层进行铣削加工，单边铣削量为1.2mm；最后将再制造后的压铸模具包装待用。
采用本实施例中的各项工艺参数，对熔覆层和基体做硬度分析，测得熔覆合金层平均硬度为HRC58，原新压铸模具的平均硬度为HRC42，实现了腐蚀、磨损后压铸模具的再制造，达到原新压铸模具使用寿命的2.4倍。
实施例四
本发明所提出的一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法的具体实施步骤如下：
首先对铝合金轮毂压铸模具工作表面通过加工中心进行铣削，去除腐蚀、磨损疲劳层，单边铣削量为1.0mm；然后采用工业酒精清洗铣削后的工作表面，去除氧化皮、杂质、油污等；同时配制耐高温铝合金腐蚀、磨损的合金粉末，本实施例中，所述合金粉末由以下质量百分比的组分构成：C0.36％，Cr5.05％，V1.2％，Mo1.35％，Si0.95％，Mn0.32％，Nb1.5％，余量为Fe，上述合金粉末的粒度为135-325目；随后将压铸模具装卡于大功率半导体激光数控加工机床上，通过激光扫描同步送粉输送到位的合金粉末，对模具工作表面进行激光熔覆，具体工艺参数如下：半导体激光器功率P＝3800W，矩形光斑为2×14mm，搭接率为50％，扫描速度V＝780mm/min，保护气体为氩气，送粉速度为11.5g/m，送粉气流量为8L/min，制备的激光熔覆合金层厚度为2.0mm；然后对激光熔覆层进行着色探伤，确保熔覆层表面无裂纹等缺陷；对激光熔覆层进行铣削加工，单边铣削量为1.0mm；最后将再制造后的压铸模具包装待用。
采用本实施例中的各项工艺参数，对熔覆层和基体做硬度分析，测得熔覆合金层平均硬度为HRC58，原新压铸模具的平均硬度为HRC44，实现了腐蚀、磨损后压铸模具的再制造，达到原新压铸模具使用寿命的2.3倍。
实施例五
本发明所提出的一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法的具体实施步骤如下：
首先对铝合金轮毂压铸模具工作表面通过加工中心进行铣削，去除腐蚀、磨损疲劳层，单边铣削量为1.0mm；然后采用工业酒精清洗铣削后的工作表面，去除氧化皮、杂质、油污等；同时配制耐高温铝合金腐蚀、磨损的合金粉末，本实施例中，所述合金粉末由以下质量百分比的组分构成：C0.38％，Cr5.05％，V1.1％，Mo1.30％，Si0.90％，Mn0.35％，Nb1.8％，余量为Fe，上述合金粉末的粒度为135-325目；随后将压铸模具装卡于大功率半导体激光数控加工机床上，通过激光扫描同步送粉输送到位的合金粉末，对模具工作表面进行激光熔覆，具体工艺参数如下：半导体激光器功率P＝4000W，矩形光斑为2×14mm，搭接率为30％，扫描速度V＝800mm/min，保护气体为氩气，送粉速度为12.5g/m，送粉气流量为8L/min，制备的激光熔覆合金层厚度为2.1mm；然后对激光熔覆层进行着色探伤，确保熔覆层表面无裂纹等缺陷；对激光熔覆层进行铣削加工，单边铣削量为1.1mm；最后将再制造后的压铸模具包装待用。
采用本实施例中的各项工艺参数，对熔覆层和基体做硬度分析，测得熔覆合金层平均硬度为HRC59，原新压铸模具的平均硬度为HRC43，实现了腐蚀、磨损后压铸模具的再制造，达到原新压铸模具使用寿命的2.7倍。
实施例六
本发明所提出的一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法的具体实施步骤如下：
首先对铝合金轮毂压铸模具工作表面通过加工中心进行铣削，去除腐蚀、磨损疲劳层，单边铣削量为1.0mm；然后采用工业酒精清洗铣削后的工作表面，去除氧化皮、杂质、油污等；同时配制耐高温铝合金腐蚀、磨损的合金粉末，本实施例中，所述合金粉末由以下质量百分比的组分构成：C0.35％，Cr5.03％，V1.2％，Mo1.30％，Si0.90％，Mn0.33％，Nb1.7％，余量为Fe，上述合金粉末的粒度为135-325目；随后将压铸模具装卡于大功率半导体激光数控加工机床上，通过激光扫描同步送粉输送到位的合金粉末，对模具工作表面进行激光熔覆，具体工艺参数如下：半导体激光器功率P＝3900W，矩形光斑为2×14mm，搭接率为50％，扫描速度V＝750mm/min，保护气体为氩气，送粉速度为12.5g/m，送粉气流量为8L/min，制备的激光熔覆合金层厚度为2.0mm；然后对激光熔覆层进行着色探伤，确保熔覆层表面无裂纹等缺陷；对激光熔覆层进行铣削加工，单边铣削量为1.0mm；最后将再制造后的压铸模具包装待用。
采用本实施例中的各项工艺参数，对熔覆层和基体做硬度分析，测得熔覆合金层平均硬度为HRC57，原新压铸模具的平均硬度为HRC41，实现了腐蚀、磨损后压铸模具的再制造，达到原新压铸模具使用寿命的2.35倍。
以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法，其特征在于包括如下步骤：
S1、对铝合金轮毂压铸模具工作表面通过加工中心进行铣削，去除腐蚀、磨损疲劳层，单边铣削量为1.0mm；
S2、采用工业酒精清洗铣削后的工作表面，去除氧化皮、杂质、油污等；
S3、配制耐高温铝合金腐蚀、磨损的合金粉末；
S4、将压铸模具装卡于大功率半导体激光数控加工机床上，通过激光扫描同步送粉输送到位的合金粉末，对模具工作表面进行激光熔覆，具体工艺参数如下：半导体激光器功率P＝3500～4000W，矩形光斑2×14mm，搭接率30～50％，扫描速度V＝500～800mm/min，保护气体为氩气，送粉速度为10.5～12.5g/m，送粉气流量为：8L/min，制备的激光熔覆合金层厚度为1.8-2.2mm；
S5、对激光熔覆层进行着色探伤，确保熔覆层表面无裂纹等缺陷；
S6、对激光熔覆层进行铣削加工，单边铣削量为0.8-1.2mm；
S7、将再制造后的压铸模具包装待用。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述合金粉末由以下质量百分比的组分构成：C0.35％-0.38％，Cr5.01％-5.05％，V1.0％-1.2％，Mo1.25％-1.35％，Si0.85％-0.95％，Mn0.32％-0.35％，Nb1.5％-1.8％，余量为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的一种铝合金轮毂压铸模具的激光熔覆再制造方法，其特征在于：所述合金粉末的粒度为135-325目。
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