CN112442691A - 一种汽车冲压模具镶块及其激光强化制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽车冲压模具镶块及其激光强化制造方法，属于模具镶块制备技术领域。其步骤如下：对模具镶块进行回火调质处理；配制熔覆层合金粉末，其组成为C，Si，Cr，Ni，Mo，Mn，Co，V，B，其余为Fe；将模具镶块置于工作台上进行装夹定位，利用合金粉末对模具镶块的外表面进行激光熔覆；将覆有强化层的模具镶块进行机械加工处理，即可。本发明的汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，以普通锻钢或者已失效模具作为基料，采用最新的激光熔覆制造工艺，避免了由于热输入过大对模具镶块造成的变形，大大提高了精度，同时降低了生产成本和材料的浪费，且操作简单，方便灵活，在汽车冲压模具镶块领域，具有极大的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于模具镶块制备技术领域，具体涉及一种汽车冲压模具镶块及其激光强化制造方法。
背景技术
高强度钢板现广泛应用于汽车车身，通过汽车车身冲压模具冲压得到不同车身形状。因此，汽车冲压模具的镶块要求高硬度、高耐磨性等综合力学性能，传统的冲压模具镶块材料多采用硬质合金，制造成本较高，然而在使用过程中，长期承受交替应力和磨力磨损，使得模具镶块使用寿命有限。传统方法制造的模具镶块产生裂纹或磨损失效后，多采用传统堆焊的方法进行表面修复，但是堆焊修复的方法较为粗放，精度低且材料浪费大，同时，热输入过大易造成模具镶块产生变形。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种汽车冲压模具镶块及其激光强化制造方法。
经研究，本发明采用以下技术方案：
1、一种汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，包括以下步骤：
对模具镶块进行预处理：通过机械加工去除模具镶块表面1～2mm厚度的表面层，然后在500～600℃条件下，进行回火调质处理；
配制熔覆层合金粉末，所述合金粉末按重量百分比计，由以下成分组成：C:0.15％～0.17％；Si:≤0.04％；Cr:17～19％；Ni:0.27％；Mo:0.3％；Mn:≤0.2％；Co:≤0.12％；V:≤0.08％；B:≤0.27％，其余为Fe；
将模具镶块置于激光熔覆设备工作台上进行装夹定位，同轴输送合金粉末，利用合金粉末对模具镶块的外表面进行重复激光熔覆，制成厚度为1.5～2mm的熔覆强化层；
将熔覆有强化层的模具镶块进行机械加工处理，即可。其中，采用高温对模具镶块进行回火调质处理，调质后，模具镶块的硬度为22～34HRC，同时提升了综合机械性能。
其中，将模具镶块置于激光熔覆设备工作台上进行装夹定位为将模具镶块熔覆面平行于水平面放置于机器人工作范围内的工作台上，激光熔覆是非接触加工，无需其他夹具装夹定位，通过三点定位的方式，在模具镶块上选取三个点，通过机器人测得三个点相对机器人的实际位置，然后将测得的实际位置输入到离线编程编程软件，使软件中的模具镶块位置与实际位置完全一致。
优选的，所述模具镶块为废旧模具镶块，或采用普通锻钢作为模具镶块基体材料，通过机械加工制成模具镶块。
优选的，所述合金粉末按重量百分比计，由以下成分组成：C:0.16％；Si:0.01％；Cr:18％；Ni:0.27％；Mo:0.3％；Mn:0.1％；Co:0.02％；V:0.03％；B:0.18％，其余为Fe。
优选的，所述合金粉末为球状颗粒，粒径为50～150μm。通过实验研究发现，粉末颗粒越小，流动性越好，但颗粒太小的粉末相互之间容易团聚，粉末之间的摩擦力与粉末自身重力之间的比值相对较大，因此粉末颗粒过小，流动性反而变差。另外，粉末粒径过小，熔覆层易产生裂纹，而过大，熔覆层易产生孔隙。因此，通过实验分析得知，粉末粒径在50～100μm之间，熔覆层效果最好。
优选的，所述激光熔覆的条件为，保护气流量为10-15L/min，送粉器转速为1.5r/min，激光功率为1300W，扫描速度为15mm/min。
优选的，所述保护气为氮气。氮气的纯度为99.99％。
2、上述制造方法制得的汽车冲压模具镶块。
本发明的有益效果在于：
1)本发明的汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，采用的合金粉末中，添加适当的Cr、Ni、Mo、Co，不仅可大大增加熔覆层的强度，同时熔覆层的耐磨性能显著提升；通过控制C、Si、Mo、V、Mn和Fe之间的成分配比，使熔覆层与基材形成冶金结合，晶粒组织细小且致密，熔覆层强度、耐磨性高，提高了模具镶块的综合性能，从而降低了模具镶块的制造和修复成本，同时能够大幅延长模具的使用寿命；
2)本发明的汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，将具有高强度耐磨性和高耐腐蚀性能的合金粉末，通过激光熔覆工艺，熔融沉积在模具镶块的外环表面，使得在外环表面的工作面上形成一层冶金结合的特殊功能层，该功能层能够极大地提高模具镶块的使用寿命，减小模具镶块在工作过程中，由于长期承受交替应力和磨力形成的磨损；
3)本发明的汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，以普通锻钢或者已失效模具作为基体材料，然后采用最新的激光熔覆制造工艺，避免了由于热输入过大对模具镶块造成的变形，大大提高了精度，同时降低了生产成本和材料的浪费，且操作简单，方便灵活，在汽车冲压模具镶块领域，具有极大的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明方法中激光熔覆装置的结构示意图；
图2为本发明方法中的机器人自动规划的路线图；
图3为本发明方法制得的汽车冲压模具镶块的结构示意图；
图4为本发明方法制得的汽车冲压模具镶块的着色探伤检测结果图；
图5为本发明方法制得的汽车冲压模具镶块的金相结构图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
一种汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，包括以下步骤：
1)采用普通45#锻钢作为镶块基体材料，在基材上机械加工出最终工作尺寸的模具镶块，并将模具镶块工作表面加工至最终工作尺寸下1mm，即通过机械加工去除模具镶块表面1mm厚度的表面层，然后在550℃条件下，进行回火调质处理；
2)配制高强度、耐磨的合金粉末，所述合金粉末按重量百分比计，由以下成分组成：C:0.16％；Si:0.01％；Cr:18％；Ni:0.27％；Mo:0.3％；Mn:0.1％；Co:0.02％；V:0.03％；B:0.18％，其余为Fe；其中，合金粉末为球状颗粒，粒径为50～150μm，合金粉末在真空干燥箱中80℃条件下保温6小时后，加入送粉桶里准备激光熔覆，充分干燥后的粉末可以避免在激光熔覆强化层中气孔，也可以防止熔覆强化层出现氢脆现象；
3)如图1所示，将模具镶块置于激光熔覆设备工作台上进行装夹定位，通过激光熔覆离线编程软件进行机器人路径自动规划，路径规划为平行直线S型来回，具体路径如图2所示，然后软件导出机器人控制程序到机器人控制器，同轴输送合金粉末，设置激光熔覆工艺参数为：保护气流量12-13L/min，送粉器转速1.5r/min，激光功率1300W，扫描速度15mm/min，然后利用合金粉末对模具镶块的外表面进行重复激光熔覆，制成厚度为1.5mm的熔覆强化层；
4)将熔覆有强化层的模具镶块进行机械加工处理，使模具镶块的形状、工作尺寸精度和光洁度满足工作要求，即可。
本实施例1的步骤1)中，进行回火调质处理后，通过快速检测硬度的工具，即便携式硬度计检测调质后的硬度为22～34HRC，同时提升了综合机械性能。
本实施例1制得的熔覆有强化层的模具镶块的结构示意图如图3所示，熔覆层均匀覆盖在模具镶块的表面。
实施例2
一种汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，包括以下步骤：
将废旧模具镶块(即已失效的模具镶块)的工作表面加工至最终工作尺寸下1mm，即通过机械加工去除废旧模具镶块表面1mm厚度的表面层，然后在600℃条件下，进行回火调质处理，调质后硬度为22～34HRC，同时提升综合机械性能；
配制高强度、耐磨的合金粉末，所述合金粉末按重量百分比计，由以下成分组成：C:0.16％；Si:0.01％；Cr:18％；Ni:0.27％；Mo:0.3％；Mn:0.1％；Co:0.02％；V:0.03％；B:0.18％，其余为Fe；其中，合金粉末为球状颗粒，粒径为50～150μm，合金粉末在真空干燥箱中80℃条件下保温6小时后，加入送粉桶里准备激光熔覆，充分干燥后的粉末可以避免在激光熔覆强化层中气孔，也可以防止熔覆强化层出现氢脆现象；
将废旧模具镶块置于激光熔覆设备工作台上进行装夹定位，通过激光熔覆离线编程软件进行机器人路径自动规划，路径规划为平行直线S型来回，具体路径如图2所示，然后软件导出机器人控制程序到机器人控制器，同轴输送合金粉末，设置激光熔覆工艺参数为：保护气流量12-13L/min，送粉器转速1.5r/min，激光功率1300W，激光扫描速度15mm/min，然后利用合金粉末对模具镶块的外表面进行重复激光熔覆，制成厚度为1.5mm的熔覆强化层；
将熔覆有强化层的模具镶块进行机械加工处理，使模具镶块的形状、工作尺寸精度和光洁度满足工作要求，即可。
相关检测分析
1、将实施例1制得的覆有强化层的模具镶块通过DPT着色探伤剂检测缺陷
具体操作为：1)用清洗剂将熔覆后的模具镶块表面的污物(浮渣、粉尘等)清洗干净，打开渗透通道；2)用渗透剂对已处理干净的模具镶块表面均匀喷涂后，渗透5-15分钟；3)用清洗剂将工件表面的渗透剂清洗干净；4)将显像剂充分摇均后，对模具镶块保持距离150-300mm处均匀喷涂；5)喷涂显像剂后，片刻即可观察缺陷(裂纹或气孔显示为红色纹路或斑点)；6)检测完毕，用清洗剂清洗去除显像剂。着色探伤检测结果如图4所示。
从图4中分析可知，通过DPT着色探伤检测结果显示熔覆层无裂纹、气孔等熔覆缺陷。
2、将实施例1制得的覆有强化层的模具镶块进行硬度检测分析
具体操作为：1)通过线切割将熔覆层切割成10x10x10mm的小方块；2)通过金相抛光机将方块熔覆面打磨成镜面；3)通过维氏显微硬度计(满足GB/T 4340.2)检测熔覆层硬度。
通过维氏显微硬度计检测熔覆层硬度结果可知，熔覆层硬度达到58-60HRC。
3、将实施例1制得的覆有强化层的模具镶块进行金相结构检测分析
具体操作为：1)将上述硬度检测后的方块的熔覆层和基材横截面通过金相抛光机打磨成镜面；2)通过光学金相显微镜观察熔覆层和基材横截面的金相结构。结果如图5所示。
通过图5中的金相结构观察可得，熔覆层与基材形成冶金结合，晶粒组织细小且致密，综合性能更好。
本发明的汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，以普通锻钢或者已失效模具作为基体材料，通过回火调质处理，以提高模具镶块的硬度和综合机械性能；通过在熔覆的合金粉末中，添加适当的Cr和Ni，以提高熔覆层的强度，添加适当的Mo和Co，使熔覆层的耐磨性能明显提升；同时，通过控制C、Si、Mo、V、Mn和Fe之间的成分配比，使熔覆层与基材形成冶金结构，晶粒组织细小且致密，从而提高模具镶块的综合性能，延长使用寿命；然后采用最新的激光熔覆制造工艺，将具有高强度耐磨性和高耐腐蚀性能的合金粉末，熔融沉积在模具镶块的外环表面，使得在外环表面的工作面上形成一层冶金结合的特殊功能层，该功能层能够极大地提高模具镶块的使用寿命，减小模具镶块在工作过程中，由于长期承受交替应力和磨力形成的磨损；同时，可解决由于传统堆焊过程中，由于热输入过大对模具镶块造成的变形问题，大大提高了精度，同时降低了生产成本和材料的浪费，且操作简单，方便灵活，在汽车冲压模具镶块领域，具有极大的推广应用价值。
当然，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (7)
1.一种汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
对模具镶块进行预处理：通过机械加工去除模具镶块表面1～2mm厚度的表面层，然后在500～600℃条件下，进行回火调质处理；
配制熔覆层合金粉末，所述合金粉末按重量百分比计，由以下成分组成：C:0.15％～0.17％；Si:≤0.04％；Cr:17～19％；Ni:0.27％；Mo:0.3％；Mn:≤0.2％；Co:≤0.12％；V:≤0.08％；B:≤0.27％，其余为Fe；
将模具镶块置于激光熔覆设备工作台上进行装夹定位，同轴输送合金粉末，利用合金粉末对模具镶块的外表面进行重复激光熔覆，制成厚度为1.5～2mm的熔覆强化层；
将熔覆有强化层的模具镶块进行机械加工处理，即可。
2.根据权利要求1所述汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，其特征在于，所述模具镶块为废旧模具镶块，或采用普通锻钢作为模具镶块基体材料，通过机械加工制成模具镶块。
3.根据权利要求1所述汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，其特征在于，所述合金粉末按重量百分比计，由以下成分组成：C:0.16％；Si:0.01％；Cr:18％；Ni:0.27％；Mo:0.3％；Mn:0.1％；Co:0.02％；V:0.03％；B:0.18％，其余为Fe。
4.根据权利要求1所述汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，其特征在于，所述合金粉末为球状颗粒，粒径为50～150μm。
5.根据权利要求1所述汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，其特征在于，所述激光熔覆的条件为，保护气流量为10-15L/min，送粉器转速为1.5～2.0r/min，激光功率为1300W，扫描速度为15mm/min。
6.根据权利要求5所述汽车冲压模具镶块激光强化制造方法，其特征在于，所述保护气为氮气。
7.如权利要求1～权利要求6任一所述制造方法制得的汽车冲压模具镶块。
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