CN113652683A - 一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺；包括以下步骤：开槽：型腔预加工，在模具成初模合缝面及上下接口，开具焊槽；激光熔覆前处理：清洁焊槽槽位里面的毛刺、油污；激光熔覆：设定好工艺参数，沿焊槽进行激光熔覆；所采用的镍基合金粉组成成分及重量百分比是B:1.2%，C:0.05%，Cr:0.2%，Fe:0.1%，Si:2.2%，其余均为Ni，本发明免去了等离子堆焊等传统工艺手段的预热、保温、退火等工序。相比人工喷焊及等离子堆焊，大大节约粉末用量，显著提高生产效率，明显提升产品质量合格率，大大节约了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃模具加工制造领域，具体涉及一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，适用于灰铸铁、球铁、蠕铁等铸铁类玻璃模具的加工制造。
背景技术
在玻璃制品制造过程中，熔融的玻璃水温度高达1100℃以上，玻璃模具长期接触高温玻璃水，需要耐高温、抗氧化性能好。同时在玻璃模具反复开模、合模过程中，因为撞击和挤压，会导致模具的合缝线、上下接口等位置破损、粗糙，影响玻璃制品的质量，因此根据玻璃模具的使用环境特点，为提高其使用寿命和玻璃制品质量，需要对玻璃模具相应位置进行强化，提高其耐高温、耐磨、抗氧化和抗热疲劳等性能。
传统的玻璃模具性能强化方法有：手工电弧堆焊、手工火焰喷焊、等离子堆焊等，虽然这些手段和方法均能完成玻璃模具的强化，但是手工堆焊和喷焊存在诸多缺点：如，焊层结合度低，人工作业效率低，质量一致性差，用粉量大等。等离子堆焊，虽然在一定程度上解决了人工堆焊和喷焊的问题，但是效率低，需要预热和退货，用粉量大，因为热输入量大导致的气孔及开裂等问题也多。
随着表面改性技术的发展，激光熔覆技术逐渐得到广泛的应用。激光熔覆（LaserCladding)亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束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。激光熔覆技术因为其可控性高，质量稳定，利用激光熔覆技术替代传统的强化手段，满足玻璃模具强化的需求，将成为玻璃模具制造行业的趋势。
采用本发明涉及的一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，可以应用于灰铸铁初模及口模合缝线、上下口的镍基合金强化应用上。特别是灰铸铁口模因其体积小，采用等离子堆焊的手段极易导致裂纹、气孔、形状塌陷等缺陷，成品率较低，目前行业内的灰铸铁口模强化主要采用手工喷焊的方式，效率低，同时无法控制焊层宽度，只能进行口模内腔的大面积大厚度全喷焊，造成了极大的材料浪费。
公布号CN201810512989.2公开了一种镍基激光熔覆粉末及激光熔覆方法，该镍基激光熔覆粉末包括2-5％Fe、2-4％Ti、3-5％Mo、0.5-1％P、0.6-2％Mn以及余量Ni，该激光熔覆方法为将镍基组成的激光熔覆粉末置放于激光熔覆的送粉筒内，通过同步送粉进行激光熔覆即可得到熔覆层。上述专利主要存在两个明显的缺点：第一，熔覆效率低下，其送粉速度为 1.2-1.5g/min，第二，预制熔覆层厚度较薄，为1.0-1.5mm。上述两个明显的缺点限制了此专利的实际有用范围。
发明内容
针对传统玻璃模具表面强化手段和方法存在的问题，本发明提供了一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，可以提高粉末利用率，提升产品合格率，降低生产成本。
一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，具体包括以下步骤：
A）、开槽：型腔预加工，在模具成初模合缝面及上下接口机型车铣加工，铣出焊槽，控制槽位尺寸，得到待激光熔覆的工件；
B）、激光熔覆前处理：清洁待激光熔覆工件的焊槽；
C）、激光熔覆，采用激光熔覆机，将镍基合金粉用激光熔覆工艺熔覆到玻璃模具工件的焊槽中，选择合适的镍基合金粉，控制激光熔覆工艺及熔覆轨迹，得到熔覆后的玻璃模具成初模。
本发明的进一步改进在于：步骤A中所述的焊槽焊槽宽度为4-8mm，深度为1-3.5mm。
本发明的进一步改进在于：步骤A中所述焊槽，合缝面焊槽设有斜波或者倒角，焊槽边沿应倒角不宜存在直角及毛刺。
本发明的进一步改进在于：步骤B所述的激光熔覆前处理，是对待激光熔覆的工件焊槽进行去毛刺、油污、粉尘处理。
本发明的进一步改进在于：所述步骤C所述的激光熔覆，采用4kW半导体激光器作为光源，六轴机器人及双轴变位机作为激光熔覆运动系统，刮板式气载送粉机作为送粉机构，三路同轴送粉熔覆头作为激光头，整体组成激光熔覆系统进行激光熔覆连续扫描加工。
本发明的进一步改进在于：所述的激光熔覆其工艺参数为熔覆头焦点光斑大小为φ5.0mm，熔覆头送粉嘴工作距离为15mm，输出功率1900-2100W，扫描速度为6-8mm/s，送粉量为25-38g/min，采用的保护气为氩气，氩气流量：8-12L/min。
本发明的进一步改进在于：所述的激光熔覆镍基合金粉成分组成比重为：B:1.2%，C:0.05%，Cr:0.2%，Fe:0.1%，Si:2.2%，其余均为Ni。熔覆层硬度28-32HRC，达到耐高温耐磨抗氧化的性能要求。
本发明的进一步改进在于：所述的激光熔覆轨迹，可通过机器人摆动熔覆头形成Z形摆动轨迹，实现摆动熔覆的功能，使熔覆层达到最大宽度达10mm，厚度达4.0mm，从而满足熔覆后机加工成品要求8.0mmx3.0mm超宽超厚的熔覆层机加工后成品的尺寸要求。
本发明的有益效果是：在同等熔覆层尺寸要求的条件下，采用本发明涉及的一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，相比等离子堆焊工艺，可节约粉末大约30-40%，生产效率提升约200%；相比人工喷焊节约粉末用量40-50%，生产效率提升约400%，可实现自动化生产，确保产品质量一致性和稳定性，生产质量可靠，成品率提升40%，大大节约了生产成本。同时该激光熔覆工艺，免去传统工艺中熔覆前预热和熔覆后保温、退火的传统工序，同时确保熔覆层无气孔、无裂纹，该工艺可以应用于灰铸铁初模及口模合缝线、上下口的镍基合金强化应用上，特别是应用于灰铸铁口模，替代手工火焰喷焊，进行灰铸铁的口模激光熔覆强化，一方面可以精准控制熔覆层尺寸，大大减少粉末用量，另一方面可以确保产品质量一致性和成品率，降低报废率和返工，大大降低了生产成品，提高了产品质量。
附图说明
图1为本发明的合缝面焊槽开槽尺寸图示。
图2为本发明的上接口焊槽开槽尺寸图示。
图3为本发明的上接口焊槽开槽尺寸图示。
图4为本发明的啤酒瓶模具开槽部位图示
图5为本发明的啤酒瓶模具开槽后实物图。
图6为本发明的啤酒瓶模具激光熔覆后实物图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
以激光熔覆某灰铸铁啤酒瓶模具（初模）为例，说明一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺的具体实施方式，其步骤为：
A）、开槽：型腔预加工，在模具成初模合缝面及上下接口机型车铣加工，铣出焊槽，控制槽位尺寸，得到待激光熔覆的工件。该实例的合缝线、上下接口焊槽槽型及尺寸如图1、2、3所示。开槽部位如图4所示，其开槽后的初模工件如图5所示。
B）、激光熔覆前处理：清洁待激光熔覆工件的焊槽，去除毛刺、油污和粉尘。
C）、激光熔覆：采用4kW半导体激光器作为光源，六轴机器人及双轴变位机作为激光熔覆运动系统，刮板式气载送粉机作为送粉机构，三路同轴送粉熔覆头作为激光头，整体组成激光熔覆系统进行激光熔覆连续扫描加工。工艺参数为：熔覆头焦点光斑大小为φ5.0mm，熔覆头送粉嘴工作距离为15mm，设置好工艺参数：输出功率1900W，扫描速度为6mm/s，送粉量为：28g/min，氩气流量：9L/min。以上参数设置完成后，通过机器人编程熔覆轨迹进行激光熔覆，合缝线运动轨迹为单层单道轨迹，上下口为Z字型摆动轨迹熔覆，其摆动轨迹参数为：横向线速度3mm/s，摆幅4mm，步进间隔1.5mm。使用的镍基合金粉成分组成比重为：B:1.2%，C:0.05%，Cr:0.2%，Fe:0.1%，Si:2.2%，其余均为Ni。熔覆层硬度28HRC，达到耐高温耐磨抗氧化的性能要求。
步骤C）所达到的熔覆层为，合缝线：宽4.6mm，厚2.8mm；上下口宽度为7.5mm，厚度为3.5mm。成品如图6所示。
在同等熔覆层尺寸要求的条件下，相比等离子堆焊工艺，可节约粉末大约32%，生产效率提升约200%；相比人工喷焊节约粉末用量45%，生产效率提升约400%，免去传统工艺中的预热、保温、退火工序，大大节约了生产成本。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
A）、开槽：型腔预加工，在模具成初模合缝面及上下接口机型车铣加工，铣出焊槽，控制槽位尺寸，得到待激光熔覆的工件；
B）、激光熔覆前处理：清洁待激光熔覆工件的焊槽；
C）、激光熔覆，采用激光熔覆机，选择镍基合金粉，将镍基合金粉用激光熔覆工艺熔覆到玻璃模具工件的焊槽中，控制激光熔覆工艺及熔覆轨迹，得到熔覆后的玻璃模具成初模。
2.根据权利要求1所述的一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：所述步骤A中，所述的焊槽焊槽宽度为4-8mm，深度为1-3.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：所述步骤A中，所述焊槽的合缝面设有斜波或者倒角，所述焊槽边沿设有倒角。
4.根据权利要求1所述的一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：所述步骤B中，所述的激光熔覆前处理，是对待激光熔覆的工件焊槽进行去毛刺、油污、粉尘处理。
5.根据权利要求1所述的一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：所述步骤C中，所述的激光熔覆，采用4kW半导体激光器作为光源，六轴机器人及双轴变位机作为激光熔覆运动系统，刮板式气载送粉机作为送粉机构，三路同轴送粉熔覆头作为激光头，整体组成激光熔覆系统进行激光熔覆连续扫描加工。
6.根据权利要求5所述的一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：所述的激光熔覆其工艺参数为熔覆头焦点光斑大小为φ5.0mm，熔覆头送粉嘴工作距离为15mm，输出功率1900-2100W，扫描速度为6-8mm/s，送粉量为25-38g/min，采用的保护气为氩气，氩气流量：8-12L/min。
7.根据权利要求1所述的一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：所述步骤C中，镍基合金粉成分组成比重为：B:1.2%，C:0.05%，Cr:0.2%，Fe:0.1%，Si:2.2%，其余均为Ni，熔覆层硬度28-32HRC。
8.根据权利要求5所述的一种灰铸铁初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：所述的激光熔覆轨迹，通过机器人摆动熔覆头形成Z形摆动轨迹，摆动轨迹参数为，横向线速度2.5-4.5mm/s，摆幅2-6mm，步进间隔1.2-2.0mm，实现摆动熔覆的功能，使熔覆层达到最大宽度达10mm，厚度达4.0mm，从而满足熔覆后机加工成品要求8.0mmx3.0mm超宽超厚的熔覆层尺寸。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20211116 |