CN1651593A - 工模具表面改质和修复方法 - Google Patents

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张海鸥
王桂兰
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Abstract

工模具表面改质和修复方法，属于表面加工方法，目的是既发挥熔射法高效、低成本的优点，又保留激光熔覆法将基体表面上的涂覆材料与基体形成冶金结合的长处，并采用多轴数控加工技术，得到具有不同性能、复杂形状的工模具表面处理层。本发明步骤依序为：(1)通过熔射方法快速地在工模具或零件表面形成所需材料的致密涂层；(2)用激光对涂层按设定的扫描轨迹进行扫描重熔处理，使该涂层与基体冶金结合并得到高度致密的表面处理层；(3)根据表面层厚度要求，将上述步骤(1)、(2)反复进行。本发明适合各种难熔难加工的耐磨、耐腐蚀、耐热、抗氧化材料、形状复杂的工模具或零件表面的高效率、高质量的改质和修复。

Description

工模具表面改质和修复方法
技术领域
本发明属于表面加工的方法。
背景技术
现有的激光熔覆法可将涂覆在基体表面上的材料，经激光辐照使之与基体冶金结合，并形成高度致密的表面熔覆层，从而显著改善基体表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性，适用于局部易受磨损、冲击、剥蚀、氧化及腐蚀的零部件；然而，对于制造业关键装备的工模具，尤其是大中型复杂形状工模具的表面改质和修复，激光熔覆法效率低且受形状制约，使其应用受到限制。
熔射(热喷涂)具有快速、低成本地制作致密涂层等特点，受材料、形状和尺寸限制小，可以根据工件表面性能的要求高效率、均匀地获得各种不同性能的涂层。然而，该方法的难点是涂层难以达到满密度并难以实现与基体的冶金结合，特别是熔射高熔点材料时尤其如此。因此，若将熔射法与上述的能实现熔覆材料与基体冶金结合的激光熔覆法相结合将是高效率地获得满密度且与基体冶金结合的有效途径。
Xing Huting等人在对平面状的等离子喷涂陶瓷层进行激光熔覆方面作了基础性工艺研究，实现了陶瓷材料与平板基体的冶金结合，见Xing Huting，FuYongQing，Margam Chandrasekaran，X-ray imaging of laser remelted plasmasprayed zirconia coating，Journal of Material Science Letters，1998(17)：163～165，又见S.Tondu，T.Schnick，L.Pawlowski，B.Wielage，S.Steinhauser，L.Sbatier，Laserglazing of FeCr-TiC composite coatings，Surface and Coatings Technology123(2000)247-251，以及Junji Morimoto，Tetuya Onoda，Yoh Sasaki，NobuyukiAbe，Improvement of solid cold sprayed TiO2-Zn coating with direct diode laser，Vacuum 73(2004)527-532。然而，尚未看到有将激光熔覆和熔射方法集成，高效率、高质量地实现三维复杂形状的工模具表面修复或改质等研究报道。要实现形状复杂的工模具表面的复合高能束表面改质或修复，还必须解决包括复杂形状零件的数控处理问题，而数字化的多轴联动数控加工方法能解决三维复杂形状的工模具表面加工处理问题。
发明内容
本发明提供一种工模具表面改质和修复方法，目的是既发挥熔射法高效率、低成本的优点，又保留激光熔覆法将涂覆在基体表面上的材料与基体形成冶金结合的长处，并采用多轴数控的数字化加工技术，高效率、高质量地得到具有不同性能、复杂形状的工模具表面处理层。
本发明的工模具表面改质和修复方法，其步骤依序为：
(1)过熔射方法快速地在工模具或零件表面形成所需材料的致密涂层；
(2)用激光对涂层按设定的扫描轨迹进行扫描重熔处理，使该涂层与基体冶金结合并得到高度致密的表面处理层；
(3)根据表面层厚度要求，将上述步骤(1)、(2)反复进行。
所述的工模具表面改质和修复方法，其特征为：采用多轴数控设备实施数字化熔射和激光扫描重熔处理，在复杂形状的工模具或零件表面进行表面改质和修复。
所述的工模具表面改质和修复方法，其进一步特征为：得到符合厚度要求高度致密的表面处理层后，根据该层的表面情况对其进行少量的精加工以达到所需的表面粗糙度。
由于工模具表面的改质和修复多采用具有耐磨、耐热、耐腐蚀等性能的合金、金属陶瓷复合材料甚至陶瓷材料，而熔射法适合几乎所有材料，激光受材料限制也小，多轴数控加工可对复杂形状表面数字化加工处理，采用同一设备还可大大减少投资，因此，此项技术适合采用各种材料尤其是难熔难加工的耐磨、耐腐蚀、耐热、抗氧化材料、形状复杂的工模具或零件表面的高效率、高质量的改质和修复。熔射和激光的表面处理采用同一种数控设备可大大降低投资和加工处理成本。
具体实施方式
实施例1：首先采用安装在机器人终端上的等离子喷枪，根据表面改质的要求，用铁-镍-铬合金材料，在三维复杂形状的工模具或零件表面上按照由三维CAD模型得到的数字化熔射路径，以等离子熔射形成涂层；其次采用动态调焦振镜装置，将安装在其终端上的功率为500w的YAG固体激光器发出的激光，以250mm/min的扫描速度，按照计算机制定的扫描路径对三维复杂形状涂层进行重熔处理，达到使工模具表面改质的目的。
实施例2：采用机器人等离子熔射的方法，根据工模具或零件表面修复的要求，先用金属与陶瓷的复合材料，按照数字化熔射路径，在模具表面熔射形成涂层；其次使用同一机器人，将安装在其终端上的功率为500w的YAG固体激光器发出的激光，以200mm/min的扫描速度，按照计算机制定的扫描路径对涂层进行重熔处理。为了达到所需的表面层处理厚度，可按上述步骤多次进行，直至达到厚度要求。最后对其进行少量的精加工以达到所需的表面粗糙度。
实施例3：采用电弧熔射的方法，根据表面改质的要求，采用耐磨合金，在需要改质的工模具表面上按照数字化熔射路径，采用机器人熔射形成涂层；其次使用同一机器人，将安装在其终端上的功率为500w的YAG固体激光器发出的激光，以250mm/min的扫描速度，按照计算机制定的扫描路径对涂层进行重熔处理，达到使工模具表面改质的目的。最后对其进行少量的精加工以达到所需的表面粗糙度。

Claims (3)

1.一种工模具表面改质和修复方法，其步骤依序为：
(1)通过熔射方法快速地在工模具或零件表面形成所需材料的致密涂层；
(2)用激光对涂层按设定的扫描轨迹进行扫描重熔处理，使该涂层与基体冶金结合并得到高度致密的表面处理层；
(3)据表面层厚度要求，将上述步骤(1)、(2)反复进行。
2.如权利要求1所述的工模具表面改质和修复方法，其特征为：采用多轴数控设备实施数字化熔射和激光扫描重熔处理，在复杂形状的工模具或零件表面进行表面改质和修复。
3.如权利要求1或2所述的工模具表面改质和修复方法，其特征为：得到符合厚度要求高度致密的表面处理层后，根据该层的表面情况对其进行少量的精加工以达到所需的表面粗糙度。
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