專利名稱：一種金屬塑性成形模具織構(gòu)化自潤滑處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模具的潤滑方式，特指一種金屬塑性成形模具自潤滑處理方法。
背景技術(shù)：
金屬壓力加工過程中，變形金屬在塑性變形時相對于模具表面產(chǎn)生定向流動，從而在變形體與模具界面上產(chǎn)生摩擦和摩擦力，它不僅使金屬變形抗力增大、引起變形的不均勻，同時還會造成模具的磨損，大大降低模具使用壽命。磨損是影響模具壽命的決定性因素，例如在高溫成形過程中，模具壽命因磨損而失效的情況超過70%。對于金屬塑性成形模具(如拉延、擠壓、軋制、精鍛等模具)，研究和解決在高壓、大切應(yīng)變率條件下模具的摩擦磨損和潤滑問題已成為制約工藝成敗的關(guān)鍵。由于成形過程中，變形金屬處于粘塑性流動狀態(tài)且新生表面不斷產(chǎn)生，造成潤滑條件惡劣、摩擦磨損機制多變而復(fù)雜。為此，使用一般潤滑方法很難奏效，必須尋找到一種有效的潤滑方法。例如，對于金屬板料拉延模具，金屬板料與模具表面之間的摩擦通常處于“邊界摩擦”狀態(tài)，而且是一種很復(fù)雜的非均勻分布的摩擦狀態(tài)。一般沖壓成形中常采用調(diào)節(jié)壓邊力和設(shè)置拉延筋的方法控制拉延過程板料的流動，防止沖壓件起皺和開裂。但對于形狀復(fù)雜或深度大的沖壓件來說，由于成形過程中金屬材料的流動在各個區(qū)域的不一致，如果僅靠板料周圍施加壓邊力和均勻的摩擦潤滑條件，則容易導(dǎo)致沖壓件有些部位起皺，有些部位變薄嚴重甚至產(chǎn)生開裂，從而影響成形件質(zhì)量。通過在模具表面特定區(qū)域預(yù)先增設(shè)固體潤滑劑，可以優(yōu)化模具表面的摩擦分布，改善材料的流動，提高模具的壽命和制品質(zhì)量。再如對于冷精鍛模具，在精鍛加工過程中，坯料在室溫下變形，坯料和模具間存在很高的接觸壓力(0. 8 2. 5Gpa),由于變形熱和摩擦熱的存在，使得坯料和模具間很容易發(fā)生粘結(jié)。因而要求潤滑劑具有良好的極壓性和黏著性。目前冷精鍛模上所采用油基潤滑， 由于滲漏、溢出和對潤滑劑的處理不當(dāng)?shù)仍?，會造成環(huán)境污染。而采用固體潤滑劑噴涂方式，則易造成模具工作表面噴涂不均勻、以及潤滑劑粉末四處飛揚，污染環(huán)境和影響操作人員的健康。本田美國制造公司在2001年公開的中國專利(申請?zhí)?9802569.0)中提出一種干膜潤滑劑在沖壓模具和鍛造模具上的施用方法，具體通過先在模具型面上鍍一層硬鉻，再涂上干膜潤滑劑，以提高模具的使用壽命。但電鍍工藝存在尖端沉積效應(yīng)，影響鍍層質(zhì)量，且鍍層與干膜潤滑劑的結(jié)合強度也存在一定的局限性。2005年公開的中國專利 (申請?zhí)?00410061182.X)提出了一種水輪發(fā)電機鑲嵌軸承套用固體潤滑劑及其制備方法，較好解決了低速、重載工況的滑動潤滑問題。由于設(shè)置的是宏觀大尺度的鑲嵌孔，因而在機械加工、承載能力及潤滑劑均勻涂抹性能方面存在不足。2008年公開的中國專利 (申請?zhí)?00710164614. 3)通過激光熔覆的方法，在熱鍛模具的表面形成耐磨納米復(fù)合涂層，可提高模具壽命約30%。該涂層耐磨性雖然較高，但后續(xù)精加工比較困難。2008年公開的中國專利(申請?zhí)?008101M317.0)提出了一種金屬塑性成形模具表面的激光復(fù)合造型處理方法。該方法主要通過在模具表面設(shè)置毛化凸起，起到增加局部摩擦，改善材料流動的作用，但沒有涉及到模具表面固體潤滑處理問題。2009年公開的中國專利(申請?zhí)?00710307^2. χ)提出了一種石墨基粘結(jié)固體潤滑劑，解決了空調(diào)壓縮機轉(zhuǎn)子及端板的中高溫潤滑問題。但由于采用的是表面涂敷的方法，涂層與表面的結(jié)合強度較低，在重載條件下容易剝落。法因圖爾知識產(chǎn)權(quán)股份公司在2009年公開的中國專利(申請?zhí)?200810213580. 7)中提出了一種用于沖裁模的潤滑方法和裝置。通過在沖模頭部微槽中置入潤滑油，起到改善沖裁模具潤滑的作用。該方法也沒有涉及到模具表面固體自潤滑處理的問題。2009年公開的中國專利(申請?zhí)?00910020837. 1)提出了一種自潤滑復(fù)合材料模具的快速制模方法。由于采用的整層熱固性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其在整體強度、型面精度方面受到較大限制，主要由于大型經(jīng)濟模具(如覆蓋件拉延模)制作方面。2010年公開的中國專利(申請?zhí)?00910272370. X)提出了一種利用二氧化碳激光器進行汽車覆蓋件模具表面激光淬火的工藝，提高了模具的表面硬度和抗磨性能，但也沒有涉及模具表面潤滑減摩的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬塑性成形模具織構(gòu)化自潤滑處理方法，以實現(xiàn)模具表面潤滑性能的優(yōu)化分布，改善成形材料的塑性流動，提高模具的壽命和制品質(zhì)量。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下
首先，對模具表面激光織構(gòu)化微加工處理，采用二級管泵浦Nd Y A G激光器，聚焦透鏡焦距為60 90mm，重復(fù)頻率6. 0 9. OKhz，激光波長532nm、1064nm，電流強度13 20A，微腔直徑20 180 μ m,深度4 40 μ m，凹腔間距20 400 μ m,微凹腔的排列由數(shù)控程序控制，凹腔的面積占有率為10% 35%，輔助氣體采用99. 9%的擬、壓強為0. 1 0. 3Mpa。然后對模具進行自潤滑復(fù)合材料成型粘結(jié)加工處理，具體步驟為
1)將自潤滑復(fù)合材料在110 130°C的溫度下烘2 汕至干燥；
2)將烘干的自潤滑復(fù)合材料混合均勻；
3)清洗模具表面；
4)將自潤滑復(fù)合材料壓入經(jīng)激光織構(gòu)化微加工處理后的模具表面；
5)將模具置于370 380°C的溫度下、99.9% N2氣保護、保溫1.5 2. 5h燒結(jié)成型， 然后隨爐冷卻；
6)清理模具表面。本發(fā)明自潤滑復(fù)合材料按質(zhì)量百分比的配方為，金屬拉延模具固體潤滑劑的配方以質(zhì)量計的組成為
聚酰亞胺(PI) :8 13% ； 粒度彡5μπι為的石墨粉15 21% ； 粒度為的聚四氟乙烯30 40% ； 粒度為彡3μπι的MoS2 25 31% ； 添加劑0 6%。冷擠壓模具固體潤滑劑、溫擠壓模具固體潤滑劑、冷精鍛模具固體潤滑劑或溫精鍛模具固體潤滑劑的配方以質(zhì)量計的組成為
聚酰亞胺(PI) 8 13% ；粒度為彡5μπι的石墨粉20 洸％ ； 粒度為的聚四氟乙烯18 Μ% ； 粒度為彡3μπι的MoS2 15 20% ； 粒度為彡5 μ m的LaF3 :2 4% ； 粒度為彡4μπι的Β203 :4 6% ； 粒度為彡4μπι的BN 4 6% 粒度為彡3μπι的WS2 10 15% ； 添加劑0 5%。本發(fā)明的有益效果為
1)通過對模具工作型面激光織構(gòu)化自潤滑處理，凹腔內(nèi)壓入固體潤滑劑以及表面生成激光淬火馬氏體實現(xiàn)模具表面潤滑減摩與強化耐磨的有機統(tǒng)一，提高了模具的壽命和成形件質(zhì)量；
2)與局部增摩技術(shù)相比，通過表面固體自潤滑處理，減小了成形材料的塑性流動阻力， 實現(xiàn)了摩擦狀態(tài)的優(yōu)化分布，提高了成品率和成形速度；
3)本發(fā)明的固體潤滑劑配方充分發(fā)揮了不同組分的協(xié)同潤滑效應(yīng)，潤滑劑附著力強， 能適應(yīng)多種成形工況條件下的金屬塑性成形，如常溫拉延、冷擠壓、冷精鍛，以及溫擠壓(精鍛)等；
4)采用激光數(shù)控微加工工藝，可實現(xiàn)與潤滑、成形要求相匹配的微腔尺寸及其分布；
5)改變了固體潤滑劑傳統(tǒng)的噴涂工藝，保護了工作環(huán)境和操作人員健康，節(jié)約了潤滑劑的用量，因而可選用更高性能的固體潤滑劑，如納米材料、貴金屬等；
6)與氣相沉積、激光熔覆、復(fù)合鍍等技術(shù)相比，本發(fā)明工藝簡單、操作方便，對模具型面的配合精度保持性好；
7)由于聚四氟乙烯具有比金屬稍大的熱膨脹系數(shù)，能夠使固體潤滑劑隨著工作溫度升高自動從微腔溢出至模具工作表面；
8)本發(fā)明也可應(yīng)用于重載導(dǎo)軌(柱)、切削刀具的表面自潤滑處理；對于采用潤滑油 (脂)的場合，也可進一步提高混合潤滑效果。


圖1為拉延模具激光自潤滑處理示意圖。圖2為圖1中局部I示意圖。圖3為圖1中局部II示意圖。圖4為冷擠壓模具激光自潤滑處理示意圖。圖5為激光表面微加工凹腔及其分布。圖6為微凹腔截面尺寸圖。圖中，1-拉延凸模；2-沖壓件；3-壓邊圈；4-卸料塊；5-拉延凹模；6_存儲腔； 7-固體潤滑劑；8-自潤滑膜；9-擠壓凸模；10-擠壓凹模；11-擠壓件。
具體實施例方式結(jié)合圖1，在拉延凸模1的圓角、拉延凹模5的凸緣處，通過激光微加工，形成系列微凹腔，并壓入固體潤滑劑7，從而使得成形過程中在模具表面形成固體自潤滑膜8。通過設(shè)置存儲腔6，可起到收集磨粒和潤滑劑的作用。下面以具體實施例進一步說明本發(fā)明。1)激光表面織構(gòu)化微加工工藝。采用二級管泵浦Nd Y A G激光器對試樣端面進行激光微加工，采用激光波長 532nm、加工電流15A、脈沖重復(fù)次數(shù)4次，凹腔間距300mmX 300mm。獲得的微腔及其分布如圖5所示，表明微腔排列整齊、尺寸均勻。利用Vyko形貌儀測得的微腔的截面形貌如圖6 所示，表明微腔加工質(zhì)量良好，為固體潤滑劑的壓入創(chuàng)造良好條件。2)模具表面自潤滑處理工藝。先按質(zhì)量百分比稱取聚酰亞胺(PI) :12%、粒度為< 5μπι的石墨粉23%、粒度為彡6μπι的聚四氟乙烯22%、粒度為彡3μπι的MoS2 18%、粒度為彡5 μ m的LaF3 :3%、粒度為彡4μπι的B203 :4%、粒度為彡4μπι的BN :4%、粒度為彡0. 5μπι的WS2 :12%、添加劑 配置好，然后在120°C烘干2. 5小時，通過機械充分攪拌、混合均勻。對模具鋼4Cr5MoSiV(52 55 HRC)表面進行激光織構(gòu)化加工微腔直徑100 μ m、深度35 μ m、面積占有率16%。經(jīng)丙酮洗凈后，通過機械滾壓，置入粉末狀固體潤滑劑，最后在燒結(jié)爐中370 380 °C,99.9% N2氣保護、保溫池?zé)Y(jié)成型，隨爐冷卻后并通過表面清理拋光，即可實現(xiàn)模具表面的激光織構(gòu)化自潤滑處理。
權(quán)利要求
1.一種金屬塑性成形模具織構(gòu)化自潤滑處理方法，其特征在于，具體步驟如下A)對模具表面激光織構(gòu)化微加工處理，采用二級管泵浦Nd Y A G激光器，聚焦透鏡焦距為60 90mm，重復(fù)頻率6. 0 9. OKhz，激光波長532nm、1064nm,電流強度13 20A， 微腔直徑20 180 μ m,深度4 40 μ m，凹腔間距20 400 μ m,微凹腔的排列由數(shù)控程序控制，凹腔的面積占有率為10% 35%，輔助氣體采用99. 9%的N2、壓強為0. 1 0. 3Mpa ；B)將自潤滑復(fù)合材料在110 130°C的溫度下烘2 汕至干燥；C)將烘干的自潤滑復(fù)合材料混合均勻； D )清洗模具表面；E)將自潤滑復(fù)合材料壓入經(jīng)激光織構(gòu)化微加工處理后的模具表面；F)將模具置于370 380°C的溫度下、99.9% N2氣保護、保溫1.5 2. 5h燒結(jié)成型， 然后隨爐冷卻；G)清理模具表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬塑性成形模具織構(gòu)化自潤滑處理方法，其特征在于，所述自潤滑復(fù)合材料在處理金屬拉延模具時的配方以質(zhì)量計的組成為聚酰亞胺8 13% ； 石墨粉15 21% ； 聚四氟乙烯30 40% ； MoS2 25 31% ； 添加劑0 6%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬塑性成形模具織構(gòu)化自潤滑處理方法，其特征在于，所述自潤滑復(fù)合材料在處理冷擠壓模具、溫擠壓模具、冷精鍛模具或溫精鍛模具時的配方以質(zhì)量計的組成為聚酰亞胺8 13% ； 石墨粉20 ； 聚四氟乙烯18 24% ； MoS2 15 20% ； LaF3 2 ~ 4% ； B203 :4 6% ； BN 4 6% WS2 10 15% ； 添加劑0 5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬塑性成形模具織構(gòu)化自潤滑處理方法，本發(fā)明先對模具表面織構(gòu)化微加工處理，然后對模具進行自潤滑復(fù)合材料成型粘結(jié)加工處理。本發(fā)明通過對金屬塑性成形模具表面進行織構(gòu)化自潤滑處理，在保證模具承載能力和型面配合精度的同時，實現(xiàn)模具表面的潤滑性能的優(yōu)化分布，改善材料的流動和模具的潤滑抗磨性能，提高模具壽命和制品質(zhì)量。
文檔編號B23P15/00GK102218647SQ20111014842
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者華?？? 尹必峰, 張培耘, 杜志華, 王勻, 符永宏 申請人:江蘇大學(xué)