一種擠壓模具關(guān)鍵部位的激光沖擊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于模具表面改性技術(shù)，涉及一種擠壓模具關(guān)鍵部位的表面激光沖擊強化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]進入21世紀，我國的制造業(yè)迅速的得到發(fā)展，而模具行業(yè)在其中有著舉足輕重的作用，涉及航空、航天、電子信息、汽車等領(lǐng)域。隨著科技的進步以及各行各業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，所以對現(xiàn)階段模具的要求也是越來越高，由于擠壓模具在工作過程中經(jīng)受很大的工作負荷變化，承受著熱疲勞、熱沖蝕以及劇烈摩擦磨損等物理化學(xué)的作用，模具薄弱部分會出現(xiàn)早期的破壞和失效，影響模具的使用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量。應(yīng)用新型的表面強化方法可以改善模具表面的應(yīng)力狀態(tài)，使模具圓角等薄弱部分處產(chǎn)生很高的殘余壓應(yīng)力并可以獲得一定的殘余壓應(yīng)力層，從而提高模具的抗疲勞、抗磨損等性能，進而提高了模具的使用壽命，改善了模具表面的質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種擠壓模具關(guān)鍵部位的激光沖擊方法，目的在于提高擠壓模具薄弱部位處的抗應(yīng)力腐蝕、抗疲勞及抗磨損等性能，降低擠壓模具在使用過程中失效破壞的不確定性，進而更好保證產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0005]一種擠壓模具關(guān)鍵部位的激光沖擊方法，包括如下步驟:
[0006](I)對擠壓模具進行淬火、回火熱處理，使擠壓模具的表面硬度值在51HRC?60HRC，表面粗糙度在0.08?0.16 μ m ;
[0007](2)通過對擠壓模具工作時受力受熱以及摩擦磨損的分析，得到擠壓模具容易產(chǎn)生裂紋源以及容易發(fā)生磨損失效的擠壓模具關(guān)鍵部位；
[0008](3)根據(jù)擠壓模具關(guān)鍵部位的位置和輪廓形狀選擇激光沖擊參數(shù)和沖擊路徑進行激光沖擊；激光沖擊完成后，關(guān)鍵部位表面獲得殘余壓應(yīng)力層；所述激光沖擊參數(shù)包括波長、脈沖能量、脈寬、搭接率、光斑直徑、沖擊次數(shù)、約束層、吸收層和激光掃描速度；
[0009](4)測定擠壓模具關(guān)鍵部位表面經(jīng)激光沖擊后的尺寸變化量；
[0010](5)根據(jù)尺寸變化量設(shè)計新的擠壓模具關(guān)鍵部位尺寸；
[0011](6)對新的擠壓模具關(guān)鍵部位再次激光沖擊，所述激光沖擊參數(shù)和沖擊路徑與步驟(3)中相同，最終得到目標擠壓模具。
[0012]進一步的，所述擠壓模具為擠壓凸?；驍D壓凹模。
[0013]進一步的，所述擠壓凸模的材料為H13。
[0014]進一步的，所述擠壓凹模的材料為W18Cr4V。
[0015]進一步的，步驟(3)中所述激光沖擊參數(shù)為波長1054nm，脈沖能量10?30J，脈寬1ns?23ns，搭接率50%?60%，光斑直徑4mm?6mm，沖擊次數(shù)2?3次，約束層為0.3mm?Imm的水流層，吸收層為0.2mm?0.5mm的黑漆，激光掃描速度0.002m/s。
[0016]進一步的，步驟(5)中所述新的擠壓模具為擠壓凸模，其關(guān)鍵部位尺寸Dl和原有關(guān)鍵部位尺寸D的關(guān)系為Dl = D+m，其中，m為激光沖擊后擠壓凸模關(guān)鍵部位表面的尺寸變化量。
[0017]進一步的，步驟(5)中所述新的擠壓模具為擠壓凹模，其關(guān)鍵部位尺寸D2和原有關(guān)鍵部位尺寸D3的關(guān)系為D2 = D3-ml，其中，ml為激光沖擊后擠壓凹模關(guān)鍵部位表面的尺寸變化量。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:
[0019]本發(fā)明所述的一種擠壓模具關(guān)鍵部位的激光沖擊方法，通過激光沖擊使擠壓模具關(guān)鍵部位提高抗應(yīng)力腐蝕、抗疲勞及抗磨損等性能，同時將由于激光沖擊所引起的模具表面尺寸變化量考慮到模具設(shè)計的初始階段，使最終所得的模具關(guān)鍵部位獲得較好性能的同時也滿足模具的制作尺寸要求；從而提高了擠壓模具的使用壽命和生產(chǎn)效率，降低了擠壓模具在使用過程中失效破壞的不確定性，進一步保證產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。
【附圖說明】
[0020]圖1為原有擠壓凸模的主視圖。
[0021]圖2為原有擠壓凸模的俯視圖。
[0022]圖3為新的擠壓凸模的主視圖。
[0023]圖4為原有擠壓凹模的主視圖。
[0024]圖5為原有擠壓凹模的俯視圖。
[0025]圖6為新的擠壓凹模的主視圖。
[0026]附圖標記說明如下:
[0027]1-擠壓凸模待沖擊區(qū)，2-擠壓凹模待沖擊區(qū)。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
[0029]實施例1
[0030]選取材料為H13的擠壓凸模，在淬火溫度1020-1060°C，回火溫度560-650°C，提高其硬度，改善其內(nèi)部微觀組織和應(yīng)力狀態(tài)，使其熱處理后表面硬度值為52HRC，表面粗糙度達到0.12 μ m，通過擠壓凸模在使用前和使用后對比得到擠壓凸模在工作時外表面的摩擦最為劇烈，磨損也最為嚴重。
[0031]從圖1和圖2中可以看出，擠壓凸模的外表面為圓柱面，所以激光沖擊路徑即從上到下沿著擠壓凸模的外圓柱面逐步?jīng)_擊，直至沖擊完成；激光沖擊參數(shù)如下:在擠壓凸模待沖擊區(qū)處涂上0.2mm的黑漆作為吸收層，使用0.3mm的水流層作為約束層，激光波長為1054nm，脈沖能量為15J，脈寬23ns，搭接率為50%，光斑直徑為4mm，沖擊次數(shù)2次，激光掃描速度為0.002m/s，沖擊完成后測得外表面獲得的殘余壓應(yīng)力層約1mm，較好的提高了材料的耐磨性、抗應(yīng)力腐蝕性和表面硬度，測得擠壓凸模尺寸變化量m = 40 μ mo如圖3所示，因此新設(shè)計的擠壓凸模尺寸Dl = D+m，將新設(shè)計的擠壓凸模在以上所述的激光參數(shù)下從上到下沿著擠壓凸模的外圓柱面逐步?jīng)_擊，沖擊完成后，最終達到擠壓凸模工作時所需尺寸，此時擠壓凸模表面已存在約Imm的殘余壓應(yīng)力層，減小了摩擦系數(shù)，提高了擠壓凸模的抗磨損性能，提高了擠壓凸模的使用壽命。
[0032]實施例2
[0033]首先熱處理擠壓凹模所使用的材料W18Cr4V，淬火溫度1200-1240 °C，回火溫度550-700°C，提高其硬度，改善其內(nèi)部微觀組織和應(yīng)力狀態(tài)，熱處理后其表面硬度值為56HRC，表面粗糙度達到0.09 μ m，通過擠壓凹模在使用前和使用后對比得到擠壓凹模在工作時內(nèi)表面的摩擦最為劇烈，磨損也最為嚴重，從圖4和圖5中可以看出，擠壓凹模的內(nèi)表面為圓柱面，所以激光沖擊路徑即從上到下沿著擠壓凹模的內(nèi)圓柱面逐步?jīng)_擊，直至沖擊完成；所述激光參數(shù)為:在擠壓凹模待沖擊區(qū)處涂上0.2mm的黑漆作為吸收層，在激光沖擊過程中使用0.3mm的水流層作為約束層，激光波長為1054nm，脈沖能量為18J，脈寬23ns，搭接率為60 %，光斑直徑為4mm，沖擊次數(shù)3次，激光掃描速度為0.002m/s，沖擊完成后測得內(nèi)表面獲得的殘余壓應(yīng)力層約0.9mm,測得擠壓凹模尺寸變化量ml = 35 μ m。如圖4所示，所以新設(shè)計的擠壓凹模尺寸D2 = D3-ml，將新設(shè)計的擠壓凹模在以上所述的激光參數(shù)下從上到下沿著擠壓凹模的內(nèi)圓柱面逐步?jīng)_擊，沖擊完成后，最終達到擠壓凹模工作時所需尺寸，此時擠壓凹模表面已存在約0.9mm的殘余壓應(yīng)力層，減小了摩擦系數(shù)，提高了擠壓凹模的抗磨損性能，提高了擠壓凹模的使用壽命。
[0034]所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種擠壓模具關(guān)鍵部位的激光沖擊方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)對擠壓模具進行淬火、回火熱處理，使擠壓模具的表面硬度值在51HRC?60HRC，表面粗糙度在0.08?0.16ym; (2)通過對擠壓模具工作時受力受熱以及摩擦磨損的分析，得到擠壓模具容易產(chǎn)生裂紋源以及容易發(fā)生磨損失效的擠壓模具關(guān)鍵部位； (3)根據(jù)擠壓模具關(guān)鍵部位的位置和輪廓形狀選擇激光沖擊參數(shù)和沖擊路徑進行激光沖擊； (4)測定擠壓模具關(guān)鍵部位表面經(jīng)激光沖擊后的尺寸變化量； (5)根據(jù)尺寸變化量設(shè)計新的擠壓模具關(guān)鍵部位尺寸； (6)對新的擠壓模具關(guān)鍵部位激光沖擊，所述激光沖擊參數(shù)和沖擊路徑與步驟(3)中相同，最終得到目標擠壓模具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擠壓模具關(guān)鍵部位的激光沖擊方法，其特征在于，所述擠壓模具為擠壓凸?；驍D壓凹模。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種擠壓模具關(guān)鍵部位的激光沖擊方法，其特征在于，所述擠壓凸模的材料為Hl3。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種擠壓模具關(guān)鍵部位的激光沖擊方法，其特征在于，所述擠壓凹模的材料為W18Cr4V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擠壓模具關(guān)鍵部位的激光沖擊方法，其特征在于，步驟(3)中所述激光沖擊參數(shù)為波長1054nm，脈沖能量10?30J，脈寬1ns?23ns，搭接率50%?60%，光斑直徑4mm?6mm，沖擊次數(shù)2?3次，約束層為0.3mm?Imm的水流層，吸收層為0.2mm?0.5mm的黑漆，激光掃描速度0.002m/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擠壓模具關(guān)鍵部位的激光沖擊方法，其特征在于，步驟(5)中所述新的擠壓模具為擠壓凸模，其關(guān)鍵部位尺寸Dl和原有關(guān)鍵部位尺寸D的關(guān)系為Dl = D+m，其中，m為激光沖擊后擠壓凸模關(guān)鍵部位表面的尺寸變化量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擠壓模具關(guān)鍵部位的激光沖擊方法，其特征在于，步驟(5)中所述新的擠壓模具為擠壓凹模，其關(guān)鍵部位尺寸D2和原有關(guān)鍵部位尺寸D3的關(guān)系為D2 = D3-ml，其中，ml為激光沖擊后擠壓凹模關(guān)鍵部位表面的尺寸變化量。
【專利摘要】本發(fā)明屬于模具表面改性技術(shù)，尤其涉及一種擠壓模具關(guān)鍵部位的激光沖擊方法，步驟如下：首先對擠壓模具進行淬火、回火熱處理；通過對擠壓模具工作時受力受熱以及摩擦磨損的分析，得到擠壓模具容易產(chǎn)生裂紋源以及容易發(fā)生磨損失效的擠壓模具關(guān)鍵部位；由關(guān)鍵部位的位置和輪廓形狀選擇激光沖擊參數(shù)和沖擊路徑進行激光沖擊；激光沖擊完成后，測定關(guān)鍵部位表面尺寸變化量；由尺寸變化量設(shè)計新的關(guān)鍵部位尺寸；對新的擠壓模具關(guān)鍵部位再次激光沖擊，最終得到目標擠壓模具。采用本發(fā)明所述激光沖擊方法，使擠壓模具關(guān)鍵部位提高抗應(yīng)力腐蝕、抗疲勞及抗磨損性能的同時，也滿足模具的制作要求；提高了擠壓模具的使用壽命和生產(chǎn)效率。
【IPC分類】C21D1-09
【公開號】CN104673973
【申請?zhí)枴緾N201510070799
【發(fā)明人】王勻, 杜金星, 于浩, 許楨英, 殷蘇民, 柏云, 王建杰, 李超
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月10日