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激光强化技术提高模具使用寿命

更新日期:2007-09-17  作者:  来源:光学精密机械网(ChinaOptic.Com.Cn)收集整理

随着我国汽车、家电工业的迅猛发展,对模具工业提出了更高的要求。如何提高模具的加工质量和使用寿命,一直是人们不断探索的课题。采用表面强化处理是提高模具质量和使用寿命的重要途径,它对于改善模具的综合性能、大幅度降低成本、充分发挥传统模具的潜力,具有十分重要的意义。常用的模具表面强化处理工艺有化学热处理(如渗碳、碳氮共渗等)、表面复层处理(如堆焊、热喷涂、电火花表面强化、PVD和CVD等)、表面加工强化处理(如喷丸等)。这些方法大多工艺较为复杂,处理周期较长,处理后存在较大变形。近年来,随着大功率激光器的出现及激光加工技术在工业上的应用日趋广泛、成熟,为模具表面的强化提供了一种新的技术途径。

1 激光表面强化处理方法

激光用于表面处理的方法多,其中包括:激光相变硬化(LTH),激光表面熔化处理(LSM),激光表面涂覆及合金化(LSC/LSA),激光表面化学气相沉积(LCVD),激光物理气相沉积(LPVD),激光冲击(LSH)和激光非晶化等,其中已被研究用于提高模具寿命的方法有激光相变硬化和激光表面熔覆和合金化,本文主要讨论利用激光相变硬化技术提高模具寿命的机理和方法。

激光相变硬化(激光淬火)是利用激光辐照到金属表面,使其表面以很高的升温速度迅速达到相变温度而形成奥氏体,当激光束离开后,利用金属本身热传导而发生“自淬火”,使金属表面发生马氏体转变。与传统淬火方法相比,激光淬火是在急热、急冷过程中进行的,温度梯度高,从而在表面形成了一层硬度极高的特殊淬火组织,如晶粒细化、高位错密度等。其淬火层的硬度比普通淬火的硬度还高15%~20%。淬硬层深度可达0.1~2.5mm,因而可大大提高模具的耐磨性,延长模具的使用寿命。

2 激光强化加工系统的组成

图1为一个具有多轴联动的激光强化加工系统工作原理示意图。它由三部分组成:第一部分为激光器系统,由激光头、激励电源、冷却系统和谐振腔参数变换装置组成;第二部分为光束传输与变换装置,把激光束按加工要求引导到待处理零件表面,同时对激光束进行空间强度分布的变换,以满足对模具表面不同受力部位进行有效的强化处理。光束经变换后即可在模具表面产生所需的强化单元,通过多轴联动的数控系统即可对模具的三维曲面进行可控的、快速和有效的强化处理;第三部分为计算机数控系统,控制激光工作头和数控工作台等多轴运动,其激光束相对于工件的运动轨迹决定了强化的带形状,以实现复杂模具表面的激光强化处理。 字串7

3 激光强化处理工艺

3.1 工件表面预处理涂层

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