模具制造中激光表面硬化技術(shù)應(yīng)用研究

  利用激光表面處理技術(shù)能使低等級(jí)材料實(shí)現(xiàn)高性能表面改性,達(dá)到零件制造低成本與工作表面高性能的最佳組合,具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。激光硬化依靠材料基體的熱傳導(dǎo)進(jìn)行自冷淬火,無須冷卻介質(zhì)和相關(guān)配套裝置,成本低,且對(duì)環(huán)境無污染。激光表面硬化處理后的零件表面硬度比常規(guī)淬火硬度提高 15% ~20%,硬化層深度通常為 0.3~0.5 mm,若采用更大功率的激光器,可達(dá) 1 mm。激光硬化的熱影響區(qū)小,淬火應(yīng)力及變形小,后續(xù)加工余量小,甚至有些工件經(jīng)激光處理后可直接使用。激光束的能量可連續(xù)調(diào)整,并且沒有慣性,配合數(shù)控系統(tǒng),可以對(duì)形狀復(fù)雜的零件和其它常規(guī)方法難以處理的零件進(jìn)行局部硬化處理,也可以在零件的不同部位進(jìn)行不同的激光硬化處理。正因?yàn)榧す獗砻嫣幚淼纳鲜鎏攸c(diǎn),它特別適用于常規(guī)硬化處理(如滲碳和碳氮共滲淬火、氮化及高中頻感應(yīng)加熱淬火等)所難于實(shí)現(xiàn)的某些零件及其局部位置的表面強(qiáng)化處理,因此在模具制造中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì):可實(shí)現(xiàn)用低檔模具鋼或鑄鐵替代高檔模具鋼;用國產(chǎn)模具鋼替代進(jìn)口模具鋼;可對(duì)模具實(shí)行增強(qiáng)性修復(fù)(再制造工程) ,降低模具制造成本。在模具制造中應(yīng)用激光表面硬化技術(shù),可以集設(shè)計(jì)、材料選擇、制模、檢驗(yàn)、修復(fù)等技術(shù)于一體,大幅度縮短設(shè)計(jì)制造周期,降低生產(chǎn)成本,變革模具制造方式,最終整合提升整個(gè)模具產(chǎn)業(yè)水平。這些優(yōu)點(diǎn)無論在技術(shù)性還是在經(jīng)濟(jì)性及服務(wù)性上,都是現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)所無法比擬的。

  例如,SC6350 微車縱梁前段厚板材拉延模以往一直是采用 Cr12MoV 材料制造,由 12 個(gè)鑲塊組合而成,由于鑲塊制造時(shí)的淬火變形較大,需要進(jìn)行二次加工,因鑲塊“接縫”的影響,使該模具的加工費(fèi)用高、周期長(zhǎng),零件易出現(xiàn)“拉燒”的現(xiàn)象,一直無法解決。對(duì)模具表面進(jìn)行激光淬火處理,由原 Cr12MoV 等材料的 12 個(gè)鑲塊改用球墨鑄鐵 QT600-2 整體鑄造成型,對(duì)型面采用激光強(qiáng)化處理,其硬度達(dá) 58~62HRC,淬火后模具無變形,只需對(duì)表面稍作打磨,即可投入使用。與原制造工藝相比,模具采用激光處理后,材料節(jié)約 40%~60%,加工工時(shí)和刀具費(fèi)用降低 30%,使用壽命大幅提高。特別值得注意的是,厚板材拉延模使零件“拉燒”的技術(shù)難題,在國際上尚無很好的解決辦法,而采用激光表面強(qiáng)化工藝處理,就有效解決了這個(gè)技術(shù)難題,提高了沖壓件的表面質(zhì)量和尺寸精度,達(dá)到厚板材拉延模的使用要求,使得模具設(shè)計(jì)上的材料選擇更加廣泛。

  又如,微車覆蓋沖壓件原使用灰口鑄鐵 HT300,硬度僅有 28~32 HRC。模具使用時(shí)只沖壓幾十件甚至幾件工件就需進(jìn)行修模,嚴(yán)重影響加工進(jìn)度并增加勞動(dòng)強(qiáng)度。經(jīng)激光對(duì)模具型面進(jìn)行淬火強(qiáng)化處理后,硬度可達(dá)58 HRC 以上,大大提高了模具的使用壽命,實(shí)驗(yàn)表明,連續(xù)沖壓 5000 個(gè)沖次后,無須“油光”仍可繼續(xù)沖壓。