專利名稱：一種拉深模激光表面改質(zhì)改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬塑性成形模具領(lǐng)域，尤其是指在模具成型工作表面進(jìn)行激光表面改形 改性的方法。
背景技術(shù)：
模具是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的重要工藝裝備，是降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和適應(yīng)規(guī)模 生產(chǎn)的基礎(chǔ)和保證。為了提高生產(chǎn)效率和材料利用率，減少零件加工環(huán)節(jié)，對模具提出了 向高精度和長壽命發(fā)展的要求。其中提高模具使用壽命是模具工業(yè)發(fā)展中的重中之重，利 用現(xiàn)代高新技術(shù)手段制備高性能的新型模具，延長模具服役時(shí)間，避免發(fā)生過早失效，減 少不必要的損失，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
拉深模主要用于軟質(zhì)板材拉深成形。通過分析模具工作的環(huán)境因素，發(fā)現(xiàn)其主要失效 形式是模具表面的磨損和零件與模具表面的粘附。拉深模表面與被加工零件相互摩擦，引 起表面磨損，隨著磨損量加大，模腔表面的粗糙度值也將變大，需重新修整才能繼續(xù)使用。 反復(fù)的磨損和修整導(dǎo)致拉深模尺寸超差而不能使用的狀況屬于磨損失效。當(dāng)被加工零件在 壓力作用下與模具表面接觸時(shí)，在微觀上首先是表面各凸峰的接觸，其實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn) 小于名義接觸面積，因而，某些接觸點(diǎn)的實(shí)際比壓很大，產(chǎn)生擠壓塑性變形，并使接觸點(diǎn) 處的潤滑油膜和氧化膜被擠破，造成金屬間的直接接觸而發(fā)生粘附，使得零件難以脫模。 小塊坯料金屬粘結(jié)在模具表面形成堅(jiān)硬的瘤狀物，并在零件表面產(chǎn)生劃痕、擦傷及粘結(jié)點(diǎn) 被撕裂的痕跡；對于較薄部件因粘附，使其脫離時(shí)往往造成部件的變形，構(gòu)成了粘附失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種可以同時(shí)提高拉深模表面耐磨性、降低模具與零件之間粘 附從而提高拉深模使用壽命和零件脫模性的拉深模激光表面改質(zhì)改性方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是采用激光加工設(shè)備，驅(qū)動(dòng)脈沖激光器，使脈沖激光照射拉 深模工作表面；拉深模工作表面沿脈沖激光運(yùn)動(dòng)，吹輔助氣體；在拉深模工作表面形成由 凹坑和坑邊凸臺組成的微球冠狀單元體，該微球冠狀單元體與拉深模工作表面的高度差為
2.86~3.58mhi,且連續(xù)均勻分布在拉深模工作表面。
所述凹坑與拉深模工作表面高度差為2.15 2.69pm，所述微球冠狀單元體的直徑為 210~280pm,相鄰兩微球冠狀單元體間距為300~500pm。
3本發(fā)明的有益效果是
1、 采用激光表面改形改性技術(shù)，在拉深模表面制造出微凹坑和微凸臺的微觀形貌分 布，微形貌重復(fù)性好，且加工過程無污染。
2、 可根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)形貌，通過調(diào)整激光工藝參數(shù)精確控制。
3、 經(jīng)激光改形處理后，拉深模工作表面表層材料微觀上硬化，從而顯著提高拉深模 表面的耐磨性。
4、 經(jīng)激光改形處理后，拉深模表面形成的微凹坑起到儲存潤滑油和收集磨粒的作用， 從而改善了模具表面潤滑狀況減少粘附，提高拉深模的脫模性能和改善拉深模綜合使用性 能。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。 圖l是拉深模結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是拉深模表面形成的微球冠狀單元體尺寸及二維形貌放大示意圖。
圖中l(wèi).凸模；2.壓邊圈；3.工件；4.凹模；5.凹坑；6.凸臺；7.凸肩；h,.凸臺高度；h2. 凹坑深度；B.微球冠狀單元體直徑；D.相鄰兩微球冠狀單元體間距。
具體實(shí)施例方式
如圖l，拉深模由凹模4、凸模1和壓邊圈2三部分組成，工件3位于凹模4和凸模1 之間。本發(fā)明的實(shí)施步驟為
一、 選取激光加工設(shè)備。激光加工設(shè)備選用摻釹釔鋁石榴石激光器，(即Nd: YAG脈 沖激光器)，其基本參數(shù)為最大平均功率為500W,脈沖寬度為0.5~9ms，脈沖頻率范圍 為1 廳Hz。
二、 選取拉深?；w。拉深模材料為高碳鉻軸承鋼，即GCrl5.。
三、 驅(qū)動(dòng)激光器，調(diào)整激光功率密度為104~106W/cm2、脈沖寬度、脈沖頻率等激光參 數(shù)，使高能量密度和高重復(fù)頻率的脈沖激光照射拉深模工作表面，同時(shí)拉深模工作表面沿 激光脈沖運(yùn)動(dòng)，并吹輔助氣體(如氮?dú)?、氧氣?，從而在拉深模工作表面形成極高硬度
(800 1100Hv)、均勻分布的由凹坑5和坑邊凸臺6組成的微球冠狀單元體，如圖2所示。 該微球冠狀單元體的形貌為球冠狀凹坑和凸包。毛化后所形成的微球冠狀單元體表面形成 硬度很高的熔融層，熔融層在板料成形時(shí)起到耐磨和承受載荷的作用。
經(jīng)激光表面改形改性處理后，拉深模表面形成的微球冠狀單元體的幾何參數(shù)為凸
臺6高度為h =2.86~3.58拜，即凸肩7到拉深模表面的縱向距離。凹坑5深度h2為
42.15~2.69pm，即凹坑5最底部到拉深模表面的縱向距離。微球冠狀單元體直徑B為
210~280^im ，相鄰兩微球冠狀單元體間距D為300~500fim 。通過控制脈沖激光器的激光
參數(shù)，可實(shí)施不同形貌方案的激光表面改形改性處理。
使用這種激光表面改形改性拉深模進(jìn)行板料塑性成形時(shí)，在模具表面添加潤滑油， 隨著凸模逐漸深入凹模，潤滑油在巨大壓力下儲存在微球冠狀單元體的凹坑5內(nèi)以形成混 合摩擦，從而降低兩表面間的摩擦系數(shù)。
拉深模經(jīng)上述處理后，顯著提高了拉深模表面耐磨性，使板料成形時(shí)的流動(dòng)性增強(qiáng)， 通過提高拉深模關(guān)鍵部位的壽命，由等壽命設(shè)計(jì)可知，可顯著提高拉深模的經(jīng)濟(jì)性。
權(quán)利要求
1、一種拉深模激光表面改質(zhì)改性方法，其特征在于采用如下步驟1)采用激光加工設(shè)備，驅(qū)動(dòng)脈沖激光器，使脈沖激光照射拉深模工作表面；2)拉深模工作表面沿脈沖激光運(yùn)動(dòng)，吹輔助氣體；3)在拉深模工作表面形成由凹坑(5)和坑邊凸臺(6)組成的微球冠狀單元體，該微球冠狀單元體與拉深模工作表面的高度差(h1)為2.86～3.58μm，且連續(xù)均勻分布在拉深模工作表面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拉深模激光表面改質(zhì)改性方法，其特征在于所述凹 坑(5)與拉深模工作表面高度差(h2)為2.15 2.69jLim，所述微球冠狀單元體的直徑(B)為210 280拜，相鄰兩微球冠狀單元體間距(D)為300 500nm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拉深模激光表面改質(zhì)改性方法，其特征在于所述脈 沖激光器最大平均功率為500W，激光功率密度為104~106W/cm2，脈沖寬度為0.5~9ms， 脈沖頻率范圍為l~100Hz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拉深模激光表面改質(zhì)改性方法，采用激光加工設(shè)備，驅(qū)動(dòng)脈沖激光器，使脈沖激光照射拉深模工作表面；拉深模工作表面沿脈沖激光運(yùn)動(dòng)，吹輔助氣體；在拉深模工作表面形成由凹坑和坑邊凸臺組成的微球冠狀單元體，該微球冠狀單元體與拉深模工作表面的高度差為2.86～3.58μm，且連續(xù)均勻分布在拉深模工作表面。凹坑與拉深模工作表面高度差為2.15～2.69μm，微球冠狀單元體的直徑為210～280μm，相鄰兩微球冠狀單元體間距為300～500μm。本發(fā)明采用激光表面改形改性技術(shù)，在拉深模表面制造出微凹坑和微凸臺的微觀形貌分布，加工過程無污染，能顯著提高拉深模表面的耐磨性和脫模性能。
文檔編號C21D1/09GK101537537SQ20091002947
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者范彬彬, 郭嘯棟, 駱志高 申請人:江蘇大學(xué)