无需预热的汽车模具的激光修复工艺

摘要

本发明涉及一种汽车模具的激光修复工艺，包括以下步骤：A.对模具表面进行处理，对模具进行检测分析；B.对模具进行低温加热；C.根据模具的检测分析结果，对模具磨损部位的型腔进行编程，制定工艺参数，依次对模具的边角处、模具上的平面部位和模具上的台阶部位进行激光熔覆；所采用的合金粉末的组分及重量百分比含量是C≤0.1%，Cr：10%至13%，B：1.5%至2.5%，Si：1%至2%，Mo：0.5%至1.2%，Mn：8%至12%，W：6%至12%，TiO

说明书

本申请是分案申请，原申请的申请号：201210248963.4，申请日：2012-07-18，发明创造名称《汽车模具的激光修复工艺》。

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆方法，尤其是一种模具表面的激光熔覆修复方法。

背景技术

汽车模具是冲制汽车车身冲压件的模具的总称，例如：顶盖翻边模、横梁加强板压形模等，汽车模具在汽车制造工业中发挥着非常重要的作用。近年来，随着国内汽车制造工业的飞速发展，我国的汽车模具行业发展十分迅速，取得了很大的进步，但是与国外汽车模具制造先进水平相比，仍存在明显差距。由于汽车模具制造在技术要求及产品质量上的要求越来越高，在技术要求更加严格的外资企业的强有力的竞争下，国内的汽车模具制造业所面临的压力也与日俱增。目前，模具精度差、寿命短、开发周期长是国产汽车模具的致命伤。国产汽车模具在制作过程存在错误加工的情况，在使用过程中会产生不同程度的磨损，模具的报废率高达30%，造成了巨大的浪费，导致国产汽车模具在市场上竞争力不足。质量就是企业的生命，模具的质量直接关系到企业竞争的砝码。针对这种情况，目前的大多数企业采用普通堆焊处理来对汽车模具进行修复，但由于模具材料大都是高碳合金钢或铸钢，普通堆焊会给模具带来变形量大、硬度不足、易开裂等缺点，严重影响模具的使用精度，造成所生产的产品质量下降。

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。如何将激光熔覆技术有效的应用于汽车模具修复，是本领域的技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种对模具表面进行激光熔覆，使其表面硬度和磨损部位的尺寸达到使用要求的汽车模具的激光修复工艺。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种汽车模具的激光修复工艺，其特征在于，包括以下步骤：

A.对模具表面进行处理，对模具进行检测分析；

B.对模具进行低温加热，去除模具基体表面的水汽和油气；

C.根据模具的检测分析结果，对模具磨损部位的型腔进行编程，制定工艺参数，依次对模具的边角处、模具上的平面部位和模具上的台阶部位进行激光熔覆，在激光熔覆过程中对模具进行振动时效处理；

D.进行检测。

为了使得熔覆层具有更高的硬度和耐磨性，并且焊接性能更好，一种优选的技术方案是：上述步骤C中所采用的合金粉末的组分及重量百分比含量是C≤0.1%，Cr：10%至13%，B：1.5%至2.5%，Si：1%至2%，Mo：0.5%至1.2%，Mn：8%至12%，W：6%至12%，TiO₂：5%至15%，其余为Fe。该激光修复工艺采用的合金粉末严格控制了C的含量，使其不大于0.1%，有利于提高熔覆层的润湿性，防止在熔覆过程中产生裂纹和气孔；同时合金粉末中通过添加适量的B、Si使合金在凝固后形成以奥氏体为主的基体，利用适量的Cr、Mo元素对铁基合金进行基本的合金强化，另外还添加了适量的Mn、W、TiO₂对铁基合金进行更进一步的合金强化，即使C含量较低，熔覆层的硬度也能达到55HRC以上，充分满足了模具使用的硬度要求，并具有很高的耐磨性。

为了保证熔覆层的性能，更好的消除堆焊应力，一种优选的技术方案是：上述步骤C中采用预置送粉的方式，以快速横流二氧化碳激光器为光源对模具进行连续搭接扫描；激光功率为1500W至1900W，标高为260mm至275mm，光斑尺寸为10mm×1.8mm，扫描速度为110mm/min至140mm/min，搭接量为6.5mm，送粉量为12g/min至18g/min。该激光修复工艺采用宽带激光束，效率更高；采用预置送粉的方式，严格控制送粉量，并对激光功率、扫描速度、搭接量等进行了优化，使得模具变形量小，熔覆层与模具磨损部位的基体的熔合率高、结合紧密，熔覆层的组织均匀性好、厚度和硬度均匀。

为了更好的去除汽车模具基体表面的水汽和油气，一种优选的技术方案是：上述步骤B中的加热温度为80℃至150℃。

为了使得待修复的汽车模具在激光熔覆的过程中修复成功，并且获得更好的修复效果，一种优选的技术方案是：上述步骤A是将模具上的灰尘、油污、锈蚀清除；记录模具原先的使用条件、硬度和力学性能参数；检测模具各部位的尺寸，确定磨损部位及其磨损量；去除磨损部位的直角，去除磨损部位的疲劳层，并进行清洗。

为了保证修复后的汽车模具的质量，一种优选的技术方案是：上述步骤D是检测模具表面硬度；检测模具变形量；对模具表面进行机械加工；进行渗透探伤、校验。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明的汽车模具的激光修复工艺中在模具激光熔覆之前和激光熔覆过程中不需要整体或局部加热。该工艺只需要在激光熔覆前进行低温加热用以去除模具基体表面的水汽和油气；接着，通过先边角，后平面，再台阶直角的激光熔覆顺序避免热量集中产生热应力；在激光熔覆过程中，通过振动时效消除焊接时的应力。该工艺无需预热和退火不会影响模具的力学性能，不会使得模具产生变形，有利于进一步提高模具的硬度和耐磨性。

具体实施方式

（实施例1）

本实施例的汽车模具的激光修复工艺的具体步骤如下：

A.对待修复的模具表面进行处理，对模具进行检测分析。

将上的灰尘、油污、锈蚀等清除；记录模具原先的使用条件、硬度和力学性能参数；检测模具各部位的尺寸，确定磨损部位及其磨损量；通过打磨去除磨损部位的直角，去除磨损部位的疲劳层，并进行清洗。

B.对模具进行低温加热，加热温度为100℃，用以去除模具基体表面的水汽和油气。

C.根据模具的检测分析结果，对模具磨损部位的型腔进行编程（编程可使用西门子公司的数控加工仿真系统），制定工艺参数，先对模具的边角处进行激光熔覆，然后对模具上的平面部位进行激光熔覆，再对模具上的台阶部位进行激光熔覆。在激光熔覆过程中，不停地用铜棒均匀敲击模具合金熔覆层，使得模具振动从而消除焊接应力。

采用预置送粉的方式，以快速横流二氧化碳激光器为光源对模具进行连续搭接扫描。激光功率为1700W，标高（即激光器离作用物之间的距离，标高=焦距+离焦量）为270mm，光斑尺寸为10mm×1.8mm，扫描速度为120mm/min，搭接量为6.5mm，送粉量为15g/min。所采用的合金粉末的组分及重量百分比含量是C：0.08%，Cr：11%，B：2%，Si：1.5%，Mo：1%，Mn：10%，W：8%，TiO₂：10%，其余为Fe。

D.修复结束后，进行检测。

检测表面硬度；检测变形量；按照图纸的要求对模具表面进行机械加工；进行渗透探伤，检测是否有气孔、夹渣、裂痕等影响模具机械性能的缺陷；进行校验，检验质量是否合格。

经该工艺修复后的汽车模具表面的硬度平均值为57.2HRC，所有检测点中硬度值最低处的表面硬度为55.9HRC。

（实施例2）

本实施例的汽车模具的激光修复工艺的其余部分与实施例1相同，不同之处在于：

所采用的合金粉末的组分及重量百分比含量是C：0.08%，Cr：15%，B：1.5%，Si：1%，Mo：0.5%，Mn：8%，W：6%，TiO₂：8%，其余为Fe。

经该工艺修复后的汽车模具表面的硬度平均值为56.5HRC，所有检测点中硬度值最低处的表面硬度为55.2HRC。

（实施例3）

本实施例的汽车模具的激光修复工艺的其余部分与实施例1相同，不同之处在于：

所采用的合金粉末的组分及重量百分比含量是C：0.1%，Cr：13%，B：2.5%，Si：2%，Mo：1.2%，Mn：12%，W：12%，TiO₂：15%，其余为Fe。

经该工艺修复后的汽车模具表面的硬度平均值为57.8HRC，所有检测点中硬度值最低处的表面硬度为56.3HRC。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。