[发明专利]汽车LED前照灯模具的激光热力效应强化方法与装置

说明书

技术领域

   本发明涉及材料处理加工以及激光加工应用技术领域，特指一种应用激光热效应和力效应的模具强化方法，尤其适用于汽车LED前照灯模具的强化。

背景技术

模具在现代工业中具有极其重要的作用，它的性质直接决定了产品的质量，随着自动生产线的应用以及加工速度的增加，对模具的质量、精度和使用寿命都提出了更高的要求。

LED (Light Emitting Diode)以其体积小、寿命长、能耗低、耐振动、启动时间快以及环保等优势，已经成为新一代的汽车光源技术的首选。但LED要在汽车前照灯中取代传统光源，并非是一件容易的事情，LED前照灯必须具备大功率、高效率与工作温度在- 40 ℃～125 ℃的高可靠性，此外其光学、电学参数必须稳定且具一致性，光强度衰减也不能超过20%。在实现这些功能要求中，其中较难克服的一个部分是LED前照灯模具强化延寿的问题。如何解决模具强化延寿技术，让LED车灯能正常工作，成为设计面临的关键挑战。

在汽车LED前照灯灯罩的生产过程中，模具品质的好坏直接影响到前照灯罩的外观、质量和生产效率，因此要求模具型腔表面光滑、美观。塑料注塑模具的工作条件是十分苛刻的，它工作的温度较高，一般在200 ℃～300 ℃之间，模具承受交变的热应力作用，容易产生疲劳裂纹，塑料在模具型腔中塑性变时，沿型腔表面既有流动又有滑动，使型腔表面与塑料之间产生剧烈的摩擦，易在模具表面产生磨损和侵蚀，因此要求塑料模具具有良好的耐热性，耐磨性和耐腐蚀性，以及高的硬度和长的疲劳寿命。

目前，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，激光淬火以工件变形小，易于实现自动化等优点在模具工业中得到应用。但像模具这样需要大范围淬火的，由于要多道搭接扫描，相邻硬化带搭接处存在回火软化带，回火效应造成硬度下降或硬度不足，导致模具表面硬度分布不均匀，极易萌生疲劳裂纹，淬火质量难以保证。再加上模具原有的缺陷如疲劳裂纹、气孔、组织疏松等对激光淬火处理有一定程度的影响，这些缺陷的存在很容易导致经激光相变硬化处理后材料表面裂纹的扩张，严重影响了模具的硬度和寿命，抑制了产品的产品质量和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用激光热效应和力效应的模具强化方法与装置，克服并弥补原有一些技术的不足。本发明结合激光热力效应对LED汽车前照灯模具进行强化处理，设计的模具强化装置能实现激光热效应及力效应强化，其强化方法是先利用激光热效应对模具表面进行淬火强化，再利用激光力效应对模具表面进行冲击强化，热力效应的综合作用将有效填补原先单一方法的缺陷，解决长期困扰汽车前照灯模具的强化延寿问题。

实施该方法的装置包括计算机，数字控制器，激光控制器，高功率脉冲激光器，导光系统，光斑大小调节装置，冲击头转换装置，冲击头A（用于力效应强化）和冲击头B（用于热效应强化），预处理层（利用热效应时为SiO2吸光涂料，利用力效应时为约束层和吸收层），工件夹具系统和控制系统。导光系统包括导光管、45°全反镜、冲击头A和冲击头B以及光斑大小调节装置。光斑大小调节装置位于45°全反镜与冲击头转换装置之间，与数字控制器相连，45°全反镜在光斑大小调节装置上面，冲击头转换装置在光斑大小调节装置下面，冲击头A和冲击头B分别位于冲击头转换装置的左面和下面，并和冲击头转换装置构成一个整体，冲击头转换装置用于转换冲击头A和冲击头B的工作位置。工作透镜A和工作透镜B分别位于冲击头A内和冲击头B内，导光管把高功率脉冲激光器、45°全反镜、光斑大小调节装置和冲击头转换装置串联起来，其一端连接着高功率激光器，一端连接着冲击头转换装置，冲击头B位于工件夹具系统上面。工件夹具系统包括五轴联动工作台、模具、夹头A和夹头B，模具通过夹头A和夹头B固定在五轴联动工作台。控制系统包括计算机、数字控制器和激光控制器，计算机通过数字控制器分别控制激光控制器、光斑大小调节装置和五轴联动工作台，激光控制器控制激光器。

本发明的具体实施过程如下：

A、将汽车LED前照灯模具放在五轴联动工作台上，将其定位好后用夹具装置夹紧。

B、用酒精去油去污溶剂去除模具表面油污和锈以便于均匀喷涂吸光材料。

C、用喷枪或刷子将SiO2吸光涂料均匀的涂在模具表面上，以提高金属表面对激光的吸收率。