[发明专利]一种光内同轴送丝辅助激光熔注模具表面耦合仿生修复方法

说明书

技术领域

 本发明属于金属材料加工领域。

背景技术

模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60%~80%的零部件都要依靠模具成形。以宁波为例，宁波被授予“中国模具之都”，宁波模具企业近年来发展迅速，铸造模已占全国的60%以上，压铸模占40%以上，粉末冶金模占25%以上，塑料模占全国16%。到2012年底，仅余姚、慈溪、宁海、北仑、象山等宁波市五大主要模具加工区域模具加工的企业超过10000家，从业人员达50万余人，模具产值达到320亿元，商品模突破100亿元，其中模具出口30亿元，五年平均增长率超过25％。虽然我国模具生产发展很快，但与国外先进水平相比还有很大差距，主要表现在制造周期长、制造精度低、模具寿命短等方面，其中模具寿命短的问题尤为突出。如国内普通压铸模具寿命一般为3-10万模次，国外可达到10-35万模次，对于那些要求保留压铸表面的制品，模具寿命有时仅有1-2万模次。模具寿命短直接导致资源浪费和生产成本的上升，因此，开展模具修复再造理论和方法的研究，延长模具使用寿命，具有重要的现实意义。如果通过模具修复再造提高模具寿命20%以上，不仅会给企业带来巨大经济效益，还可以优化资源配置，节约贵重金属材料，降低能源消耗，具有显著的社会效益。

自然界生物在优胜劣汰的生存环境，形成了能以最小材料和能源消耗获得最佳功能的最优结构，生物的这种结构是由材料、表面形态、结构多因素耦合形成的，依据相似性原理，在模具修复表面模仿形成这样的结构也可以获得优良的性能。

发明内容

本发明提供一种光内同轴送丝辅助激光熔注模具表面耦合仿生修复方法，在模具失效表面利用光内同轴送丝辅助激光熔注加工的方法，对表面进行耦合仿生修复再造。所述对表面进行耦合仿生修复再造包括从仿生和减小应力应变双重角度，根据模具表面磨损、热疲劳裂纹及其周围有失效倾向区域特征进行归一化分类，设计光内同轴送丝辅助激光熔注模具表面耦合仿生修复再造模型。所述采用激光光内同轴送丝方式，送丝速度为1.0~20m/min，送丝速度误差小于5%，焊丝直径为0.1~1.6mm。所述激光熔注采用后侧熔注陶瓷颗粒，送粉速度1～200 mg/s，颗粒尺寸为10nm～1.0mm，在仿生单元体中陶瓷的体积分数为10%～50%，熔注层厚度0.01～2.0mm。所述陶瓷包括TiC、WC和SiC。所述耦合仿生修复是按模具表面耦合仿生修复再造模型，在模具表面激光熔注陶瓷颗粒而成仿生结构体，条形仿生单元体宽度W1为0.05～4.0mm，条形仿生单元体深度L1为0.1～3.0mm，圆形仿生单元体间距W2为0.5～10.0mm，圆形仿生单元体深度L2为0.1～3.0mm， 圆形仿生单元体直径d为0.05～4.0mm，条形仿生单元体曲度θ为10～180度。

附图说明

图1模具表面仿生修复系统结构框图

图2 光内同轴送丝辅助激光熔注制备多尺度陶瓷复合材料层示意图

图3模具修复表面耦合仿生结构体示意图

其中： W1条形仿生单元体宽度   L1条形仿生单元体深度  W2圆形仿生单元体间距  L2圆形仿生单元体深度  d圆形仿生单元体直径  θ条形仿生单元体曲度。

具体实施方式

本发明突破了传统模具修复概念，从仿生和减小应力应变双重角度，对模具表面磨损、裂纹及其附近有失效倾向区域进行联合修复再造。光内同轴送丝辅助激光熔注模具表面仿生修复系统如图1所示，下面分别详细说明。

模具表面仿生修复失效区域特征归一化模型：根据模具表面温度场、速度场、压力场及其多循环变化曲线，建立热作模具型芯、型腔的等效应力场，结合典型热作模具待修复失效区域几何特征，建立等效应力场与模具修复失效区域几何特征的关联模型，对热作模具待修复表面失效区域几何特征进行预测。结合预测失效区域不同几何特征，以模具待修复表面形态、材料、结构为研究对象，从模具表面仿生修复角度，对模具表面磨损、热疲劳裂纹及其周围有失效倾向区域特征进行归一化处理，设计模具表面仿生修复失效区域特征归一化模型。