[发明专利]一种模具损伤部位的激光熔覆与机械喷丸交错再制造方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工领域，具体涉及一种模具损伤部位的激光熔覆与机械喷丸交错再制造方法，特别适用于汽车传动系统挤压模具的表面再制造修复。

背景技术

激光熔覆是一种新型表面改性技术，通过在集采表面添加熔覆材料，并利用高能激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基材表面形成与其冶金结合的添料熔覆层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、抗氧化以及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的。

机械喷丸是提高金属材料抗疲劳能力极其有效地方法。弹丸反复撞击金属表面形成塑性变形层，可以均化表层组织结构、细化晶粒，消除部分微裂纹、气孔等显微组织缺陷，并且诱导残余应力来预防金属内部的应力腐蚀。

汽车模具工业一直增长快速，其巨大的发展潜力为汽车模具工业带来了更加广阔的发展空间。汽车模具在服役过程中即受到大小与方向复杂的力的作用，又受到冷热交替变化的影响，工作条件复杂，不可避免地会出现磨损，疲劳，小裂纹，甚至断裂等失效形式，特别是一些进口模具因局部的损伤而报废，需要重新制造模具，既增加了成本又浪费时间，因此，模具的再制造技术显得尤为重要。目前在模具修复中常用的表面技术有堆焊修复技术、热喷焊修复技术、电刷镀修复技术、电火花修复技术和激光熔覆修复技术等。其中采用激光熔覆技术修复模具，可使修复后的模具具有相对优异的表面硬度，耐磨性、抗冷热疲劳等性能。

虽然激光熔覆有其优势，但仍然存在残余拉应力和冶金缺陷这两个问题。。然而研究表明，机械喷丸可以在激光熔覆层诱导一定深度残余压应力层来有效消除其拉应力，并且细化晶粒来消除部分冶金缺陷。因此，在针对模具损伤部位的激光熔覆过程中，引入机械喷丸能够有效提高再制造的高效及高质量，并且甚至能够完成超过原基材性能的高性能修复。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种模具损伤部位的激光熔覆与机械喷丸交错再制造方法，其特征在于：该方法根据受损模具的裂纹或损伤的区域及深度，对其缺陷部位铣削至一定深度后并进行机械喷丸预处理，然后从铣槽底部进行给定熔覆层厚度的激光熔覆，随后在熔覆层表面进行机械喷丸。如此逐层进行激光熔覆与机械喷丸的交错再制造，直至熔覆层表面高出原来模具表面，最后再采用铣削加工将损伤修复区域恢复至原来尺寸。本发明利用机械喷丸对激光熔覆层进行逐层组合处理，使每层熔覆层都产生塑性变形，有效减少其内部缺陷，并使各熔覆层的性能得到提升，因此使修复区在深度方向上结构与性能更均匀，从而实现受损模具的高效高质量再制造。

其具体步骤为：

(1)利用超声检测仪确定所需修复模具表面裂纹或磨损的区域S及最大深度H；

(2)根据机械喷丸的具体工艺参数所能达到的影响深度h’，从而确定单次激光熔覆层的厚度h，其中h’-0.1mm≤h<h’；

(3)根据步骤(1)所确定的缺陷最大区域，对该区域进行深度为H+m的铣削加工。其中0.5mm≤m≤0.8mm；

(4)对铣削底面进行机械喷丸预处理；

(5)根据铣削深度H+m和单次激光熔覆层的厚度h确定熔覆层总数N。其中N为整数；

(6)从铣削底面进行第一层激光熔覆，在铣削后的基材表面预置一层熔覆粉末，使用光纤激光器对其进行激光熔覆，使其厚度为h，视为熔覆层1；激光熔覆工艺参数范围如下：激光功率400-1800W、扫描速度4-9mm/s、光斑直径1-3mm、搭接率30-50％、保护气Ar 3-5L/min；

(7)待熔覆层1凝固成型后，在熔覆层1表面进行机械喷丸；机械喷丸工艺参数如下：使用气喷机与铸钢丸S110喷料，按HB/Z-1992航空工业标准对熔覆层喷丸处理，喷料直径0.25mm、喷丸强度0.6A、喷丸覆盖率100％；

(8)如此重复步骤(6)和(7)，直到激光熔覆层完全填满铣槽并高出原来模具表面，从而完成第N层即最后一层激光熔覆层的机械喷丸，之后采用铣削加工法将再制造后模具的损伤区域恢复至原来尺寸，其平面度小于等于0.02mm。

本发明有益效果：本发明利用机械喷丸对激光熔覆层进行逐层组合处理，使每层熔覆层都产生塑性变形，有效减少其内部缺陷，并使各熔覆层的性能得到提升，因此使修复区在深度方向上结构与性能更均匀，从而实现受损模具的高效高质量再制造。

附图说明

图1为本发明所述的激光熔覆与机械喷丸交错再制造方法示意图。

图2为本发明所述的激光熔覆与机械喷丸交错再制造方法示的操作步骤流程图。

图3为淬火后Cr12模具钢摩擦磨损测试后的SEM表面微观形貌。