[发明专利]根据成分与工况制备耦合仿生表面的方法及热镦模具

说明书

本发明涉及一种热镦模具表面制备耦合仿生单元的方法及热镦模具，该方法如下：采用激光熔凝方法，根据热镦模具的成分确定制备仿生单元体的激光加工能量密度，在热镦模具表面形成仿生单元体；在合金元素总量为4.0‑7.0(wt％)、7.0‑10.0(wt％)的热镦模具分别采用激光加工能量密度为4.23‑10.71J/mm²、6.63‑16.27J/mm²的激光束加工仿生单元体。本发明综合考虑热镦模具成分和具体工况采用激光技术在热镦模具上制备耦合仿生表面，从而获得不同的性能。与母体材料的光滑表面回转体热镦模具相比，使用寿命提升了0.6‑2倍。

技术领域

本发明属于热镦模具表面强化领域，涉及一种采用激光技术针对热镦模具成分和具体工况制备耦合仿生表面的方法及其热镦模具。

背景技术

模具是工业生产中一种重要的工艺装备，尤其是在汽车、机械、家电和军工产业中，60％以上的零件是由模具加工成型的。高精度、高寿命模具生产越来越受到重视。降低模具制造成本，提高模具使用寿命,简化模具生产工序和制造周期已成为制造业急需解决的重大技术难题。

仿生学是运用从生物界发现的机理与规律来解决人类需求的一门综合性的交叉学科，它是研究生物系统的结构、形状、功能、能量转换、信息控制等各种优异的特性，并把它们应用到工程技术系统中，改善已有的工程技术，为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。激光融凝处理是典型的快速加热和快速凝固过程。模具钢在高速冷却结晶后，可以提高碳化物的弥散度，改善合金元素及碳化物分布，因而表面硬度和热稳定性都有提高，改善了材料表面的耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性，可延长模具的寿命。在众多旨在提高模具寿命的技术方法中，激光仿生强化是从仿生角度出发，通过研究耐磨损生物原型，将生物耐磨损的表面模型通过将仿生思想与激光熔凝方法结合应用到热镦模具表面，可以显著提高模具的耐磨性和热疲劳性，从而提高模具寿命。

热镦模具作为一类在高温下进行压力加工的模具，在工作时，承受着很大压力和冲击力，模具加工表面与高温金属接触局部温度很高，炙热金属被强制变形时，与模具型腔表面摩擦，模具极易磨损。在不同的工况下，对模具的使用寿命有不同的要求。目前国内针对提高热镦模具耐磨性的工艺方法尚少。大多采用渗碳或者渗氮处理，成本高，不但不能根据不同工作表面针对性的强化，而且也不能根据具体使用需求对模具使用寿命差异性的提升。所以寻找一种针对性强且满足不同使用需求的有效提高热镦模具耐磨性的从而提高使用寿命的方法，是企业急需解决的技术问题，具有重要的实际意义。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种热镦模具表面制备耦合仿生单元的方法，该方法根据热镦模具成分确定制备耦合仿生单元体的激光加工能量密度，使得热镦模具能够有效抵抗磨损。

为了解决上述技术问题，本发明的热镦模具表面制备耦合仿生单元的方法如下：采用激光熔凝方法，根据热镦模具的成分确定制备仿生单元体的激光加工能量密度，用激光束在热镦模具表面进行扫描，使得其表面熔化并快速凝固，在其表面形成仿生单元体；在碳含量为0.33-0.55(wt％)、合金元素总量为4.0-7.0(wt％)的热镦模具上加工仿生单元体采用激光加工能量密度为4.23-10.71J/mm²；在碳含量为0.33-0.55(wt％)、合金元素总量为7.0-10.0(wt％)的热镦模具上加工仿生单元体采用激光加工能量密度为6.63-16.27J/mm²。

碳含量为0.33-0.55(wt％)、合金元素总量为4.0-7.0(wt％)的热镦模具上加工的仿生单元体，其硬度为470-720HV，粗糙度Ra为5000-10000nm。

碳含量为0.33-0.55(wt％)、合金元素总量为7.0-10.0(wt％)的热镦模具上加工的仿生单元体，其硬度为560-750HV，粗糙度Ra为4000-8000nm。