[发明专利]一种基于电弧增材与激光熔覆制备热冲压模具镶块的方法

说明书

本发明公开了一种基于电弧增材与激光熔覆制备热冲压模具镶块的方法，包括如下步骤：a、在普通锻钢或铸钢基体上加工出随形冷却水道的下半部分形状；b、将与随形冷却水道形状相对应的铝合金管道压入步骤a所述的下半部分形状处；c、在所述基体和铝合金管道表面上进行过渡层的电弧增材制造；d、将电弧增材完毕后的模具镶块进行高温回火，同时熔化铝合金管道形成随形冷却水道；f、在机加工后的过渡层表面上激光熔覆耐高温磨损的强化层；g、对镶块表面强化层进行机械加工，使其满足模具型腔表面形状和尺寸精度要求。本发明方法解决了随形冷却水道难以加工的问题，延长了模具的寿命，提高了模具的冷却效率，降低了模具制造成本。

技术领域

本发明属于模具制备领域，具体涉及一种基于电弧增材与激光熔覆制备热冲压模具镶块的方法。

背景技术

超高强度钢板以其质量轻、强度高等特点广泛应用于汽车车身，并已成为减轻车身重量和提高车身碰撞强度及安全性能的重要途径。超高强度钢板需要通过热冲压成形技术得到，而热冲压模具又是热冲压成形技术的核心，因此有关热冲压模具性能的研究是十分必要的。热冲压模具作为一种新兴的热作模具，不同于传统的冲压模具，它在成形板料的同时，还需要对板料进行淬火，因此需要在热冲压模具内增设冷却水道以提高模具的冷却能力。同时热冲压模具由于在高温下长期服役，需要承受更大的交替热应力，更容易产生裂纹或者热疲劳失效问题，使用寿命短，且制造成本高。

针对热冲压模具的失效形式，目前多采用堆焊的方法对失效模具表面进行修复，其中堆焊方式又以电弧堆焊为主。电弧堆焊技术具有设备简单、易操作以及效率高的特点且成本不高，但是电弧堆焊由于每次堆焊厚度较大约为20mm，很难控制精度且浪费材料，后期机加量大，同时工件容易出现变形。激光熔覆作为一种新型的表面处理技术，该技术将激光熔覆表面强化技术和快速原型制造技术相结合，其熔覆材料的厚度仅为堆焊的十分之一，可以节省材料同时较好地控制精度，且激光熔覆层的晶粒细小，组织致密，具有良好的力学性能，可以延长模具的使用寿命。但是激光熔覆效率较低，成本较高，且熔覆厚度不宜太大，太大容易出现气孔和裂纹，从而易出现开裂的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种基于电弧增材与激光熔覆制备热冲压模具镶块的方法，解决现有方法制备的热冲压模具镶块存在冷却效率低、使用寿命短且随形冷却水道难以加工的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于电弧增材与激光熔覆制备热冲压模具镶块的方法，包括如下步骤：

a、在普通锻钢或铸钢基体上加工出随形冷却水道的下半部分形状；

b、将与随形冷却水道形状相对应的铝合金管道压入步骤a所述的下半部分形状处；

c、在所述基体和铝合金管道表面上进行过渡层的电弧增材制造；

d、将电弧增材完毕后的模具镶块进行高温回火，同时熔化铝合金管道形成随形冷却水道；

f、在机加工后的过渡层表面上激光熔覆耐高温磨损的强化层；

g、对镶块表面强化层进行机械加工，使其满足模具型腔表面形状和尺寸精度要求。

本发明通过在镶块基体上预先设置与随形冷却水道形状相适应的铝合金管道，再在镶块基体和铝合金管道上电弧增材过渡层，然后将铝合金管道在高温回火的过程中熔化，之后在过渡层上激光熔覆强化层，这样既便于随形冷却水道的加工，提高模具工作表面的冷却均匀性，而且由于过渡层和强化层的设置，可降低模具工作表面与冷却水道顶部的距离，有效提高了模具的冷却效率，还延长了模具的使用寿命。

在上述步骤a中，普通锻钢或铸钢可以为45#锻钢或45#铸钢。在上述步骤b中，铝合金管道熔点的温度应低于高温回火温度，如高温回火温度为500~650℃，则可选择熔点为475℃的7075-T651系列铝合金作为铝合金管道材料，其中铝合金管道也可以用铝棒代替。