模具制造中激光表面硬化技术应用研究

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利用激光表面处理技术能使低等级材料实现高性能表面改性，达到零件制造低成本与工作表面高性能的最佳组合，具有可观的经济效益和社会效益。激光硬化依靠材料基体的热传导进行自冷淬火，无须冷却介质和相关配套装置，成本低，且对环境无污染。激光表面硬化处理后的零件表面硬度比常规淬火硬度提高 15% ～20%，硬化层深度通常为 0.3～0.5 mm，若采用更大功率的激光器，可达 1 mm。激光硬化的热影响区小，淬火应力及变形小，后续加工余量小，甚至有些工件经激光处理后可直接使用。激光束的能量可连续调整，并且没有惯性，配合数控系统，可以对形状复杂的零件和其它常规方法难以处理的零件进行局部硬化处理，也可以在零件的不同部位进行不同的激光硬化处理。正因为激光表面处理的上述特点，它特别适用于常规硬化处理(如渗碳和碳氮共渗淬火、氮化及高中频感应加热淬火等)所难于实现的某些零件及其局部位置的表面强化处理，因此在模具制造中具有独特优势：可实现用低档模具钢或铸铁替代高档模具钢；用国产模具钢替代进口模具钢；可对模具实行增强性修复(再制造工程) ，降低模具制造成本。在模具制造中应用激光表面硬化技术，可以集设计、材料选择、制模、检验、修复等技术于一体，大幅度缩短设计制造周期，降低生产成本，变革模具制造方式，最终整合提升整个模具产业水平。这些优点无论在技术性还是在经济性及服务性上，都是现有传统技术所无法比拟的。
　　例如，SC6350 微车纵梁前段厚板材拉延模以往一直是采用 Cr12MoV 材料制造，由 12 个镶块组合而成，由于镶块制造时的淬火变形较大，需要进行二次加工，因镶块“接缝”的影响，使该模具的加工费用高、周期长，零件易出现“拉烧”的现象，一直无法解决。对模具表面进行激光淬火处理，由原 Cr12MoV 等材料的 12 个镶块改用球墨铸铁 QT600-2 整体铸造成型，对型面采用激光强化处理，其硬度达 58～62HRC，淬火后模具无变形，只需对表面稍作打磨，即可投入使用。与原制造工艺相比，模具采用激光处理后，材料节约 40%～60%，加工工时和刀具费用降低 30%，使用寿命大幅提高。特别值得注意的是，厚板材拉延模使零件“拉烧”的技术难题，在国际上尚无很好的解决办法，而采用激光表面强化工艺处理，就有效解决了这个技术难题，提高了冲压件的表面质量和尺寸精度，达到厚板材拉延模的使用要求，使得模具设计上的材料选择更加广泛。
　　又如，微车覆盖冲压件原使用灰口铸铁 HT300，硬度仅有 28～32 HRC。模具使用时只冲压几十件甚至几件工件就需进行修模，严重影响加工进度并增加劳动强度。经激光对模具型面进行淬火强化处理后，硬度可达58 HRC 以上，大大提高了模具的使用寿命，实验表明，连续冲压 5000 个冲次后，无须“油光”仍可继续冲压。