本發(fā)明屬于激光加工領(lǐng)域，具體涉及一種模具損傷部位的激光熔覆與機(jī)械噴丸交錯再制造方法，特別適用于汽車傳動系統(tǒng)擠壓模具的表面再制造修復(fù)。

背景技術(shù)：

激光熔覆是一種新型表面改性技術(shù)，通過在集采表面添加熔覆材料，并利用高能激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基材表面形成與其冶金結(jié)合的添料熔覆層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、抗氧化以及電氣特性的工藝方法，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的。

機(jī)械噴丸是提高金屬材料抗疲勞能力極其有效地方法。彈丸反復(fù)撞擊金屬表面形成塑性變形層，可以均化表層組織結(jié)構(gòu)、細(xì)化晶粒，消除部分微裂紋、氣孔等顯微組織缺陷，并且誘導(dǎo)殘余應(yīng)力來預(yù)防金屬內(nèi)部的應(yīng)力腐蝕。

汽車模具工業(yè)一直增長快速，其巨大的發(fā)展?jié)摿槠嚹＞吖I(yè)帶來了更加廣闊的發(fā)展空間。汽車模具在服役過程中即受到大小與方向復(fù)雜的力的作用，又受到冷熱交替變化的影響，工作條件復(fù)雜，不可避免地會出現(xiàn)磨損，疲勞，小裂紋，甚至斷裂等失效形式，特別是一些進(jìn)口模具因局部的損傷而報廢，需要重新制造模具，既增加了成本又浪費(fèi)時間，因此，模具的再制造技術(shù)顯得尤為重要。目前在模具修復(fù)中常用的表面技術(shù)有堆焊修復(fù)技術(shù)、熱噴焊修復(fù)技術(shù)、電刷鍍修復(fù)技術(shù)、電火花修復(fù)技術(shù)和激光熔覆修復(fù)技術(shù)等。其中采用激光熔覆技術(shù)修復(fù)模具，可使修復(fù)后的模具具有相對優(yōu)異的表面硬度，耐磨性、抗冷熱疲勞等性能。

雖然激光熔覆有其優(yōu)勢，但仍然存在殘余拉應(yīng)力和冶金缺陷這兩個問題。。然而研究表明，機(jī)械噴丸可以在激光熔覆層誘導(dǎo)一定深度殘余壓應(yīng)力層來有效消除其拉應(yīng)力，并且細(xì)化晶粒來消除部分冶金缺陷。因此，在針對模具損傷部位的激光熔覆過程中，引入機(jī)械噴丸能夠有效提高再制造的高效及高質(zhì)量，并且甚至能夠完成超過原基材性能的高性能修復(fù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種模具損傷部位的激光熔覆與機(jī)械噴丸交錯再制造方法，其特征在于：該方法根據(jù)受損模具的裂紋或損傷的區(qū)域及深度，對其缺陷部位銑削至一定深度后并進(jìn)行機(jī)械噴丸預(yù)處理，然后從銑槽底部進(jìn)行給定熔覆層厚度的激光熔覆，隨后在熔覆層表面進(jìn)行機(jī)械噴丸。如此逐層進(jìn)行激光熔覆與機(jī)械噴丸的交錯再制造，直至熔覆層表面高出原來模具表面，最后再采用銑削加工將損傷修復(fù)區(qū)域恢復(fù)至原來尺寸。本發(fā)明利用機(jī)械噴丸對激光熔覆層進(jìn)行逐層組合處理，使每層熔覆層都產(chǎn)生塑性變形，有效減少其內(nèi)部缺陷，并使各熔覆層的性能得到提升，因此使修復(fù)區(qū)在深度方向上結(jié)構(gòu)與性能更均勻，從而實(shí)現(xiàn)受損模具的高效高質(zhì)量再制造。

其具體步驟為：

(1)利用超聲檢測儀確定所需修復(fù)模具表面裂紋或磨損的區(qū)域s及最大深度h；

(2)根據(jù)機(jī)械噴丸的具體工藝參數(shù)所能達(dá)到的影響深度h’，從而確定單次激光熔覆層的厚度h，其中h’-0.1mm≤h<h’；

(3)根據(jù)步驟(1)所確定的缺陷最大區(qū)域，對該區(qū)域進(jìn)行深度為h+m的銑削加工。其中0.5mm≤m≤0.8mm；

(4)對銑削底面進(jìn)行機(jī)械噴丸預(yù)處理；

(5)根據(jù)銑削深度h+m和單次激光熔覆層的厚度h確定熔覆層總數(shù)n。其中n為整數(shù)；

(6)從銑削底面進(jìn)行第一層激光熔覆，在銑削后的基材表面預(yù)置一層熔覆粉末，使用光纖激光器對其進(jìn)行激光熔覆，使其厚度為h，視為熔覆層1；激光熔覆工藝參數(shù)范圍如下：激光功率400-1800w、掃描速度4-9mm/s、光斑直徑1-3mm、搭接率30-50％、保護(hù)氣ar3-5l/min；

(7)待熔覆層1凝固成型后，在熔覆層1表面進(jìn)行機(jī)械噴丸；機(jī)械噴丸工藝參數(shù)如下：使用氣噴機(jī)與鑄鋼丸s110噴料，按hb/z-1992航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對熔覆層噴丸處理，噴料直徑0.25mm、噴丸強(qiáng)度0.6a、噴丸覆蓋率100％；

(8)如此重復(fù)步驟(6)和(7)，直到激光熔覆層完全填滿銑槽并高出原來模具表面，從而完成第n層即最后一層激光熔覆層的機(jī)械噴丸，之后采用銑削加工法將再制造后模具的損傷區(qū)域恢復(fù)至原來尺寸，其平面度小于等于0.02mm。

本發(fā)明有益效果：本發(fā)明利用機(jī)械噴丸對激光熔覆層進(jìn)行逐層組合處理，使每層熔覆層都產(chǎn)生塑性變形，有效減少其內(nèi)部缺陷，并使各熔覆層的性能得到提升，因此使修復(fù)區(qū)在深度方向上結(jié)構(gòu)與性能更均勻，從而實(shí)現(xiàn)受損模具的高效高質(zhì)量再制造。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的激光熔覆與機(jī)械噴丸交錯再制造方法示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的激光熔覆與機(jī)械噴丸交錯再制造方法示的操作步驟流程圖。

圖3為淬火后cr12模具鋼摩擦磨損測試后的sem表面微觀形貌。

圖4為按照本文所述步驟進(jìn)行激光熔覆與機(jī)械噴丸交錯再制造后模具鋼摩擦磨損測試后的sem表面微觀形貌。

圖5為根據(jù)本發(fā)明所述步驟進(jìn)行修復(fù)處理之后截面沿深度方向上金相組織圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明，但本發(fā)明不應(yīng)僅限于實(shí)施例。

本實(shí)施例所采用的的熔覆粉末為fe901，試樣基體材料為cr12模具鋼?；w試樣為待修復(fù)汽車傳動系統(tǒng)擠壓模具，其幾何尺寸為φ65mm×180mm。

一種使用上述加工方法修復(fù)試樣的實(shí)施，其步驟為：

(1)利用超聲檢測儀確定所需修復(fù)模具表面的裂紋及損傷區(qū)域面積為1mm²，最大深度h為2mm；

(2)根據(jù)機(jī)械噴丸的具體工藝在熔覆層中的影響深度為0.4mm，從而確定單次激光熔覆層的厚度h為0.3mm；

(3)根據(jù)步驟(1)中的確定的缺陷最大區(qū)域，其中0.5mm≤m≤0.8mm，取m＝0.5mm,又最大深度h為2mm，故對該區(qū)域進(jìn)行深度為2.5mm的銑削加工；

(4)對銑削底面進(jìn)行機(jī)械噴丸預(yù)處理；

(5)根據(jù)銑削深度和激光熔覆層厚度，通過熔覆層總數(shù)計算公式確定n為9層；

(6)從銑削底面進(jìn)行第一層激光熔覆，在銑削后的基材表面預(yù)置一層熔覆粉末，使用光纖激光器對其進(jìn)行激光熔覆，使其厚度為0.3mm，視為熔覆層1；激光熔覆工藝參數(shù)范圍如下：激光功率400-1800w、掃描速度4-9mm/s、光斑直徑1-3mm、搭接率30-50％、保護(hù)氣ar3-5l/min；

(7)待熔覆層1凝固成型后，在熔覆層1表面進(jìn)行機(jī)械噴丸；機(jī)械噴丸工藝參數(shù)如下：使用氣噴機(jī)與鑄鋼丸s110噴料，按hb/z-1992航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對熔覆層噴丸處理，噴料直徑0.25mm、噴丸強(qiáng)度0.6a、噴丸覆蓋率100％；

(8)如此重復(fù)步驟(6)和(7)，直到激光熔覆層完全填滿銑槽并高出原來模具表面，從而完成第n層即最后一層激光熔覆層的機(jī)械噴丸，之后采用銑削加工法將再制造后模具的損傷區(qū)域恢復(fù)至原來尺寸，其平面度小于等于0.02mm。

對修復(fù)完成后的模具進(jìn)行線切割取樣，首先對其修復(fù)區(qū)做耐磨性測試，將之與基材耐磨性進(jìn)行對比，再取其截面做金相組織觀察，將之與僅采用多層激光熔覆修復(fù)方法所得的熔覆層組織進(jìn)行對比。

如圖4所示，當(dāng)采用激光熔覆與機(jī)械噴丸交錯再制造方法修復(fù)損傷件時，所得熔覆層表面相比圖3基材表面磨痕更輕，僅有少量剝落，說明其整個熔覆層硬度較高而且十分均勻，抗黏著性能更好，且無明顯硬質(zhì)顆粒，說明通過本發(fā)明對損傷磨具的再制造方法比起原模具具有更良好的表面特性。

圖5為根據(jù)本發(fā)明所述步驟進(jìn)行修復(fù)處理之后截面沿深度方向上金相組織圖，如圖5所示，其截面晶粒與一般多層激光熔覆處理之后的截面晶粒相比，其大小要小得多，且從深度方向上來看晶粒大小分布更加均勻，從而使得其與基體能夠更好地融合，其機(jī)械性能也更加優(yōu)良，說明通過本發(fā)明對損傷磨具的再制造方法比起不同方法具有更優(yōu)質(zhì)的截面特性。