隨著我國汽車妒挎、家電工業(yè)的迅猛發(fā)展火晕，對模具工業(yè)提出了更高的要求丽信。如何提高模具的加工質(zhì)量和使用壽命训奢，一直是人們不斷探索的課題帘惜。采用表面強化處理是提高模具質(zhì)量和使用壽命的重要途徑瑰侥，它對于改善模具的綜合性能、大幅度降低成本稳析、充分發(fā)揮傳統(tǒng)模具的潛力洗做，具有十分重要的意義。常用的模具表面強化處理工藝有化學(xué)熱處理(如滲碳彰居、碳氮共滲等)竭望、表面復(fù)層處理(如堆焊、熱噴涂裕菠、電火花表面強化咬清、PVD和CVD等)、表面加工強化處理(如噴丸等)奴潘。這些方法大多工藝較為復(fù)雜旧烧，處理周期較長，處理后存在較大變形画髓。近年來掘剪，隨著大功率激光器的出現(xiàn)及激光加工技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用日趨廣泛、成熟奈虾，為模具表面的強化提供了一種新的技術(shù)途徑夺谁。

　　1 激光表面強化處理方法

　　激光用于表面處理的方法多，其中包括：激光相變硬化(LTH)以息，激光表面熔化處理(LSM)固荷，激光表面涂覆及合金化(LSC/LSA)，激光表面化學(xué)氣相沉積(LCVD)兴题，激光物理氣相沉積(LPVD)应婴，激光沖擊(LSH)和激光非晶化等，其中已被研究用于提高模具壽命的方法有激光相變硬化和激光表面熔覆和合金化噩檬，本文主要討論利用激光相變硬化技術(shù)提高模具壽命的機理和方法林邪。

　　激光相變硬化(激光淬火)是利用激光輻照到金屬表面，使其表面以很高的升溫速度迅速達到相變溫度而形成奧氏體肾轨，當(dāng)激光束離開后初禁，利用金屬本身熱傳導(dǎo)而發(fā)生“自淬火”，使金屬表面發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變档徘。與傳統(tǒng)淬火方法相比棘魏，激光淬火是在急熱、急冷過程中進行的刃纽，溫度梯度高酝侯，從而在表面形成了一層硬度極高的特殊淬火組織溉浙，如晶粒細化烫止、高位錯密度等蒋荚。其淬火層的硬度比普通淬火的硬度還高15%～20%。淬硬層深度可達0.1～2.5mm馆蠕，因而可大大提高模具的耐磨性期升，延長模具的使用壽命。

　　2 激光強化加工系統(tǒng)的組成

　　由三部分組成：第一部分為激光器系統(tǒng)互躬，由激光頭播赁、激勵電源、冷卻系統(tǒng)和諧振腔參數(shù)變換裝置組成吼渡；第二部分為光束傳輸與變換裝置容为，把激光束按加工要求引導(dǎo)到待處理零件表面，同時對激光束進行空間強度分布的變換寺酪，以滿足對模具表面不同受力部位進行有效的強化處理坎背。光束經(jīng)變換后即可在模具表面產(chǎn)生所需的強化單元，通過多軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)即可對模具的三維曲面進行可控的寄雀、快速和有效的強化處理得滤；第三部分為計算機數(shù)控系統(tǒng)，控制激光工作頭和數(shù)控工作臺等多軸運動百睹，其激光束相對于工件的運動軌跡決定了強化的帶形狀菊虏，以實現(xiàn)復(fù)雜模具表面的激光強化處理。

　　3 激光強化處理工藝

　　3.1 工件表面預(yù)處理涂層

　　當(dāng)激光器確定后阳框，金屬材料對激光的吸收能力主要取決于其表面狀態(tài)桦材。一般需激光處理的金屬材料表面都經(jīng)過機械加工，表面粗糙度值很小旦氓，其反射率可達80%～90%质驻，使大部分激光能量被反射掉。為了提高金屬表面對激光的吸收率收泥，在激光熱處理前要對材料表面進行表面處理(常稱黑化處理)汁匪，即在需要激光處理的金屬表面涂上一層對激光有較高吸收能力的涂料。

　　表面預(yù)處理的方法包括磷化法琐店、提高表面粗糙度法贩俺、氧化法、噴(刷)涂料法俊势、鍍膜法等多種方法洋魂，其中較為常用的是磷化法和噴(刷)涂料法。常用的涂料骨料有石墨喜鼓、炭黑副砍、磷酸錳、磷酸鋅、水玻璃等豁翎。也有直接使用碳素墨汁和無光漆作為預(yù)處理涂料的角骤。對于有些低碳鋼材料，在其表面用炭黑粉末處理心剥，在進行激光淬火時可起滲碳作用邦尊。我們采用上海光機所研制的黑化溶液(86-1型)，其處理方法簡單优烧，可直接噴刷在工件表面蝉揍，激光吸收率達90%以上。

　　3.2 工藝參數(shù)優(yōu)化

　　激光相變硬化工藝參數(shù)主要有激光器輸出功率P畦娄，光斑大小D及掃描速度v又沾，在其它條件一定的條件下，激光硬化層的深度H與P熙卡、D恒建、v有如下關(guān)系：H=P/(D．v)。為了得到最優(yōu)工藝參數(shù)剿哪，基本方法是根據(jù)已有成功的資料差赂，確定一個工藝參數(shù)范圍，再以P主厅、D拨俏、v三個因子，各取三個水平咒祠，做出正交試驗表在試件上進行試驗研究智复。

　　4 硬化層殘余應(yīng)力和耐磨性能

　　在激光硬化處理過程中，金屬材料表面組織結(jié)構(gòu)的變化及表面相對于材料內(nèi)部溫差的產(chǎn)生和消失萌琉，必將產(chǎn)生殘余應(yīng)力光樱。殘余應(yīng)力的大小和分布狀況對模具的實用性能有很大影響。

　　模具表面的耐磨性能與材料的顯微結(jié)構(gòu)咧饭、晶粒大小尿愿、硬度高低、表面狀態(tài)等多種因素有關(guān)栏渺，而這些因素又受處理工藝參數(shù)的影響呛梆，因而激光強化的工藝參數(shù)直接影響模具的耐磨性能。

　　5 結(jié)論

　　通過對幾種不同的模具材料所進行的激光強化處理磕诊，并與實際工作情況進行檢查對比填物，表明采用激光強化技術(shù)能大幅度提高模具的使用壽命，而冷沖模的強化效果更為明顯霎终。如對T8A鋼制造的沖頭和Cr12Mo鋼制造的凹模進行激光硬化處理滞磺，激光硬化層為0.15mm升薯，硬度為1200HV，使用壽命明顯增加击困，由沖壓2.5萬件提高到10萬件涎劈，即壽命提高3～4倍。采用激光強化技術(shù)沛励，其優(yōu)越性在于：

　　(1)可根據(jù)模具的形狀特點责语、使用要求在指定區(qū)域內(nèi)進行炮障，且對表面質(zhì)量沒有任何損傷目派。經(jīng)激光處理后的模具，不需后續(xù)加工即可直接投入生產(chǎn)使用胁赢，從而降低了模具的制造成本咧歪。

　　(2)通過編制專用的激光強化處理軟件，可實現(xiàn)激光處理工藝參數(shù)的計算機自動優(yōu)化欠杀、處理過程的計算機仿真模擬和實時監(jiān)控及激光處理后表面組織結(jié)構(gòu)和性能的計算機預(yù)測厦湘，實現(xiàn)模具的復(fù)雜形狀和人工智能化的表面處理。

　　(3)采用激光熔覆和合金化等技術(shù)讯策，可在廉價金屬材料表層得到任意成分的合金和相應(yīng)的微觀組織哺里，從而獲得良好的綜合機械性能，改善和提高材料表面的耐磨购烹、耐蝕和耐熱性能骄鸽。這些技術(shù)用于報廢模具的修復(fù)和強化，具有較為廣泛的市場前景底教。

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