對模具表面進(jìn)行處理的主要目的在于提高表面的硬度、耐磨性和耐蝕性，激光表面強化技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上提高了模具的表面性能。

　　對于提高大型模具使用壽命和減少精密模具的熱處理變形群鞭，激光表面強化技術(shù)有著極大的技術(shù)優(yōu)勢,主要包括激光表面淬火和激光表面熔覆。

　　激光表面淬火

　　激光表面淬火是一種利用高能量激光束掃描工件使被掃描的區(qū)域表面硬化的技術(shù)咖迄。其基本原理為用一定能量密度（103～105W/cm2）的激光照射工件刃纽，使被照射的表層區(qū)域被急速加熱至相變點以上，熔點以下的溫度溉浙，此時工件基體仍處于冷態(tài)烫止，加熱區(qū)與基體之間存在很大的溫度梯度，當(dāng)激光束停止照射時戳稽，由于熱傳導(dǎo)的作用馆蠕，加熱區(qū)會急速冷卻（106～108℃/s）而發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，使工件表層實現(xiàn)相變硬化惊奇。

　　1.激光淬火的特點

　』ス（1）激光淬火是快速加熱、自激冷卻，不需要爐膛保溫和冷卻液淬火吼渡，是一種無污染綠色環(huán)保熱處理工藝容为，可以很容易實行對大型模具表面進(jìn)行均勻淬火。

　∷吕摇（2）由于激光加熱速度快坎背，熱影響區(qū)小，又是表面掃描加熱淬火寄雀，即瞬間局部加熱淬火得滤，所以被處理的模具變形很小。

　“俣谩（3）由于激光束發(fā)散角很小菊虏，具有很好的指向性，能夠通過導(dǎo)光系統(tǒng)對模具表面進(jìn)行精確的局部淬火阳框。

　¤氩摹（4）激光表面淬火的硬化層深度一般為0.3～0.7mm，使其應(yīng)用受到一定的限制船酗。

　　2.工藝參數(shù)的選擇

　　影響激光淬火質(zhì)量的工藝參數(shù)是多方面的，主要有激光功率弊肢、掃描速度收泥、光斑尺寸、光束能量分布狀態(tài)蠕为、吸光涂層種類與厚度等琐店。衡量激光淬火質(zhì)量的主要指標(biāo)包括硬化層深度、寬度艘珊、硬度及硬化層表面粗糙度俊势。其之間主要關(guān)系有以下幾點：

　　（1）激光在單位時間上作用于模具的功率密度（即比功率E）绷旗，將決定激光淬火的效果喜鼓。激光淬火所需的比功率E為102～104W/cm2·s。比功率E由激光功率P衔肢、掃描速度V庄岖、光斑尺寸D決定，即E=P·V-1·D-1角骤。

　∮绶蕖（2）在102～104W/cm2·s的范圍內(nèi)，功率密度的增加邦尊、掃描速度減小背桐、將使模具的硬化層深度、硬度及硬化層表面粗糙度增加。如果功率過大链峭，掃描速度太慢畦娄，即比功率太大，超出上述范圍熏版，會造成工件表面熔化纷责、燒損；反之系亭，硬度和硬化層深度會達(dá)不到技術(shù)要求剿哪。

　　（3）激光淬火硬化層寬度由光斑尺寸決定晋合。大面積淬火必須進(jìn)行多道掃描主厅。寬帶掃描比窄帶掃描效率高。

　∑蟆（4）光束能量分布主要影響硬化層深度咒祠、寬度及組織的均勻性。它由光束模式及導(dǎo)光系統(tǒng)決定捺再。通常萌琉，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的實際情況調(diào)整到最佳狀態(tài)，以保證硬化層的均勻性糜隶。

　∵址埂（5）吸光涂層種類及厚度會影響工件對激光能量的有效吸收。目前應(yīng)用較為成熟的吸光涂層有磷酸鹽涂層会激、含膠體石墨涂層栏渺、氧化物涂層等。在覆蓋工件表面的前提下锐涯，涂層厚度越薄越均勻磕诊，則效果越好。

　　3.應(yīng)用實例

　　汽車大型覆蓋件模具一般用合金鑄鐵制造纹腌。合金鑄鐵的特性不宜進(jìn)行整體熱處理霎终，傳統(tǒng)工藝采用火焰淬火，其淬火硬度為40～50HRC升薯。改用激光淬火神僵，模具表面硬度可提高到55～65HRC，硬化層有效深度為0.5～0.7mm覆劈，模具耐磨性大大提高保礼，零件拉傷問題得到有效控制，模具在線維修率控制在4%以下责语。以前每批生產(chǎn)完成后均需對拉深模進(jìn)行大面積推磨炮障，現(xiàn)只是需要進(jìn)行簡單維護(hù)保養(yǎng)便可目派。

　　激光熔覆

　　激光熔覆的研究工作始于20世紀(jì)70年代，1981年成功地應(yīng)用于噴氣發(fā)動機葉輪片胁赢。激光熔覆是利用高能的激光束在金屬表面輻照咧歪，使涂覆材料熔化、擴(kuò)展欠杀，與基體結(jié)合并迅速凝固厦湘，在基材表面形成一層具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的材料讯策。應(yīng)用激光熔覆技術(shù)處理模具表面哺里，既可以是對己加工成坯的制造模具進(jìn)行表面改性，也可以是對成形模具進(jìn)行表面修復(fù)购烹。

　　1.激光熔覆的特點

　〗靖搿（1）由于激光的快速加熱和冷卻過程，激光熔覆層組織細(xì)小底教，結(jié)構(gòu)致密铅粉。

　　（2）由于激光束的高能密度所產(chǎn)生的近似絕熱的快速加熱過程扑澜，激光熔覆對基材的熱影響小蓄盘，引起的變形小。激光熔覆可以有效地修補裂痕鹿响、崩角以及磨損的密封邊羡微。

　　（3）激光束的功率抢野、位置和形狀等能夠精確控制拷淘，易實現(xiàn)選區(qū)甚至微區(qū)熔覆修復(fù)各墨。

　≈腹隆（4）熔覆層的稀釋率小，可精確控制贬堵，熔覆層成分具有可設(shè)計性恃轩。

　　（5）無接觸型處理黎做，能實現(xiàn)自動化和柔性加工叉跛。

　　2.工藝參數(shù)的選擇

　　影響激光熔覆質(zhì)量的工藝參數(shù)是多方面的，主要有激光功率蒸殿、掃描速度筷厘、光斑尺寸、搭接率宏所、被熔覆材料化學(xué)成分以及單位時間熔覆量等土汽。衡量激光熔覆質(zhì)量的主要指標(biāo)包括熔覆層厚度、寬度、硬度奥挑、平整度次新、熔覆層表面是否有裂紋及氣孔。其之間主要關(guān)系有以下幾點：

　∩浮（1）激光在單位時間上作用于模具的功率密度（即比功率E）傲枕，是影響激光熔覆的主要工藝參數(shù)。激光熔覆所需的比功率E為103～105W/cm2·s衙文。功率密度的增加辩芦、掃描速度減小、熔覆層平整度增加差讼、開裂傾向減少准魁。但功率過大，掃描速度太慢赫斥，會造成熔覆層合金燒損卤竭，稀釋率增加，熱影響區(qū)增大硼婿。

　⌒堪搿（2）激光熔覆層寬度主要由光斑尺寸決定。大面積熔覆必須進(jìn)行多道掃描寇漫，其搭接率為30%～50%的效果最好刊殉。

　　（3）被熔覆材料化學(xué)成分對熔覆層質(zhì)量影響最大州胳、最復(fù)雜记焊。一般情況下，碳栓撞、硼含量高遍膜，熔覆層硬度高、開裂傾向大瓤湘；鎳瓢颅、鈷含量高，開裂傾向小弛说。硅挽懦、硼含量高，熔覆層平整度高舷到。

　　3.應(yīng)用實例

　　近年來激光熔覆用于模具修復(fù)的技術(shù)發(fā)展較快这旋。激光能量密度高，受熱范圍小夹卒，可以熔覆各種金屬材料忌舔，如S136首捶、718、2344茴夯、NAK80按冷、8407、不銹鋼屁茁、鈹銅芳乎、鋁合金及鈦合金等。熔覆層無砂眼组伐、氣孔捍睡，與基體形成冶金結(jié)合，結(jié)合強度高硕帖、不容易脫落唧取，可對模具進(jìn)行修補裂痕、崩角划提、磨痕修補等枫弟。

　　目前，應(yīng)用于激光熔覆技術(shù)的設(shè)備主要是連續(xù)CO2激光器和脈沖YAG激光器鹏往。連續(xù)CO2激光器多用于大型模具的修復(fù)（如5CrNiMo和H13鋼模具）淡诗，不適于微小尺寸的修復(fù)。脈沖YAG激光器光斑直徑能聚焦到0.2～2.0mm伊履，在精密模具的修復(fù)中韩容，脈沖YAG激光器具有許多優(yōu)于連續(xù)CO2激光器的良好性能。

　√破佟（1）YAG激光器與光纖的藕合效率高群凶，便于遠(yuǎn)距離操作，易于實現(xiàn)激光加工的柔性化哄辣。

　∏肷摇（2）脈沖YAG激光器有著更多的可控參數(shù)（脈沖頻率、脈寬以及脈沖能量等）柔滔，有利于提高加工工藝的性能驳疚。

　【媪妗（3）脈沖YAG激光器高重復(fù)頻率工作時的效果更好浅腥，加熱速度極快，冷卻速度極快吻拼，溫度梯度大鱼雇，模具不易變形坍塌。

　　結(jié)語

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展局权，汽車的生產(chǎn)能力不斷提高礼猪，我國汽車模具制造技術(shù)菱戒、激光器制造技術(shù)及激光應(yīng)用技術(shù)也會得到整體提升」桧铮可以預(yù)見慧跋，隨著我國制造業(yè)整體實力的提高，汽車模具的激光強化技術(shù)將會得到快速發(fā)展又竞。

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