专利名称：一种拉深模激光表面改质改性方法
技术领域：
本发明涉及金属塑性成形模具领域，尤其是指在模具成型工作表面进行激光表面改形 改性的方法。
背景技术：
模具是工业生产中不可缺少的重要工艺装备，是降低成本、提高产品质量和适应规模 生产的基础和保证。为了提高生产效率和材料利用率，减少零件加工环节，对模具提出了 向高精度和长寿命发展的要求。其中提高模具使用寿命是模具工业发展中的重中之重，利 用现代高新技术手段制备高性能的新型模具，延长模具服役时间，避免发生过早失效，减 少不必要的损失，具有显著的经济效益。
拉深模主要用于软质板材拉深成形。通过分析模具工作的环境因素，发现其主要失效 形式是模具表面的磨损和零件与模具表面的粘附。拉深模表面与被加工零件相互摩擦，引 起表面磨损，随着磨损量加大，模腔表面的粗糙度值也将变大，需重新修整才能继续使用。 反复的磨损和修整导致拉深模尺寸超差而不能使用的状况属于磨损失效。当被加工零件在 压力作用下与模具表面接触时，在微观上首先是表面各凸峰的接触，其实际接触面积远远 小于名义接触面积，因而，某些接触点的实际比压很大，产生挤压塑性变形，并使接触点 处的润滑油膜和氧化膜被挤破，造成金属间的直接接触而发生粘附，使得零件难以脱模。 小块坯料金属粘结在模具表面形成坚硬的瘤状物，并在零件表面产生划痕、擦伤及粘结点 被撕裂的痕迹；对于较薄部件因粘附，使其脱离时往往造成部件的变形，构成了粘附失效。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可以同时提高拉深模表面耐磨性、降低模具与零件之间粘 附从而提高拉深模使用寿命和零件脱模性的拉深模激光表面改质改性方法。
本发明采用的技术方案是采用激光加工设备，驱动脉冲激光器，使脉冲激光照射拉 深模工作表面；拉深模工作表面沿脉冲激光运动，吹辅助气体；在拉深模工作表面形成由 凹坑和坑边凸台组成的微球冠状单元体，该微球冠状单元体与拉深模工作表面的高度差为
2.86~3.58mhi,且连续均匀分布在拉深模工作表面。
所述凹坑与拉深模工作表面高度差为2.15 2.69pm，所述微球冠状单元体的直径为 210~280pm,相邻两微球冠状单元体间距为300~500pm。
3本发明的有益效果是
1、 采用激光表面改形改性技术，在拉深模表面制造出微凹坑和微凸台的微观形貌分 布，微形貌重复性好，且加工过程无污染。
2、 可根据预先设计形貌，通过调整激光工艺参数精确控制。
3、 经激光改形处理后，拉深模工作表面表层材料微观上硬化，从而显著提高拉深模 表面的耐磨性。
4、 经激光改形处理后，拉深模表面形成的微凹坑起到储存润滑油和收集磨粒的作用， 从而改善了模具表面润滑状况减少粘附，提高拉深模的脱模性能和改善拉深模综合使用性 能。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明进一步详细说明。 图l是拉深模结构示意图。
图2是拉深模表面形成的微球冠状单元体尺寸及二维形貌放大示意图。
图中l.凸模；2.压边圈；3.工件；4.凹模；5.凹坑；6.凸台；7.凸肩；h,.凸台高度；h2. 凹坑深度；B.微球冠状单元体直径；D.相邻两微球冠状单元体间距。
具体实施例方式
如图l，拉深模由凹模4、凸模1和压边圈2三部分组成，工件3位于凹模4和凸模1 之间。本发明的实施步骤为
一、 选取激光加工设备。激光加工设备选用掺钕钇铝石榴石激光器，(即Nd: YAG脉 冲激光器)，其基本参数为最大平均功率为500W,脉冲宽度为0.5~9ms，脉冲频率范围 为1 廳Hz。
二、 选取拉深模基体。拉深模材料为高碳铬轴承钢，即GCrl5.。
三、 驱动激光器，调整激光功率密度为104~106W/cm2、脉冲宽度、脉冲频率等激光参 数，使高能量密度和高重复频率的脉冲激光照射拉深模工作表面，同时拉深模工作表面沿 激光脉冲运动，并吹辅助气体(如氮气、氧气等)，从而在拉深模工作表面形成极高硬度
(800 1100Hv)、均匀分布的由凹坑5和坑边凸台6组成的微球冠状单元体，如图2所示。 该微球冠状单元体的形貌为球冠状凹坑和凸包。毛化后所形成的微球冠状单元体表面形成 硬度很高的熔融层，熔融层在板料成形时起到耐磨和承受载荷的作用。
经激光表面改形改性处理后，拉深模表面形成的微球冠状单元体的几何参数为凸
台6高度为h =2.86~3.58拜，即凸肩7到拉深模表面的纵向距离。凹坑5深度h2为
42.15~2.69pm，即凹坑5最底部到拉深模表面的纵向距离。微球冠状单元体直径B为
210~280^im ，相邻两微球冠状单元体间距D为300~500fim 。通过控制脉冲激光器的激光
参数，可实施不同形貌方案的激光表面改形改性处理。
使用这种激光表面改形改性拉深模进行板料塑性成形时，在模具表面添加润滑油， 随着凸模逐渐深入凹模，润滑油在巨大压力下储存在微球冠状单元体的凹坑5内以形成混 合摩擦，从而降低两表面间的摩擦系数。
拉深模经上述处理后，显著提高了拉深模表面耐磨性，使板料成形时的流动性增强， 通过提高拉深模关键部位的寿命，由等寿命设计可知，可显著提高拉深模的经济性。
权利要求
1、一种拉深模激光表面改质改性方法，其特征在于采用如下步骤1)采用激光加工设备，驱动脉冲激光器，使脉冲激光照射拉深模工作表面；2)拉深模工作表面沿脉冲激光运动，吹辅助气体；3)在拉深模工作表面形成由凹坑(5)和坑边凸台(6)组成的微球冠状单元体，该微球冠状单元体与拉深模工作表面的高度差(h1)为2.86～3.58μm，且连续均匀分布在拉深模工作表面。
2、 根据权利要求1所述的一种拉深模激光表面改质改性方法，其特征在于所述凹 坑(5)与拉深模工作表面高度差(h2)为2.15 2.69jLim，所述微球冠状单元体的直径(B)为210 280拜，相邻两微球冠状单元体间距(D)为300 500nm。
3、 根据权利要求1所述的一种拉深模激光表面改质改性方法，其特征在于所述脉 冲激光器最大平均功率为500W，激光功率密度为104~106W/cm2，脉冲宽度为0.5~9ms， 脉冲频率范围为l~100Hz。
全文摘要
本发明公开了一种拉深模激光表面改质改性方法，采用激光加工设备，驱动脉冲激光器，使脉冲激光照射拉深模工作表面；拉深模工作表面沿脉冲激光运动，吹辅助气体；在拉深模工作表面形成由凹坑和坑边凸台组成的微球冠状单元体，该微球冠状单元体与拉深模工作表面的高度差为2.86～3.58μm，且连续均匀分布在拉深模工作表面。凹坑与拉深模工作表面高度差为2.15～2.69μm，微球冠状单元体的直径为210～280μm，相邻两微球冠状单元体间距为300～500μm。本发明采用激光表面改形改性技术，在拉深模表面制造出微凹坑和微凸台的微观形貌分布，加工过程无污染，能显著提高拉深模表面的耐磨性和脱模性能。
文档编号C21D1/09GK101537537SQ20091002947
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月14日 优先权日2009年4月14日
发明者范彬彬, 郭啸栋, 骆志高 申请人:江苏大学