一种用于铸造的激光强化熔杯的制作方法

本实用新型涉及机械加工，具体涉及一种激光强化熔杯。

背景技术：

熔杯又叫压射室、料筒、料缸、料杯等，用于铝镁合金铸造领域，是消耗量较大的耗材。熔杯的工作原理是，压射头与熔杯配合，连接在熔杯本体的近端。在熔杯本体远端浇口浇注铝镁合金时，压射头将熔融状态的铝合金液推入压铸模型内，使铝合金液凝固成形为设计的零件。由于熔杯在工作过程中，不但要承受反复的摩擦，而且在高温铝合金液的浇注下，浇口下部内壁表面很容易磨损和冲蚀，产品寿命较低。熔杯的使用寿命对于工作效率和成本消耗都有着很大的影响。

现有技术中，为了对熔杯进行改进，提出了很多种解决方案，例如开发不同材质的熔杯，高性能H13钢和3cr2w8v钢是最常见的材质。

为了改进熔杯的性能，对熔杯表面进行强化加工的方法来提高熔杯寿命。例如常见的热处理，调质、淬火、渗氮等。调质淬火硬度为 HRC40-45，氮化深度为0.2mm-0.3mm，氮化硬度为HRC62-65。

上述改进最大的问题是基体硬度不高，耐铝液冲蚀性不强。表面渗氮处理后，渗氮层太薄、太脆，且渗氮层与基体为物理结合，结合不牢固，受冲击容易脱落。在渗氮层脱落后，性能急剧下降。

因此，本实用新型考虑对现有技术中的熔杯进行改进，以解决现有技术表面处理后耐铝液冲蚀性能差，严重影响熔杯使用寿命的技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种用于铸造的激光强化熔杯，其可以改善现有技术中的熔杯使用寿命不高的问题。

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种用于铸造的激光强化熔杯，包括：

圆柱状的熔杯本体，所述熔杯本体包括与压射冲头配合连接的近端、有浇口开口的远端；

所述熔杯本体内壁表面加工有激光硬化层。

优选的，所述激光硬化层为完全布满内壁表面的激光合金层。

优选的，所述完全布满内壁表面的激光合金层的厚度为 0.5mm-0.8mm。

优选的，所述完全布满内壁表面的激光合金层为很多条激光合金带搭接而成。

优选的，所述搭接的激光合金带宽度为3mm-6mm。

优选的，所述激光合金带的搭接率为合金带宽度的15％-50％。

附图说明

图1、图2为本实用新型中的激光强化熔杯的示意图。

具体实施方式

请参见附图1、附图2，为本实用新型提供的激光强化熔杯的示意图，包括圆柱状的熔杯本体11，所述熔杯本体包括与压射冲头配合的近端101、有浇口开口的远端102；在所述熔杯本体圆柱内壁表面加工有激光硬化层，所述激光硬化层为完全布满的、由多条合金化带搭接而成的合金化层103。按照本实用新型，所述激光硬化层的位置为熔杯圆柱状本体内壁表面，硬化层厚度为0.5mm-0.8mm。

按照本实用新型，对于所述熔杯，可以使用机加工的方法按照设计尺寸加工得到，对于具体的机加工工艺，本实用新型并无特别的限制，可以车、铣、刨，或者铸造处理，只要能够按照尺寸加工出设计尺寸即可。

按照本实用新型，对于熔杯的材质，优选为金属材质，可以为钢材，例如碳素钢或合金钢，碳素钢的具体例子可以为本领域技术人员熟知的低碳钢、中碳钢、高碳钢，其中，低碳钢指碳含量≤0.25wt％的碳素钢；中碳钢的含碳量满足：0.25wt％＜含碳量＜0.6wt％，高碳钢指含碳量≥0.6wt％的碳素钢。合金钢可以包括合金元素含量≤5wt％的低合金钢，合金元素含量为5wt％～10wt％的中合金钢、合金元素含量≥10wt％的高合金钢，合金钢的具体例子可以为锰钢、铬钼钢、铬钒钢、铬锰钛钢，S2工具钢，但不限于此。

按照本实用新型，在对激光硬化层进行激光合金化处理时，先将金属陶瓷粉末、粘结剂与溶剂混合得到金属陶瓷粉末涂料，然后将所述金属陶瓷粉末涂料涂覆在表面上形成涂层，涂层厚度优选为200μ m～400μm，更优选为220μm～380μm，更优选为240μm～350μm，更优选为260μm～320μm，形成粉末合金层后，干燥粉末合金层。对于干燥方法，本实用新型并无特别限制，可以在常温下自然晒干，可以放置在干燥炉中进行干燥。

按照本实用新型，对于合金粉末，可以使用Cr、V、W、Mo、Ti 等生成非常硬的碳化物(MC系碳化物)的金属，也可以使用氧化铝、 TiN、TiB2、TiO2、CrN、氧化锆、SiC、TiC等作为合金粉末。对于粘结剂，可以使用树脂，例如常温下能够固化的邻苯二甲酸树脂系、醇酸树脂系的树脂。溶剂可以使用水、甲苯、二甲苯或甲醇、乙醇、丙醇等的醇类，上述中的一种溶剂或多种的混合物。合金粉末与粘结剂按照重量比优选为90～99∶10～1，更优选为92～99∶8～1，更优选为 92～98∶8～2。

按照本实用新型，还可以在金属陶瓷涂料中加入吸收剂，更好的吸收激光加工效果，吸收剂可以使用石墨粉。对于吸收剂的加入，也可以在将上述涂层干燥之后，将吸收剂与溶剂混合制成吸收剂涂料，然后在涂层表面涂覆吸收剂涂料层，均能够实现本实用新型的效果。

将合金粉末涂层干燥之后，使用脉冲或连续激光束扫描线槽表面，激光输出功率优选为3.5～4.5KW，更优选为3.1～4.1KW，光斑可以为圆形光斑或矩形光斑，圆型光斑的直径优选为Ф2.5～4.2mm，更优选为Ф2.8～3.8mm，扫描速度优选为1.5～2.5m/min，更优选为 1.6～2.4m/min，更优选为1.8～2.2m/min。

按照本实用新型，进行激光合金化加工时，先将合金粉末、粘结剂与溶剂混合得到合金粉末涂料，然后将所述合金粉末涂料涂覆在加工面上形成涂层，涂层厚度优选为200μm～400μm，更优选为220 μm～380μm，更优选为240μm～350μm，更优选为260μm～320μ m，形成粉末合金层后，干燥粉末合金层。

进行激光合金化时，对于激光加工工艺，激光输出功率优选为 3.5～4.5KW，更优选为3.1～4.1KW，光斑可以为圆形光斑或矩形光斑，圆型光斑的直径优选为Ф2.5～4.2mm，更优选为Ф2.8～3.8mm，两条合金化带的搭接为光斑直径的15％～50％，优选为20％～40％，更优选为 25％～35％。

实施例

按照尺寸机加工得到熔杯，熔杯材质为H13：

对熔杯进行热处理，调质、淬火等，提高整体材质性能。

在熔杯内壁表面涂覆自制的激光合金化涂料，涂料厚度为 0.35mm。

加工激光硬化层区域，功率为3200W，光斑直径为3.8mm，扫描速度为450mm/min，搭接率为26％，进行激光合金化加工，提高熔杯内壁表面性能。

本实用新型公开一种用于铸造的激光强化熔杯，包括：圆柱状的熔杯本体，所述熔杯本体包括与压射头配合连接的近端、有浇口开口的远端；所述熔杯本体内壁表面加工有激光硬化层，所述激光硬化层完全布满熔杯内壁表面，由多条激光合金带搭接而成。

与现有技术相比，本实用新型公开的激光强化熔杯替代了渗氮处理，提升了铝液与熔杯接触面的不浸润性，耐侵蚀性能更强；激光表面处理为冶金结合，与渗氮的物理结合相比，结合强度更高，耐冲击性能更高；合金化层和渗氮层比较，厚度更厚，耐磨擦性能更好，使用寿命显著增加。

所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，应用激光对熔杯内壁表面进行加工，采用不同的激光表面改性技术，例如激光熔覆、激光相变硬化等，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。