本发明涉及玻璃模具技术领域，尤其涉及一种自润滑玻璃冲头及其制造方法。
背景技术：
随着玻璃行业的不断的发展，玻璃制品的质量要求也越来越高。而玻璃成形过程中会发生的许多复杂的物理化学和机械过程，因而对模具材料所提出的要求越来越广泛。模具材质应具备下列一些最主要性质：导热性好，线膨胀系数小，耐热，耐磨，组织致密均匀等等。实际上，迄今还没有一种均质金属同时具备这些性能要求。根据玻璃模具的服役条件和失效分析以及实际生产要求，对模具材料的要求主要是耐热冲击性、导热性及热疲劳抗力等性能，其中以热疲劳抗力为主要性能。玻璃冲头是指在玻璃瓶成形过程中使用的压制坯料的冲头模具。玻璃坯料在玻璃冲头的作用下与玻璃型腔模具完全贴合，才能完成玻璃成形的过程。从流体力学的观点来看，玻璃冲头是一个玻璃成形的动力元件，即通过施加载荷，使玻璃液克服自身高黏度产生的摩擦力充满型腔，从而达到成形的目的。
目前，玻璃冲头在玻璃制品生产中充当着一个重要的部件，但却总是存在着各种失效形式而降低生产效率，增大生产成本。而冲头表面磨损、表面下陷、剥落以及疲劳失效是玻璃冲头失效的主要原因。其中，玻璃冲头由于表面质量不高而产生磨损以及表面下陷等问题；疲劳失效则是由于玻璃冲头长期处于交变冷热应力作用而萌生裂纹，并逐渐向纵深发展，扩展到一定尺寸时，严重削弱玻璃冲头的承载能力而引起的断裂。以上原因影响着传统玻璃冲头的长期使用和玻璃制品工业的可持续发展。
此外玻璃冲头存在冷却水降温系统，这种系统存在冷却水管，而冷却水管就会产生水管破裂等一系列问题而出现安全事故或损坏设备，安全性能比较低。同时，在冷却水管及长期的冷热交变温度作用下，玻璃冲头内部容易产生冷热应力，从而使得玻璃冲头表面出现皲裂、起皮等现象，影响玻璃制品的精度与表面质量，降低了玻璃冲头的寿命，增加了更换玻璃冲头的频率，增大了生产成本。
综上所述，提出一种能够集安全、长寿于一身的制备玻璃冲头尤为重要。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种自润滑玻璃冲头及其制造方法，旨在提高玻璃冲头的寿命，进而提高玻璃制品的精度以及表面质量。
为实现上述目的，本发明提供一种自润滑玻璃冲头，包括依次设置的基体、表面强化焊层以及自润滑层，其中，
所述基体采用蠕墨铸铁制成；
所述表面强化焊层采用自熔合金粉末制备的金属基材料制成，表面强化焊层采用粉末微弧等离子喷焊技术喷焊在基体上；
所述自润滑层的材料为固体润滑相、黏结相以及硬质相的混合物，自润滑层以热喷涂的方法在表面强化焊层上形成覆层。
优选地，所述蠕墨铸铁为rut420、rut380或rut340，基体结构采用实心结构。
优选地，所述表面强化焊层厚度为1.6-2.0mm，所述自润滑层厚度为0.3-0.6mm。
优选地，所述表面强化焊层中的自熔合金粉末为ni460或ni420。
优选地，所述自润滑层中，黏结相的质量分数为60-70%，硬质相和润滑相的质量分数为30-40%。
优选地，所述自润滑层中，黏结相为ni、mo和al的混合物，硬质相为cr2o3，润滑相为baf2和/或caf2以及mos2的混合物。
本发明进一步提出一种基于上述的自润滑玻璃冲头的制造方法，包括以下步骤：
根据具体的玻璃冲头，按照现有技术设计出加工工艺及模具图；
利用有限元模拟软件对玻璃制品生产过程进行热力耦合有限元分析，获得玻璃冲头的温度场与热应力场；
根据玻璃冲头的温度场和热应力场以及玻璃冲头生产过程中润滑工艺的需要，将玻璃冲头分为基体、表面强化焊层和自润滑层三部分，并确定每个部分的厚度；
根据确定出的每个部分的厚度加工玻璃冲头。
优选地，所述根据确定出的每个部分的厚度加工玻璃冲头的步骤具体包括：
制造玻璃冲头的基体并进行热处理；
采用粉末微弧等离子喷焊的方法在基体表面自动喷焊形成表面强化焊层；
在表面强化焊层表面采用热喷涂的方式形成自润滑层以获得玻璃冲头毛坯；
对玻璃冲头毛坯进行打磨以满足粗糙度要求。
本发明提出的自润滑玻璃冲头，针对玻璃冲头不同部位对于材料性能的不同要求，合理的选择模具材料，从而使每种材料在各自的工作条件下发挥其性能优势，其中：
（1）基体选择价格低廉、制备简单且热力学性能优于球墨铸铁的蠕墨铸铁；
（2）表面强化焊层选择亲润性良好、喷焊时无流失塌陷、涂层致密的自熔性合金粉末，采用微弧等离子喷焊技术自动喷焊在支撑层上。自熔性合金粉末材料耐高温，且高温下的抗磨损性能较好，能够有效的解决玻璃冲头在压制过程中产生的各种失效问题；
（3）自润滑层材料内含自润滑相、黏结相和硬质相，能够在高温下起到良好的润滑作用，并能够与表面强化焊层良好结合。
综上，本自润滑材料玻璃冲头满足了玻璃冲头热压制过程中冲头的表面使用要求，同时避免了因现有技术中玻璃冲头在周期性温差下产生的拉、压应力下而形成的热疲劳开裂问题。使用本自润滑材料玻璃冲头，提高了玻璃冲头的寿命，符合玻璃制品生产过程中对玻璃冲头的性能要求，解决了其高温工作环境、热压制载荷以及润滑剂的问题，在降低成本和提高模具寿命的同时也提高工件的精度以及表面质量。
附图说明
图1为本发明自润滑玻璃冲头的结构示意图。
图中，1-基体，2-表面强化焊层，3-自润滑层。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出一种自润滑玻璃冲头。
参照图1，本优选实施例中，一种自润滑玻璃冲头，包括依次设置的基体1、表面强化焊层2以及自润滑层3，其中，
基体1采用蠕墨铸铁制成；
表面强化焊层2采用自熔合金粉末制备的金属基材料制成，表面强化焊层2采用粉末微弧等离子喷焊技术喷焊在基体1上；
自润滑层3的材料为固体润滑相、黏结相以及硬质相的混合物，自润滑层3以热喷涂的方法在表面强化焊层2上形成覆层。
具体地，蠕墨铸铁为rut420、rut380或rut340，基体1结构采用实心结构。基体1的体积占模具总体积的90%-95%。蠕墨铸铁为rut420、rut380或rut340。其中，rut380成分为：c（3.4%-3.6%）、si（2.4%-3.0%）、mn（0.4%-0.6%）、s（<0.06%）、p（<0.07%）。其力学性能好、导热性优良，尤其适用于热疲劳和热冲击条件下工作的零件、性价比高。
表面强化焊层2厚度为1.6-2.0mm，自润滑层3厚度为0.3-0.6mm。厚的覆层能提高各层之间的结合力及模具结构的强度。
表面强化焊层2中的自熔合金粉末为ni460或ni420。其中，ni420合金粉末的成分为：c（≤0.015%）、b（1.8%-2.6%）、si（3%-4%）、cr（7%-15%）、fe（≤10%）、ni（68%-88%）。具体可根据玻璃冲头的工作条件选择合适比例的粉末，玻璃冲头表面工作温度高，镍基合金在表面强化层3中表现出高硬度、高耐磨性、耐高温等特点，并隔绝部分热量，减缓基体1的温度差。
自润滑层3中，黏结相的质量分数为60-70%，硬质相和润滑相的质量分数为30-40%。黏结相为ni基合金。
自润滑层3中，黏结相为ni、mo和al的混合物，硬质相为cr2o3，润滑相为baf2和/或caf2以及mos2的混合物。
自润滑层3中，可使用质量分数70%的黏结相nimoal混合物（90%ni+5%mo+5%al），20%的硬质相为cr2o3，以及润滑相5%的mos2和5%的baf2/caf2合金粉末的混合相。
自润滑层3中，润滑相能够在高温下继续起到良好的润滑作用而不失效，黏结相并能够与表面强化焊层2良好结合，硬质相有效地提高自润滑层3的硬度和润滑效果。
本表面焊层的自润滑材料玻璃冲头的具体实施例中的制作过程如下：
1、根据给定材料、形状和尺寸的玻璃制品，根据现有技术和设备设计出玻璃冲头制造工艺和模具图；
2、用ansys有限元软件对玻璃冲头在玻璃热成型过程的服役行为进行仿真模拟，确定玻璃冲头平衡温度；再根据平衡温度对玻璃冲头在连续工作的条件下的温度场和应力场进行仿真分析；
3、根据上一步的结果分析，综合温度和应力的影响，同时考虑润滑工艺的需求，将玻璃冲头分为基体1、表面强化焊层2和自润滑层3三个部分。模拟分析的结果是玻璃冲头的温度场呈梯度变化，其分布梯度为300-638℃，其中温度在480℃以下的区域被基体1承担，480℃以上分布在表面强化焊层2，根据润滑工艺的需求，玻璃冲头表面设计自润滑层3。绘制出玻璃冲头基体1、表面强化焊层2和自润滑层3的模具图；
4、根据温度场和应力场的模拟结果综合考虑，基体1选用rut380，其成分为：c（3.4%-3.6%）、si（2.4%-3.0%）、mn（0.4%-0.6%）、s（<0.06%）、p（<0.07%）；表面强化焊层2采用自熔性合金粉末ni420合金粉末，其成分为：c（≤0.015%）、b（1.8%-2.6%）、si（3%-4%）、cr（7%-15%）、fe（≤10%）、ni（68%-88%），采用粉末微弧等离子喷焊技术自动叠加在基体1上，厚度为1.8mm；自润滑层3采用高温自润滑材料镍基耐高温自润滑合金材料，采用热喷涂的方法叠加在表面强化焊层2表面上，其厚度为0.4mm；
5、对初步产品进行形状和尺寸的修正，并进行打磨以满足一定的粗糙度要求，获得最终产品即具有多属性的表面焊层的自润滑材料玻璃冲头。
本发明提出的自润滑玻璃冲头，针对玻璃冲头不同部位对于材料性能的不同要求，合理的选择模具材料，从而使每种材料在各自的工作条件下发挥其性能优势，其中：
（1）基体1选价格低廉、制备简单且导热性与耐热疲劳性等热力学性能均优于球墨铸铁的蠕墨铸铁；
（2）表面强化焊层2选择亲润性良好、喷焊时无流失塌陷、涂层致密的自熔性合金粉末，采用微弧等离子喷焊技术自动喷焊在支撑层上。自熔性合金粉末材料耐高温，且高温下的抗磨损性能较好，能够有效的解决玻璃冲头在压制过程中产生的各种失效问题；
（3）自润滑层3材料内含自润滑相、黏结相和硬质相，能够在高温下起到良好的润滑作用，并能够与表面强化焊层2良好结合。
综上，本自润滑材料玻璃冲头满足了玻璃冲头热压制过程中冲头的表面使用要求，同时避免了因现有技术中玻璃冲头在周期性温差下产生的拉、压应力下而形成的热疲劳开裂问题。使用本自润滑材料玻璃冲头，提高了玻璃冲头的寿命，符合玻璃制品生产过程中对玻璃冲头的性能要求，解决了其高温工作环境、热压制载荷以及润滑剂的问题，在降低成本和提高模具寿命的同时也提高工件的精度以及表面质量。
本发明进一步提出一种自润滑玻璃冲头的制造方法。
本优选实施例中，一种基于上述的自润滑玻璃冲头的制造方法，包括以下步骤：
步骤s10，根据具体的玻璃冲头，按照现有技术设计出加工工艺及模具图；
步骤s20，利用有限元模拟软件对玻璃制品在生产过程进行热力耦合有限元分析，获得玻璃冲头的温度场与热应力场；
步骤s30，根据玻璃冲头的温度场和热应力场以及玻璃冲头生产过程中润滑工艺的需要，将玻璃冲头分为基体、表面强化焊层和自润滑层三部分，并确定每个部分的厚度；
步骤s40，根据确定出的每个部分的厚度加工玻璃冲头。
具体地，步骤s40具体包括：
步骤s401，制造玻璃冲头的基体并进行热处理；
步骤s402，采用粉末微弧等离子喷焊的方法在基体表面自动喷焊形成表面强化焊层；
步骤s403，在表面强化焊层表面采用热喷涂的方式形成自润滑层以获得玻璃冲头毛坯；
步骤s404，对玻璃冲头毛坯进行打磨以满足粗糙度要求。
本发明提出的自润滑玻璃冲头的制造方法，通过有限元分析软件对具体的玻璃冲头压制成型玻璃制品的工艺过程进行仿真分析，求解其温度场和应力场，并通过分析结果综合考虑，选取各层材料和厚度，并绘制工程图；其次根据对表面强化焊层采用粉末微弧等离子喷焊的技术改良，使得制备的模具不仅满足工作的性能要求，而且降低了制造成本。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。