基于激光熔覆技术的模具修复方法与流程

本发明涉及模具加工技术领域，具体涉及一种基于激光熔覆技术的模具修复方法。

背景技术：

注塑模具是实现塑胶零件低成本、大批量生产所必需的器具，在塑胶产品的成本中占有相当大的比重，对生产起着重要的作用。模具在服役过程中受模具材料、工艺条件、外界环境等诸多因素的影响会发生开裂、磨损、断裂等失效。一般来说，模具的制造费用比较高，特别是皮纹、高光模具，因而模具的失效不仅会造成巨大的经济损失，还会影响生产进度和产品质量，从而带来严重的后果。

现有的激光焊接、氩弧焊接以及激光熔覆等模具修复方法还达不到高光模具及皮纹模具的要求，不能满足模具成型面所对应注塑产品表面的要求。虽然激光熔覆技术具有较低稀释率、热影响区小、与基面形成冶金结合、熔覆件扭曲变形比较小、过程易于实现等优点，已在冲压模具、轴承等零部件上应用，但现有的激光熔覆修复工艺及方法在修复体内，还存在气孔、砂眼、夹杂的飞溅体，以及修复体与模具基材边界线存在明显缺陷，这些缺陷在修复模具后，加工皮纹或高光面时暴露出来，因而不满足使用要求，因此现有激光熔覆技术在修复模具中的应用只限于修复冲压模具和注塑模具的凸模。

皮纹、高光注塑模具的修复是国内外学者一直关注的问题之一，虽然近年来，有一些该方面的修复工艺方法，但效果并不理想，修复部位所对应的注塑产品的表面仍存在一些问题。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于激光熔覆技术的模具修复方法，旨在有效地消除修复体与基体材质不一产生的色差及性能差异，减少或消除现有激光熔覆工艺产生的砂眼、夹杂飞溅体、气孔等缺陷的技术问题。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种基于激光熔覆技术的模具修复方法，包括：

步骤1：根据裂纹宽度和深度、破损和磨损区的面积在待修复模具上加工出坡口，除去坡口周边氧化层，并将坡口清洗；

步骤2：对待修复模具进行加热，使待修复模具整体温度均匀；

步骤3：在惰性气体保护下，通过激光熔覆的方法将与待修复模具基体相同成分的粉末熔化，向坡口中按逐层堆积的扫描方式填充，每填充一层后，用激光对前一次填充的熔覆层以及前一次填充的熔覆层与模具基体交界处进行扫描重熔；

步骤4：将修复后的模具进行中温回火处理；

步骤5：将修复体进行机械加工，使之满足注塑表面要求。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，所述坡口的斜面与竖直方向的夹角为30-60°。

根据本发明的另一个实施方案，所述坡口的斜面与竖直方向的夹角为45-55°。

根据本发明的另一个实施方案，所述激光熔覆扫描填充的前3层，其第1层激光熔覆搭接线与第2层激光熔覆搭接线垂直，第3层激光熔覆搭接线与第2层激光熔覆搭接线垂直，4～6层中层与层之间的激光熔覆搭接线平行，4～6层的激光熔覆搭接线与第3层的激光熔覆搭接线垂直，第7～9层中层与层之间的激光熔覆搭接线平行，第7～9层的激光熔覆搭接线与4～6层的激光熔覆搭接线垂直，按此顺序进行，得到第(3N-2)～3N层中层与层之间的激光熔覆搭接线平行，第(3N-2)～3N层的激光熔覆搭接线与(3N-5)～(3N-3)层的激光熔覆搭接线垂直，其N为≥3的整数。

根据本发明的另一个实施方案，所述上述步骤3的激光扫描重熔的扫描方式是先扫描熔覆体，再扫描熔覆层与模具基体交界处，且模具基体被扫描重熔的垂直宽度小于1mm。

根据本发明的另一个实施方案，所述模具基体被扫描重熔的垂直宽度为0.4-0.6mm。

根据本发明的另一个实施方案，所述步骤3中通过多次熔覆层堆积得到的熔覆体高出模具基体1-2mm。

根据本发明的另一个实施方案，所述步骤3的激光熔覆扫描宽度为2.0-3.0mm。

根据本发明的另一个实施方案，所述步骤3的激光熔覆扫描宽度为2.3-2.5mm。

本发明还可以是：

根据本发明的另一个实施方案，所述步骤3的扫描搭接区宽度为0.05-0.2mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的一种基于激光熔覆技术的模具修复方法，可以有效地消除修复体与基体材质不一致产生的色差及性能差异，减少或消除不完善激光熔覆工艺产生的砂眼、夹杂飞溅体、气孔等缺陷，提高注塑模具的修复质量；本发明不但可以修复对零件表面要求不高的冲压模具和注塑模具的凸模，还可以修复皮纹、高光模具，修复后制作的皮纹、高光效果优良。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1a为本发明激光熔覆的逐层堆积扫描填充方式示的第1层填充示意图；图1b为本发明激光熔覆的逐层堆积扫描填充方式示的第2层填充示意图；图1c为本发明激光熔覆的逐层堆积扫描填充方式示的第3层填充示意图；其中，箭头线表示激光扫描方向，第2层激光扫描方向与第1层垂直，第3层激光扫描方向与第2层垂直。

图2为本发明激光熔覆修复模具的坡口断面示意图，其中，A表示坡口面角度，D表示激光熔覆扫描宽度，d表示模具基体重熔宽度。

图3为本发明激光熔覆修复皮纹注塑模的对照示意图，其中，1表示熔覆修复体皮纹，2表示模具基体皮纹。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1和图2所示，一种基于激光熔覆技术的模具修复方法，包括：

步骤1：根据裂纹宽度和深度、破损和磨损区的面积在待修复模具上加工出坡口，除去坡口周边氧化层，并将坡口清洗；

步骤2：对待修复模具进行加热，使待修复模具整体温度均匀；

步骤3：在惰性气体保护下，通过激光熔覆的方法将与待修复模具基体相同成分的粉末熔化，向坡口中按逐层堆积的扫描方式填充，每填充一层后，用激光对前一次填充的熔覆层以及前一次填充的熔覆层与模具基体交界处进行扫描重熔；激光熔覆时容易产生空穴、气孔、飞溅体，第二次熔覆时，熔覆层盖住这些缺陷后，这些缺陷将永久存在，重熔的目的就是为了减少这些缺陷的存在，提高熔覆质量；

步骤4：将修复后的模具进行中温回火处理，用于消除冷却过程中产生的残留应力；

步骤5：将修复体进行机械加工，使之满足注塑表面要求。

优选地，所述坡口的斜面与竖直方向的夹角为30-60°，如图2的A所示。更优选地，所述坡口的斜面与竖直方向的夹角为45-55°；坡口角度对熔覆层与基体的结合影响很大，对熔覆嘴的喷射、扫描的难易度也有很大影响。

进一步地，激光熔覆扫描填充的前3层，其第1层激光熔覆搭接线与第2层激光熔覆搭接线垂直，第3层激光熔覆搭接线与第2层激光熔覆搭接线垂直，4～6层中层与层之间的激光熔覆搭接线平行，4～6层的激光熔覆搭接线与第3层的激光熔覆搭接线垂直，第7～9层中层与层之间的激光熔覆搭接线平行，第7～9层的激光熔覆搭接线与4～6层的激光熔覆搭接线垂直，按此顺序进行，得到第(3N-2)～3N层中层与层之间的激光熔覆搭接线平行，第(3N-2)～3N层的激光熔覆搭接线与(3N-5)～(3N-3)层的激光熔覆搭接线垂直，其N为≥3的整数，3层一交叉可以降低熔覆搭接线产生气孔、飞溅体的缺陷，同时有利于修复体的温度均匀。如图1a、图1b和图1c所示，其激光熔覆搭接线与其图中所示的激光扫描方向基本一致。

上述步骤3的激光扫描重熔的扫描方式是先扫描熔覆体，再扫描熔覆层与模具基体交界处，且模具基体被扫描重熔的垂直宽度小于1mm，重熔宽度与坡口角度有一定关系，如果宽度过大，熔覆层和基体交界处，其各自所承受的熔覆温度相差比较大，容易影响其内部组织成分；如图2所示的d。更优选，所述模具基体被扫描重熔的垂直宽度为0.4-0.6mm。

所述步骤3的激光熔覆扫描宽度为2.0-3.0mm，如图2所示的D，更优选为，步骤3的激光熔覆扫描宽度为2.3-2.5mm。

步骤3的扫描搭接区宽度为0.05-0.2mm，步骤3中通过多次熔覆层堆积得到的熔覆体高出模具基体1-2mm。

下面列举具体参数，进一步说明：

实施例1

本实施例以2738模具钢材质的皮纹注塑模具水路裂纹为实施对象：

第一步，采用机械加工方式加工出坡口，其坡口面角度为45°，为方便激光扫描，修复下方水路全部清除。

第二步，用酒精清洗干净，将模具在120℃下预热并至温度均匀。

第三步，用2738模具钢材质的金属粉末在氩气保护下进行激光熔覆修复，扫描宽度为2.3mm，熔覆扫描搭接区宽度为0.1mm；第1层激光熔覆修复完成后，停止送金属粉末，利用激光按熔覆修复时的扫描路径对熔覆层进行重熔扫描，而后沿熔覆层与模具基体的交界处进行重熔扫描，模具基体被扫描重熔的宽度为0.5mm；第2层激光熔覆扫描方向与第1层扫描方向垂直，第3层激光熔覆扫描方向与第2层扫描方向垂直，第4-6层激光熔覆扫描方向与第三层扫描方向垂直，第7-9层激光熔覆扫描方向与第4-6层扫描方向垂直，依次类推进行扫描，最后熔覆层高于模具基体面1.5mm。

第四步，修复后的模具放入400℃炉中回火处理。

第五部，采用机械加工方式将多余的修复体去除，并制作皮纹，其皮纹效果如图3所示。

经上述工艺得到的模具修复再制造件，修复区结合强度高，无裂纹、砂眼、夹杂飞溅体等缺陷，性能测试指标均符合要求，且修复工程精度高，修复成本较低。

实施例2

以P20模具钢材质的皮纹模具为实施对象，对裂纹处加工坡口，剖口面角度为60°；模具用丙酮清洗干净后在100℃下进行预热；采用P20材质加工的金属粉末进行激光熔覆，熔覆步骤同实施例一，不同之处在于扫描宽度为2.5mm，熔覆搭接区宽度为0.08mm，模具基体被扫描重熔的宽度为0.8mm，熔覆层高于模具基体面1.0mm。

经上述工艺得到的模具修复再制造件，修复区结合强度高，无裂纹、砂眼、夹杂飞溅体等缺陷，性能测试指标均符合要求，且修复工程精度高，修复成本较低。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。