一种注塑模具的表面强化控制系统

1.本发明涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种注塑模具的表面强化控制系统。


背景技术：

2.模具是汽车工业中重要的工艺装备，产品的大批量生产和新产品开发都离不开模具，使用模具进行制件生产不仅能够实现高精度、高复杂性、高一致性和高生产率，同时能够实现低耗能和低耗材，这使得模具工业在制造业中的地位越来越重要。我国模具行业的规模占世界总量的近10％，位列世界前列，汽车工业中60％-80％的塑料零部件，都要依靠模具成型。
3.模具的服役条件一般较为恶劣苛刻，常常会在服役过程中由于原材料的磨蚀或腐蚀而造成局部模区的磨损、裂纹和变形等缺陷，导致模具无法生产出合格产品而失效；另外，在模具制作加工过程中常常会因为出现加工错误或过程故障，以及出现客户临时对模具设计进行更改，或出于成型工艺改进的需要给现有模具增加新特性等情况而报废，众所周知，模具制件产品具有结构和外形复杂、制造材料多样、制造工艺复杂、生产周期长和生产成本高等特点，因而采用适当的方法对这些在服役或制造过程中失效的模具进行修复或再制造，不仅可延长模具的使用寿命、降低企业成本，同时还可避免资源浪费。
4.目前通常以模具整体为强化对象，采用化学热处理强化，表面熔覆强化，高密度能表面强化和模具钢的预硬化技术等表面强化技术对模具表面进行强化处理，但是以上强化技术存在明显的局限性，例如工厂为了增强模具的耐磨性、抗疲劳性及抗塑性变形的性能，会在模具表面进行渗氮处理，但是渗氮处理工艺复杂、耗时长且成本较高，虽然经过渗氮处理后会在模具表面形成质地坚硬的氮化层，但是在循环应力的作用下会加剧生成机械裂纹，导致模具报废。
5.因此，提供一种新的技术方案改善上述问题，是本领域技术人员急需解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供一种注塑模具的表面强化控制系统，以解决上述技术问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种注塑模具的表面强化控制系统，包括：样本表面检测模块、样本寿命评估模块、主控模块和激光输出模块。
9.在上述的方案中，所述样本表面检测模块用于对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本表面进行微观组织形貌获取、硬度检测、磨损量检测和结合力检测。
10.在上述的方案中，所述样本寿命评估模块用于接收所述样本表面检测模块获取的磨损量数据，并对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本进行寿命增加量评估检测。
11.在上述的方案中，所述主控模块与所述样本表面检测模块和所述样本寿命评估模
块相连接，所述主控模块用于对所述样本表面检测模块和所述样本寿命评估模块发送的检测数据进行分析处理，根据分析处理结果获取最优激光参数组合和最优激光输出能量。
12.在上述的方案中，所述激光输出模块与所述主控模块相连接，所述激光输出模块用于根据在所述主控模块的控制下对待处理的注塑模具采用最优激光参数组合和最优激光输出能量进行表面强化。
13.在上述的方案中，所述样本表面检测模块包括微观形貌获取单元、显微硬度检测单元、磨损量检测单元和结合力检测单元，所述微观形貌获取单元用于对不同激光参数组合和不同激光输出能量处理得到的注塑模具样本表面进行微观组织形貌获取；所述显微硬度检测单元用于采用显微硬度计对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本表面进行硬度检测；所述耐磨损性检测模块用于采用往复式电化学摩擦磨损实验仪对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本表面进行磨损量检测；所述结合力检测模块用于对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本表面进行结合力检测。
14.在上述的方案中，所述微观形貌获取单元包括第一操控平台和设置在所述第一操控平台上的扫描电镜，所述第一操控平台用于接收用户的扫描电镜操控信号，并根据操控信号控制所述扫描电镜对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本表面进行微观组织形貌获取。
15.在上述的方案中，所述结合力检测模块包括第二操控平台和设置在所述第二操控平台上的结合力检测仪，所述第二操控平台用于接收用户的结合力检测仪操控信号，并根据操控信号控制所述结合力检测仪对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本表面进行结合力检测。
16.在上述的方案中，所述样本寿命评估模块包括未处理样本磨损检测单元、寿命计算单元和寿命增加量计算单元，所述未处理样本磨损检测单元用于采用往复式电化学摩擦磨损实验仪对未经过仿生强化处理的注塑模具样本表面进行磨损量检测；所述寿命计算单元与所述未处理样本磨损检测单元相连接，所述寿命计算单元用于根据磨损量计算公式w＝at
α
得到未处理注塑模具样本的寿命以及经过不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本的寿命，其中，w为磨损量，a为磨损量常数，α为小于1的常数，t为注塑模具样本的加工时间；所述寿命增加量计算单元与所述寿命计算单元相连接，所述寿命增加量计算单元用于将所述寿命计算单元获取的经过不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本的寿命与未处理样本的寿命进行求差运算，获取多个寿命增加量。
17.在上述的方案中，所述主控模块包括微观组织形貌分析单元、分别评价单元和综合评价单元，所述微观组织形貌分析单元用于对所述样本表面检测模块获取的注塑模具样本表面的微观组织形貌进行分析处理，对经过不同激光参数组合和不同激光输出能量处理得到的注塑模具样本表面的微观组织形貌中熔凝层的缺陷进行识别以及对经过不同激光参数组合和不同激光输出能量处理得到的注塑模具样本表面的微观组织形貌中熔凝层的深度进行获取；所述分别评价单元用于分别对影响微观组织形貌中熔凝层的缺陷、熔凝层深度、注塑模具样本表面硬度、注塑模具样本表面磨损量、注塑模具样本表面结合力以及注塑模具样本寿命增加量的激光参数组合与激光输出能量进行排序；所述综合评价单元用于
根据所述分别评价单元输出的各个排序结果进行综合评估。
18.在上述的方案中，所述微观组织形貌分析单元包括缺陷识别模块和深度获取模块，所述缺陷识别模块用于将所述样本表面检测模块获取的注塑模具样本表面的微观组织形貌输入至训练完成的卷积神经网络中获取熔凝层的缺陷类型信息，所述深度获取模块用于将所述样本表面检测模块获取的注塑模具样本表面的微观组织形貌输入至训练完成的卷积神经网络中获取熔凝层的深度信息。
19.在上述的方案中，所述分别评价单元包括第一排序模块、第二排序模块、第三排序模块、第四排序模块、第五排序模块和第六排序模块，所述第一排序模块用于根据微观组织形貌中熔凝层的缺陷类型对应的激光参数组合与激光输出能量对多个激光参数组合与激光输出能量进行排序；所述第二排序模块用于根据熔凝层深度由高到低对应的激光参数组合与激光输出能量对多个激光参数组合与激光输出能量进行排序；所述第三排序模块用于根据注塑模具样本表面硬度由高到低对应的激光参数组合与激光输出能量对多个激光参数组合与激光输出能量进行排序；所述第四排序模块用于根据注塑模具样本表面磨损量由小到大对应的激光参数组合与激光输出能量对多个激光参数组合与激光输出能量进行排序；所述第五排序模块用于根据注塑模具样本表面结合力由高到低对应的激光参数组合与激光输出能量对多个激光参数组合与激光输出能量进行排序；所述第六排序模块用于根据注塑模具样本寿命增加量由大到小对应的激光参数组合与激光输出能量对多个激光参数组合与激光输出能量进行排序。
20.在上述的方案中，所述综合评价单元包括筛选模块和最优数据获取模块，所述筛选模块用于将所述分别评价单元中输出的微观组织形貌中熔凝层的缺陷类型为平整时对应的多个激光参数组合与多个激光输出能量筛选出来，所述最优数据获取模块用于分别获取所述筛选模块筛选出的各个激光参数组合与各个激光输出能量在所述第二排序模块、所述第三排序模块、所述第四排序模块、所述第五排序模块和所述第六排序模块的排序名次，将多个名次进行加权求和处理，并将加权求和处理数据由低到高进行排序，将加权求和处理数据最小时对应的激光参数组合作为最优参数组合，将加权求和处理数据最小时对应的激光输出能量作为最优激光输出能量。
21.在上述的方案中，所述激光输出模块包括激光器模块和激光熔凝强化模块，所述激光器模块用于通过半导体激光器发射红外激光至待处理的注塑模具的表面，所述激光熔凝强化模块用于通过激光熔凝强化设备控制所述半导体激光器发射出激光的激光扫描路线，使扫描路线上待处理注塑模具的表面材料发生熔凝。
22.综上所述，本发明的有益效果是：通过主控模块对样本表面检测模块和样本寿命评估模块发送的检测数据进行分析处理，根据分析处理结果获取最优激光参数组合和最优激光输出能量，并通过激光输出模块采用最优激光参数组合和最优激光输出能量对待处理的注塑模具进行激光仿生强化，可在注塑模具表面获得组织致密、晶粒细化、深度大以及与基体结合牢固的强化层，并大大提高注塑模具的使用寿命。
附图说明
23.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
24.图1为本发明中注塑模具的表面强化控制系统的组成示意图。
25.图2为本发明中样本表面检测模块的组成示意图。
26.图3为本发明中样本寿命评估模块的组成示意图。
27.图4为本发明中主控模块的组成示意图。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
29.如图1所示，本发明的一种注塑模具的表面强化控制系统，包括：样本表面检测模块、样本寿命评估模块、主控模块和激光输出模块。
30.下面结合附图对本发明上述各模块间的连接关系做进一步详细说明。
31.所述样本表面检测模块用于对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本表面进行微观组织形貌获取、硬度检测、磨损量检测和结合力检测；所述样本寿命评估模块用于接收所述样本表面检测模块获取的磨损量数据，并对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本进行寿命增加量评估检测；所述主控模块与所述样本表面检测模块和所述样本寿命评估模块相连接，所述主控模块用于对所述样本表面检测模块和所述样本寿命评估模块发送的检测数据进行分析处理，根据分析处理结果获取最优激光参数组合和最优激光输出能量；所述激光输出模块与所述主控模块相连接，所述激光输出模块用于根据在所述主控模块的控制下对待处理的注塑模具采用最优激光参数组合和最优激光输出能量进行表面强化。
32.在本实施例中，激光参数组合包括电流、扫描速度、频率和脉宽。
33.如图2所示，所述样本表面检测模块包括微观形貌获取单元、显微硬度检测单元、磨损量检测单元和结合力检测单元，所述微观形貌获取单元用于对不同激光参数组合和不同激光输出能量处理得到的注塑模具样本表面进行微观组织形貌获取；所述显微硬度检测单元用于采用显微硬度计对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本表面进行硬度检测；所述耐磨损性检测模块用于采用往复式电化学摩擦磨损实验仪对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本表面进行磨损量检测；所述结合力检测模块用于对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本表面进行结合力检测。
34.进一步地，所述微观形貌获取单元包括第一操控平台和设置在所述第一操控平台上的扫描电镜，所述第一操控平台用于接收用户的扫描电镜操控信号，并根据操控信号控制所述扫描电镜对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本表面进行微观组织形貌获取。
35.在本实施例中，微观组织形貌包括基体、热影响区和熔凝区。
36.进一步地，所述结合力检测模块包括第二操控平台和设置在所述第二操控平台上的结合力检测仪，所述第二操控平台用于接收用户的结合力检测仪操控信号，并根据操控信号控制所述结合力检测仪对不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本表面进行结合力检测。
37.如图3所示，所述样本寿命评估模块包括未处理样本磨损检测单元、寿命计算单元和寿命增加量计算单元，所述未处理样本磨损检测单元用于采用往复式电化学摩擦磨损实验仪对未经过仿生强化处理的注塑模具样本表面进行磨损量检测；所述寿命计算单元与所述未处理样本磨损检测单元相连接，所述寿命计算单元用于根据磨损量计算公式w＝at
α
得到未处理注塑模具样本的寿命以及经过不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本的寿命，其中，w为磨损量，a为磨损量常数，α为小于1的常数，t为注塑模具样本的加工时间；所述寿命增加量计算单元与所述寿命计算单元相连接，所述寿命增加量计算单元用于将所述寿命计算单元获取的经过不同激光参数组合和不同激光输出能量仿生强化处理得到的注塑模具样本的寿命与未处理样本的寿命进行求差运算，获取多个寿命增加量。
38.如图4所示，所述主控模块包括微观组织形貌分析单元、分别评价单元和综合评价单元，所述微观组织形貌分析单元用于对所述样本表面检测模块获取的注塑模具样本表面的微观组织形貌进行分析处理，对经过不同激光参数组合和不同激光输出能量处理得到的注塑模具样本表面的微观组织形貌中熔凝层的缺陷进行识别以及对经过不同激光参数组合和不同激光输出能量处理得到的注塑模具样本表面的微观组织形貌中熔凝层的深度进行获取；所述分别评价单元用于分别对影响微观组织形貌中熔凝层的缺陷、熔凝层深度、注塑模具样本表面硬度、注塑模具样本表面磨损量、注塑模具样本表面结合力以及注塑模具样本寿命增加量的激光参数组合与激光输出能量进行排序；所述综合评价单元用于根据所述分别评价单元输出的各个排序结果进行综合评估。
39.进一步地，所述微观组织形貌分析单元包括缺陷识别模块和深度获取模块，所述缺陷识别模块用于将所述样本表面检测模块获取的注塑模具样本表面的微观组织形貌输入至训练完成的卷积神经网络中获取熔凝层的缺陷类型信息，所述深度获取模块用于将所述样本表面检测模块获取的注塑模具样本表面的微观组织形貌输入至训练完成的卷积神经网络中获取熔凝层的深度信息。
40.在本实施例中，熔凝层的缺陷类型信息包括裂纹、空洞和平整。
41.进一步地，所述分别评价单元包括第一排序模块、第二排序模块、第三排序模块、第四排序模块、第五排序模块和第六排序模块，所述第一排序模块用于根据微观组织形貌中熔凝层的缺陷类型对应的激光参数组合与激光输出能量对多个激光参数组合与激光输出能量进行排序；所述第二排序模块用于根据熔凝层深度由高到低对应的激光参数组合与激光输出能量对多个激光参数组合与激光输出能量进行排序；所述第三排序模块用于根据注塑模具样本表面硬度由高到低对应的激光参数组合与激光输出能量对多个激光参数组合与激光输出能量进行排序；所述第四排序模块用于根据注塑模具样本表面磨损量由小到大对应的激光参数组合与激光输出能量对多个激光参数组合与激光输出能量进行排序；所述第五排序模块用于根据注塑模具样本表面结合力由高到低对应的激光参数组合与激光输出能量对多个激光参数组合与激光输出能量进行排序；所述第六排序模块用于根据注塑模具样本寿命增加量由大到小对应的激光参数组合与激光输出能量对多个激光参数组合与激光输出能量进行排序。
42.在本实施例中，所述第一排序模块根据微观组织形貌中熔凝层的缺陷类型对应的激光参数组合与激光输出能量对多个激光参数组合与激光输出能量进行排序，将熔凝层的
缺陷类型为平整的排在前边位置，将缺陷类型为裂纹或空洞的排在前边位置。
43.进一步地，所述综合评价单元包括筛选模块和最优数据获取模块，所述筛选模块用于将所述分别评价单元中输出的微观组织形貌中熔凝层的缺陷类型为平整时对应的多个激光参数组合与多个激光输出能量筛选出来，所述最优数据获取模块用于分别获取所述筛选模块筛选出的各个激光参数组合与各个激光输出能量在所述第二排序模块、所述第三排序模块、所述第四排序模块、所述第五排序模块和所述第六排序模块的排序名次，将多个名次进行加权求和处理，并将加权求和处理数据由低到高进行排序，将加权求和处理数据最小时对应的激光参数组合作为最优参数组合，将加权求和处理数据最小时对应的激光输出能量作为最优激光输出能量。
44.进一步地，所述激光输出模块包括激光器模块和激光熔凝强化模块，所述激光器模块用于通过半导体激光器发射红外激光至待处理的注塑模具的表面，所述激光熔凝强化模块用于通过激光熔凝强化设备控制所述半导体激光器发射出激光的激光扫描路线，使扫描路线上待处理注塑模具的表面材料发生熔凝。
45.在本实施例中，模拟和学习生物是提高技术创新的有效途径之一，因此生命科学与工程技术科学相互交叉结合孕育出仿生学，近年来为了面向工程，适应工程需求，仿生学与工程学科交叉形成工程仿生学，利用激光仿生耦合技术在模具的工作表面制备了不同形状和密度的仿生结构模型，以提高其耐磨性。
46.在本实施例中，通过所述激光输出模块对待处理注塑模具的进行激光仿生耦合，通过高功率密度激光在极短时间内与金属相互作用的加工方法，在激光熔凝强化模块的数控控制下，在基体表面指定位置形成一层熔融层，与基体金属形成良好的冶金结合，相互稀释程度很小，然后，在液态金属基体的吸热和透射作用下，待处理注塑模具表面金属与基体材料发生完全不同的快速凝固过程，可以保持熔融层独特的性能，这可以完全改变材料的表面特性，使其具有极高的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等。
47.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。