激光淬火技术在模具表面处理中的应用与展望(常用塑料模具零部件材料解析(doc7页)(完美版).pdf)

今天给各位分享激光淬火技术在模具表面处理中的应用与展望的知识，其中也会对常用塑料模具零部件材料解析(doc7页)(完美版).pdf进行分享，希望能对你有所帮助！

本文导读目录：

1、激光淬火技术在模具表面处理中的应用与展望

2、常用塑料模具零部件材料解析(doc7页)(完美版).pdf

3、良率就靠它了

激光淬火技术在模具表面处理中的应用与展望

　　与传统淬火后马氏体形成的机理类似，都是通过加热和迅速冷却，但激光淬火的热循环过程有所不同，常规淬火后的组织是通过冷却介质（水或油）快速冷却，而激光淬火是铁基合金在激光停止照射后，利用金属本身的热传导发生“自淬火”而得到马氏体组织。

　　激光表面硬化（激光淬火）主要有CO2激光和YAG激光，前者多用于黑色金属大面积零件的表面改性，后者多用于有色金属或小面积零件的表面改性。

　　它是通过高能密度的激光束以非接触的方式扫描需要改性部位的金属表面上，使其吸收光能后温度以104～105℃/s的速度瞬间升高到奥氏体相变温度以上，熔点温度以下。

　　如此快的升温过程有益于奥氏体形核，得到细小的奥氏体晶粒，随后自身又以大于104℃/s冷却速度进行热传递急速冷却，由于加热时间短，冷却速度过快使奥氏体来不及均匀化，导致碳和合金元素分布不均，晶粒细小的奥氏体和奥氏体组织成分的差异都有利于最终获得细小的马氏体。

　　板条状马氏体和孪晶马氏体是在经激光淬火后常见的组织，其具有很高的位错密度，一般可达1012cm2。

　　研究表明晶粒细小、极大的位错密度是获得超高硬度马氏体的重要条件。

　　激光相变硬化是通过迅速升温与迅速冷却的加工方式，使工件表面产生极大的压应力，大小一般可达750MPa以上，在很大程度上改善了材料的疲劳强度，而且C.Soriano在研究激光淬火对球墨铸铁的影响时，发现淬火后的残余应力与组织的显微硬度、显微组织转变有很大关系。

　　激光束照射在金属表面会形成较高的温度梯度，从而引起材料中的原子迁移现象，在一定深度范围内，不同结构的组织层的形成与温度有关，主要表现为随温度梯度分布的变化，组织的耐磨性、硬度以及其他性能也会发生相应的变化，激光淬火后，金属材料可按其组织层的不同可以分成三层。

　　该层直接受到激光束的照射，温度升高和降低最快，过热度和过冷度最大，在非平衡状态下，基体组织以瞬间切变的形式转为奥氏体组织，并伴随着碳及各种合金元素进行扩散和迁移。

　　元素原子时刻进行着热振动，振动的能量与温度有密切关系，当温度较低时，原子所具有的能量不足以克服周围原子对其束缚；当温度升高到一定程度时，原子可跨越势垒，由原来的位置跃迁到其他位置，合金等元素由高浓度向低浓度扩散和迁移。

　　为了探究合金元素的扩散情况，人们通常采用动力学计算程序DICTRA来模拟。

　　上海交通大学何燕霖等对Fe、Al、Si合金中的元素进行了不同温度下元素扩散和迁移实验，结果表明，计算结果和实验结果比较吻合。

　　尽管有元素扩散和迁移，但是与常规的淬火相比，其扩散时间非常有限，使元素分布很不均匀，最终冷却后得到的组织非常细小，位错密度极高，而且在该层中的组织也不尽相同。

　　3材料表面预处理与影响相变硬化层性能的主要工艺参数。

　　金属材料表面吸收光能的效率主要取决于材料的表面状态，经过机械加工后的模具，其表面粗糙度很小，其反射率高达80%～90%。

　　通常用磷化法、喷涂涂料法对金属表面进行预处理，以提高金属表面对激光的吸收效率。

　　通过磷化法可以在材料表面生成均匀、细致的磷化酸金属盐磷化膜，其对材料表面的影响较小。

　　喷涂涂料法是在金属表面涂上能够很好吸收激光的涂层，在高功率激光的照射下，涂层具有很好的热稳定性，且导热性高。

　　喷涂法工艺在金属表面预处理中具有更大的优越性，主要是涂料价格低廉、容易清除，在涂敷及激光处理过程中，不会对环境产生污染[44]。

　　例如纳米氧化物涂料，在温度达到873K时仍能保持高而稳定的吸收率，通常纳米氧化物涂料对CO2激光吸收率达93.57%。

　　模具表面的显微硬度、耐磨性与材料的显微结构、晶粒大小、表面状态等因素有关，而这些因素直接受到工艺参数的影响，吸收激光能量的程度最终决定淬火后的组织性能。

　　主要工艺参数有：激光输出功率（P）、扫描速度（v）和作用在材料表面上的光斑尺寸（D）。

　　三个参数对激光淬火后的硬化层深度（H）的影响关系式为：H∝P/(D×v)(1)由式（1）可知，激光相变硬化层的深度与激光输出功率成正比，与扫描速度和作用在材料表面上的光斑尺寸成反比。

　　而且材料对激光的吸收率随着温度的升高而增加，关系式为TTT20℃[1+U(T20)]，其中TT为材料对激光的吸收率，T20℃为室温条件下材料的吸收率，U为常数，T为材料的温度。

　　为了使激光淬火效果达到最佳，必须考虑P、v、D等因素影响，为了简化试验量，可以通过正交试验法分析各参数之间的相关性。

　　江苏广播电视大学吴健[46]对4Cr13不锈钢进行了正交试验，结果见表1。

　　由表1可知，激光淬火工艺参数中的影响效果依次为P→D→v→PD→Pv。

　　激光输出功率对硬化效果的影响是矛盾的，当其超过一定范围时，金属表面由于温度超过了熔化温度会形成熔池，影响金属表面的几何形状，反之激光强化效果将会减弱。

　　同样扫描速度也不能过快，虽然随着v的增加，激光淬火硬化效果增加，但是当v超过临界值后，由于加热时间过短，激光淬火只能起到退火软化作用。

　　采用激光淬火技术对模具处理时，通常根据模具的形状特点和使用要求在指定区域内进行淬火。

　　激光淬火后，模具表面的耐磨性较常规淬火、回火处理有显著提高，从而延长了模具的有效使用时间。

　　例如福建农林大学徐洪烟等研究了经激光淬火后模具材料的性能变化，结果表明，模具表面组织的改变使其耐磨性增强，淬火后的残余应力也使模具材料的抗疲劳性显著提高。

　　樊湘芳等对GCr15钢冲模的母模进行了激光表面淬火，试验后，其表面硬度获得提高，增强了母模型腔的抗冲击能力，使模具寿命提高了20%以上。

　　常见的模具有冷作模、热作模及塑料模，对于不同材料的模具，经激光淬火后，组织性能有所不同。

　　用于加工的冷作模具材料都属于高碳钢，提高耐磨性和硬度是表面淬火的主要目的。

　　用于加工的热作模具材料都属于中碳钢，表面淬火的目的有提高高温耐磨性、耐热疲劳性、抗氧化性，但是并不要求很高的表面硬度。

　　用于加工的塑料模具材料范围较广，从结构钢到工具钢，从碳素钢到合金钢。

　　塑料模具对其表面的粗糙度要求很严格，但不要求很高的表面硬度，因此激光表面淬火处理多用于一些囊块，其目的是提高囊块的硬度。

常用塑料模具零部件材料解析(doc7页)(完美版).pdf

　　塑料注射模具结构比较复杂，一套完整的模具有各种各样的零件，各个零件在模具中所。

　　对于塑料注射模具，模具零件材料的基本要求如下。

　　良好的机械加工性能能够延长加工刀具的寿命，提高切削性能，减小表面粗。

　　塑料制品的表面粗糙度和尺寸精度、模具的使用寿命等，都与模具表面的粗糙度、硬度。

　　因此，要求塑料注射模具的成型表面有足够的硬度，其淬火硬度应。

　　不低于55HRC，以便获得较高的耐磨性，延长模具的使用寿命。

　　由于塑料注射模具在成型过程中反复受到压应力（注射机的锁模力）和拉应力（注射模。

　　型腔的注射压力）的作用，特别是大中型和结构形状复杂的注射模具，要求其模具零件材料。

　　必须有高的强度和良好的韧性，以满足使用要求。

　　为了获得高光洁表面的塑料制品，要求模具成型零件表面的粗糙度值小，因而要求对成。

　　为保证抛光效果，模具材料不应有气孔、杂质。

　　模具材料经常依靠热处理来达到必要的硬度，这就要求材料具有较好的淬硬性和淬透。

良率就靠它了

　　热膨胀系数大，会使得模具寿命缩短、产品尺寸也会变差，且模具在热弯机高温下没有柔性会挤压模具，导致玻璃表面有严重的压痕。

　　例如某品牌面板玻璃要求71.65mm，POCO的GFLT-1实际尺寸为71.58mm，其它5个品牌的尺寸是71.48mm，如果玻璃热弯后超差太大，在后续钢化工艺中很难补偿。

　　难点：传统的石墨颗粒大小为20μ5μ，但是3D曲面玻璃模具的石墨颗粒要求要更小，否则模具表面会很粗糙。

　　颗粒密度过大会导致颗粒间的摩擦力增大，从而减短模具的寿命。

　　难点：石墨材料的纯度不足会导致模具出现糙点，并且在高温下石墨被氧化产生气泡现象，从而影响表面光洁度；。

　　解决办法：石墨纯度最好小于5ppm（ppm表示杂质含量，1ppm百万分之一）；硬度建议选择肖氏硬度60-100，在机加工及模具性能时间，考虑合理的平衡。

　　难点：3D玻璃本身有弯曲部分，在高温加工过程中石墨模具如果不能抗弯，就容易断裂；抗压强度不够时在石墨模具被施加一定的压力、连续工作的时候模具寿命会缩短。

　　解决办法：挠曲强度最好大于95MPa，抗压强度最好大于150MPa。

　　大小边公差±0.01mm，极致公差将要做到±0.005mm；平面度±0.01mm（玻璃本身升温降温过程也有差）。

　　模具的精度将直接影响玻璃的精度，比如模具精度±0.01mm，玻璃精度±0.015，或者模具精度±0.03，玻璃精度±0.05，模具精度做的低，玻璃精度会更低，后段即使再努力也无法满足产品的要求，因此，在整个加工过程中需要丰富的经验才能做到，编程、机床、刀柄、刀具、装夹、温度等累积公差的影响，所以，每个细节都要有独特的工艺，模具精度才能保证±0.01mm。

　　图：高精度的石墨专用CNC，拍摄于东方碳素。

　　目前大家比较少尝试两件套结构，而更注重三件或四件，三件加工中框的话，中框会顶到玻璃表面，会使玻璃表面严重压痕，后段扫光无法祛除，导致玻璃报废，目前工艺还不是很成熟。

　　石墨材料厚度和模具的合模高度、上下模厚度合理配比。

　　对于石墨模具光洁度的要求，正确的加工方案是在尽可能保证模具平面度的情况下，来提高表面光洁度。

　　这里涉及到一个问题，：石墨模具加工以后到底需不需要抛光。

　　其实在整个加工过程中难免会有刀痕，印迹在模具里面，当你在加工完后很难看清楚，这里有几个验证是否需要抛光的方法：。

　　1）选择细砂纸在凹模四个角表面轻轻抛一下，看刀痕是否很深。

　　3）在扫光加工过程中看是否能把刀痕扫掉，如果能扫掉无需抛光，如果扫不掉则模具需要抛光。

　　如果上述三个条件均满足，则不需要抛光，毕竟在抛光过程中很难保持石墨模具的平整度。

　　真正的石墨模具需要做的圆滑精准，才能做出3D好玻璃。

　　以下是东方碳素蔡总的演讲视频：（视频长度为7分20秒，建议在WiFi环境下观看）。

那么以上的内容就是关于激光淬火技术在模具表面处理中的应用与展望的介绍了，常用塑料模具零部件材料解析(doc7页)(完美版).pdf是小编整理汇总而成，希望能给大家带来帮助。