今天給各位分享激光淬火技術(shù)在模具表面處理中的應(yīng)用與展望的知識，其中也會對常用塑料模具零部件材料解析(doc7頁)(完美版).pdf進(jìn)行分享，希望能對你有所幫助！

本文導(dǎo)讀目錄：

1、激光淬火技術(shù)在模具表面處理中的應(yīng)用與展望

2、常用塑料模具零部件材料解析(doc7頁)(完美版).pdf

3、良率就靠它了

激光淬火技術(shù)在模具表面處理中的應(yīng)用與展望

　　與傳統(tǒng)淬火后馬氏體形成的機理類似，都是通過加熱和迅速冷卻，但激光淬火的熱循環(huán)過程有所不同，常規(guī)淬火后的組織是通過冷卻介質(zhì)（水或油）快速冷卻，而激光淬火是鐵基合金在激光停止照射后，利用金屬本身的熱傳導(dǎo)發(fā)生“自淬火”而得到馬氏體組織。

　　激光表面硬化（激光淬火）主要有CO2激光和YAG激光，前者多用于黑色金屬大面積零件的表面改性，后者多用于有色金屬或小面積零件的表面改性。

　　它是通過高能密度的激光束以非接觸的方式掃描需要改性部位的金屬表面上，使其吸收光能后溫度以104～105℃/s的速度瞬間升高到奧氏體相變溫度以上，熔點溫度以下。

　　如此快的升溫過程有益于奧氏體形核，得到細(xì)小的奧氏體晶粒，隨后自身又以大于104℃/s冷卻速度進(jìn)行熱傳遞急速冷卻，由于加熱時間短，冷卻速度過快使奧氏體來不及均勻化，導(dǎo)致碳和合金元素分布不均，晶粒細(xì)小的奧氏體和奧氏體組織成分的差異都有利于最終獲得細(xì)小的馬氏體。

　　板條狀馬氏體和孿晶馬氏體是在經(jīng)激光淬火后常見的組織，其具有很高的位錯密度，一般可達(dá)1012cm2。

　　研究表明晶粒細(xì)小、極大的位錯密度是獲得超高硬度馬氏體的重要條件。

　　激光相變硬化是通過迅速升溫與迅速冷卻的加工方式，使工件表面產(chǎn)生極大的壓應(yīng)力，大小一般可達(dá)750MPa以上，在很大程度上改善了材料的疲勞強度，而且C.Soriano在研究激光淬火對球墨鑄鐵的影響時，發(fā)現(xiàn)淬火后的殘余應(yīng)力與組織的顯微硬度、顯微組織轉(zhuǎn)變有很大關(guān)系。

　　激光束照射在金屬表面會形成較高的溫度梯度，從而引起材料中的原子遷移現(xiàn)象，在一定深度范圍內(nèi)，不同結(jié)構(gòu)的組織層的形成與溫度有關(guān)，主要表現(xiàn)為隨溫度梯度分布的變化，組織的耐磨性、硬度以及其他性能也會發(fā)生相應(yīng)的變化，激光淬火后，金屬材料可按其組織層的不同可以分成三層。

　　該層直接受到激光束的照射，溫度升高和降低最快，過熱度和過冷度最大，在非平衡狀態(tài)下，基體組織以瞬間切變的形式轉(zhuǎn)為奧氏體組織，并伴隨著碳及各種合金元素進(jìn)行擴散和遷移。

　　元素原子時刻進(jìn)行著熱振動，振動的能量與溫度有密切關(guān)系，當(dāng)溫度較低時，原子所具有的能量不足以克服周圍原子對其束縛；當(dāng)溫度升高到一定程度時，原子可跨越勢壘，由原來的位置躍遷到其他位置，合金等元素由高濃度向低濃度擴散和遷移。

　　為了探究合金元素的擴散情況，人們通常采用動力學(xué)計算程序DICTRA來模擬。

　　上海交通大學(xué)何燕霖等對Fe、Al、Si合金中的元素進(jìn)行了不同溫度下元素擴散和遷移實驗，結(jié)果表明，計算結(jié)果和實驗結(jié)果比較吻合。

　　盡管有元素擴散和遷移，但是與常規(guī)的淬火相比，其擴散時間非常有限，使元素分布很不均勻，最終冷卻后得到的組織非常細(xì)小，位錯密度極高，而且在該層中的組織也不盡相同。

　　3材料表面預(yù)處理與影響相變硬化層性能的主要工藝參數(shù)。

　　金屬材料表面吸收光能的效率主要取決于材料的表面狀態(tài)，經(jīng)過機械加工后的模具，其表面粗糙度很小，其反射率高達(dá)80%～90%。

　　通常用磷化法、噴涂涂料法對金屬表面進(jìn)行預(yù)處理，以提高金屬表面對激光的吸收效率。

　　通過磷化法可以在材料表面生成均勻、細(xì)致的磷化酸金屬鹽磷化膜，其對材料表面的影響較小。

　　噴涂涂料法是在金屬表面涂上能夠很好吸收激光的涂層，在高功率激光的照射下，涂層具有很好的熱穩(wěn)定性，且導(dǎo)熱性高。

　　噴涂法工藝在金屬表面預(yù)處理中具有更大的優(yōu)越性，主要是涂料價格低廉、容易清除，在涂敷及激光處理過程中，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染[44]。

　　例如納米氧化物涂料，在溫度達(dá)到873K時仍能保持高而穩(wěn)定的吸收率，通常納米氧化物涂料對CO2激光吸收率達(dá)93.57%。

　　模具表面的顯微硬度、耐磨性與材料的顯微結(jié)構(gòu)、晶粒大小、表面狀態(tài)等因素有關(guān)，而這些因素直接受到工藝參數(shù)的影響，吸收激光能量的程度最終決定淬火后的組織性能。

　　主要工藝參數(shù)有：激光輸出功率（P）、掃描速度（v）和作用在材料表面上的光斑尺寸（D）。

　　三個參數(shù)對激光淬火后的硬化層深度（H）的影響關(guān)系式為：H∝P/(D×v)(1)由式（1）可知，激光相變硬化層的深度與激光輸出功率成正比，與掃描速度和作用在材料表面上的光斑尺寸成反比。

　　而且材料對激光的吸收率隨著溫度的升高而增加，關(guān)系式為TTT20℃[1+U(T20)]，其中TT為材料對激光的吸收率，T20℃為室溫條件下材料的吸收率，U為常數(shù)，T為材料的溫度。

　　為了使激光淬火效果達(dá)到最佳，必須考慮P、v、D等因素影響，為了簡化試驗量，可以通過正交試驗法分析各參數(shù)之間的相關(guān)性。

　　江蘇廣播電視大學(xué)吳健[46]對4Cr13不銹鋼進(jìn)行了正交試驗，結(jié)果見表1。

　　由表1可知，激光淬火工藝參數(shù)中的影響效果依次為P→D→v→PD→Pv。

　　激光輸出功率對硬化效果的影響是矛盾的，當(dāng)其超過一定范圍時，金屬表面由于溫度超過了熔化溫度會形成熔池，影響金屬表面的幾何形狀，反之激光強化效果將會減弱。

　　同樣掃描速度也不能過快，雖然隨著v的增加，激光淬火硬化效果增加，但是當(dāng)v超過臨界值后，由于加熱時間過短，激光淬火只能起到退火軟化作用。

　　采用激光淬火技術(shù)對模具處理時，通常根據(jù)模具的形狀特點和使用要求在指定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行淬火。

　　激光淬火后，模具表面的耐磨性較常規(guī)淬火、回火處理有顯著提高，從而延長了模具的有效使用時間。

　　例如福建農(nóng)林大學(xué)徐洪煙等研究了經(jīng)激光淬火后模具材料的性能變化，結(jié)果表明，模具表面組織的改變使其耐磨性增強，淬火后的殘余應(yīng)力也使模具材料的抗疲勞性顯著提高。

　　樊湘芳等對GCr15鋼沖模的母模進(jìn)行了激光表面淬火，試驗后，其表面硬度獲得提高，增強了母模型腔的抗沖擊能力，使模具壽命提高了20%以上。

　　常見的模具有冷作模、熱作模及塑料模，對于不同材料的模具，經(jīng)激光淬火后，組織性能有所不同。

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

　　用于加工的熱作模具材料都屬于中碳鋼，表面淬火的目的有提高高溫耐磨性、耐熱疲勞性、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圍較廣，從結(jié)構(gòu)鋼到工具鋼，從碳素鋼到合金鋼。

　　塑料模具對其表面的粗糙度要求很嚴(yán)格，但不要求很高的表面硬度，因此激光表面淬火處理多用于一些囊塊，其目的是提高囊塊的硬度。

常用塑料模具零部件材料解析(doc7頁)(完美版).pdf

　　塑料注射模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一套完整的模具有各種各樣的零件，各個零件在模具中所。

　　對于塑料注射模具，模具零件材料的基本要求如下。

　　良好的機械加工性能能夠延長加工刀具的壽命，提高切削性能，減小表面粗。

　　塑料制品的表面粗糙度和尺寸精度、模具的使用壽命等，都與模具表面的粗糙度、硬度。

　　因此，要求塑料注射模具的成型表面有足夠的硬度，其淬火硬度應(yīng)。

　　不低于55HRC，以便獲得較高的耐磨性，延長模具的使用壽命。

　　由于塑料注射模具在成型過程中反復(fù)受到壓應(yīng)力（注射機的鎖模力）和拉應(yīng)力（注射模。

　　型腔的注射壓力）的作用，特別是大中型和結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的注射模具，要求其模具零件材料。

　　必須有高的強度和良好的韌性，以滿足使用要求。

　　為了獲得高光潔表面的塑料制品，要求模具成型零件表面的粗糙度值小，因而要求對成。

　　為保證拋光效果，模具材料不應(yīng)有氣孔、雜質(zhì)。

　　模具材料經(jīng)常依靠熱處理來達(dá)到必要的硬度，這就要求材料具有較好的淬硬性和淬透。

良率就靠它了

　　熱膨脹系數(shù)大，會使得模具壽命縮短、產(chǎn)品尺寸也會變差，且模具在熱彎機高溫下沒有柔性會擠壓模具，導(dǎo)致玻璃表面有嚴(yán)重的壓痕。

　　例如某品牌面板玻璃要求71.65mm，POCO的GFLT-1實際尺寸為71.58mm，其它5個品牌的尺寸是71.48mm，如果玻璃熱彎后超差太大，在后續(xù)鋼化工藝中很難補償。

　　難點：傳統(tǒng)的石墨顆粒大小為20μ5μ，但是3D曲面玻璃模具的石墨顆粒要求要更小，否則模具表面會很粗糙。

　　顆粒密度過大會導(dǎo)致顆粒間的摩擦力增大，從而減短模具的壽命。

　　難點：石墨材料的純度不足會導(dǎo)致模具出現(xiàn)糙點，并且在高溫下石墨被氧化產(chǎn)生氣泡現(xiàn)象，從而影響表面光潔度；。

　　解決辦法：石墨純度最好小于5ppm（ppm表示雜質(zhì)含量，1ppm百萬分之一）；硬度建議選擇肖氏硬度60-100，在機加工及模具性能時間，考慮合理的平衡。

　　難點：3D玻璃本身有彎曲部分，在高溫加工過程中石墨模具如果不能抗彎，就容易斷裂；抗壓強度不夠時在石墨模具被施加一定的壓力、連續(xù)工作的時候模具壽命會縮短。

　　解決辦法：撓曲強度最好大于95MPa，抗壓強度最好大于150MPa。

　　大小邊公差±0.01mm，極致公差將要做到±0.005mm；平面度±0.01mm（玻璃本身升溫降溫過程也有差）。

　　模具的精度將直接影響玻璃的精度，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，玻璃精度會更低，后段即使再努力也無法滿足產(chǎn)品的要求，因此，在整個加工過程中需要豐富的經(jīng)驗才能做到，編程、機床、刀柄、刀具、裝夾、溫度等累積公差的影響，所以，每個細(xì)節(jié)都要有獨特的工藝，模具精度才能保證±0.01mm。

　　圖：高精度的石墨專用CNC，拍攝于東方碳素。

　　目前大家比較少嘗試兩件套結(jié)構(gòu)，而更注重三件或四件，三件加工中框的話，中框會頂?shù)讲ＡП砻妫瑫共ＡП砻鎳?yán)重壓痕，后段掃光無法祛除，導(dǎo)致玻璃報廢，目前工藝還不是很成熟。

　　石墨材料厚度和模具的合模高度、上下模厚度合理配比。

　　對于石墨模具光潔度的要求，正確的加工方案是在盡可能保證模具平面度的情況下，來提高表面光潔度。

　　這里涉及到一個問題，：石墨模具加工以后到底需不需要拋光。

　　其實在整個加工過程中難免會有刀痕，印跡在模具里面，當(dāng)你在加工完后很難看清楚，這里有幾個驗證是否需要拋光的方法：。

　　1）選擇細(xì)砂紙在凹模四個角表面輕輕拋一下，看刀痕是否很深。

　　3）在掃光加工過程中看是否能把刀痕掃掉，如果能掃掉無需拋光，如果掃不掉則模具需要拋光。

　　如果上述三個條件均滿足，則不需要拋光，畢竟在拋光過程中很難保持石墨模具的平整度。

　　真正的石墨模具需要做的圓滑精準(zhǔn)，才能做出3D好玻璃。

　　以下是東方碳素蔡總的演講視頻：（視頻長度為7分20秒，建議在WiFi環(huán)境下觀看）。

那么以上的內(nèi)容就是關(guān)于激光淬火技術(shù)在模具表面處理中的應(yīng)用與展望的介紹了，常用塑料模具零部件材料解析(doc7頁)(完美版).pdf是小編整理匯總而成，希望能給大家?guī)韼椭?/p>