激光热处理在大型模具强化与修复方面潜力巨大,如在汽车制造业中汽车覆盖件用大型拉深模具的表面强化处理等。
由于模具尺寸大,通常用MoCr合金铸铁制造,这种合金铸铁表面原始硬度为300~350HV,传统的热处理方法不能对其进行有效的强化处理。采用激光相变强化技术,处理过程基本无畸变,硬度提高幅度大,表面质量好。
1)在激光相变过程中,工艺参数确定的原则是在不产生表面熔化的前提下,力求使强化表面得到较高的硬度和较深的硬化层。要注意保持扫描速度的稳定性和扫描过程中光斑的一致性;准确保持光束的照射角度,特别在空间曲面和圆角处;根据不同的工艺参数选择合理的光斑搭接。具体工艺参数等见本书第12.7.3节。
2)经激光相变处理后,淬硬层深度沿深度方向在0.1~0.2mm处的硬度达到最大值,显微硬度为700HV左右。在表面以下0.6mm处,硬度仍能保持在600HV,可以认为这就是淬硬层深度。
实例1 采用激光表面相变强化技术对数十套汽车大型模具进行处理,涉及载货汽车、微型车、轿车的内、外板拉深模、整形翻边模。经生产厂家实际生产使用,均达到了满意效果。
1)某微型车前隔板拉深模,材料为MoCr合金铸铁。激光处理前,拉深模表面硬度约40~46HRC。由于工作型面表面硬度偏低,使用中易发生粘模现象,导致冲压件被拉伤。生产过程中需要花费大量的时间对模具工作型面进行研磨抛光,维修率达10%。(www.daowen.com)
2)模具经激光相变处理后,硬度基本可提高到55~65HRC,有效硬化层深度为0.5~0.7mm。模具已加工40批共计11万件冲压件,零件拉伤问题得到有效控制,还减少了模具的维修时间与费用。
实例2 生产SC6350微型汽车纵梁前段厚板材拉延模一直是采用Cr12MoV钢制造,该模由12个镶块组合而成,由于镶块淬火时畸变较大,影响镶块间“接缝”质量,需要进行二次加工,因此模具的加工费用高,周期长,被加工件易出现拉伤问题。对此,改用激光淬火技术,由原12个Cr12MoV钢镶块改用球墨铸铁QT600-3整体铸造成形。对型面采用激光淬火强化处理,表面硬度可达58~62HRC,淬火后模具无畸变,只需对其表面稍作精细打磨,即可投入使用。与原制造工艺相比,模具采用激光淬火后,材料费用节约40%~60%,加工工时和刀具费用降低30%,模具寿命大幅度提高。
实例3 某微型汽车覆盖件冲压模原采用灰铸铁HT300制造,硬度仅有28~32HRC。模具使用时只能冲压几十件甚至几件就需要修模,严重影响了加工效率,并增加了工时费用。经表面激光淬火后,表面硬度可达58HRC以上,连续冲压5000件后换下模具检查,无须抛光处理仍可以连续使用。
实例4 某P20钢制大型塑料模具,采用火焰淬火对其表面强化处理,再进行镀硬铬,使用一段时间后发现某些部位镀铬层脱落。这是由于火焰淬火后硬度不均,在这些位置的淬火硬度较低,导致模具表面凹陷从而造成镀层脱落。采用激光淬火后,模具未发生类似现象。另外,激光淬火后得到的单相的隐针马氏体组织,提高了模具的硬度、耐蚀性和使用寿命。
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