[发明专利]一种对LED前照灯模具进行激光强化的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用激光对工件表面进行强化的装置和方法，尤其涉及一种对LED前照灯模具进行激光强化的装置及方法。

背景技术

LED (Light Emitting Diode)以其体积小、寿命长、能耗低、耐振动、启动时间快以及环保等优势，已经成为新一代的汽车光源技术的首选。但LED灯罩模具长期服役在在高温、高压、高应力和腐蚀的工况条件下,灯罩模具表面将不可避免地产生疲劳裂纹、磨损和变形等失效。塑料模具的失效不仅影响产品的质量而且增加生产成本,频繁更换模具更会导致生产量下降,给企业带来巨大的经济损失； 目前，对于LED前照灯模具强化延寿的方法主要是传统的修复方法（如堆焊、电镀等）和单一的激光熔覆或者激光冲击强化：专利号为CN201110367257.7的中国专利公开了一种适用于LED前照灯模具的激光热力效应强化方法，该方法主要是利用激光淬火和激光冲击的复合工艺来提高LED前照灯模具表面的硬度和强度，以使LED前照灯模具达到强化延寿的目的，然该方法仅限于对LED前照灯模具的强化延寿，却不能从根本上对LED前照灯模具已出现的疲劳裂纹缺陷加以解决。文献《脉冲Nd:YAG激光熔覆修复塑料模具工艺参数的优化》中公开了一种利用激光熔覆修复塑料模具方法研究，利用激光熔覆修复失效的塑料模具虽可在一定程度上提高模具的寿命，但在单一激光熔覆工艺过程中出现的夹杂、裂纹和气孔等缺陷却也限制着塑料模具的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对LED前照灯模具进行激光强化的装置及方法，用以消除LED前照灯模具熔覆层内的气孔、热裂纹等缺陷，降低熔覆层内的残余拉应力水平。

本发明的创新之处就在于充分结合了激光熔覆和激光冲击强化的特点，避免了常规加工方法中的焊接变形，热影响区大，易出现热裂纹，使用过程中易产生脱落、开裂等问题，有效解决了激光熔覆过程中易产生的裂纹、气孔等内部缺陷问题。先对LED前照灯模具进行激光熔覆修复，使熔覆层材料与基体形成良好的冶金结合，提高了金属表面的耐磨、耐蚀和抗氧化能力，显著提高了材料的疲劳强度和使用寿命。再对熔覆层进行激光冲击强化处理，在LED前照灯模具表面产生高幅值残余压应力,有效提高模具表面的微动疲劳抗力, 抑制了疲劳裂纹的萌生，降低了疲劳裂纹的扩展速率。因此这种处理方法将使材料的耐磨性、抗蚀性和疲劳强度得到大幅度提高,进而延长了LED前照灯模具的使用寿命。

本发明采取的技术方案为：一种对LED前照灯模具进行激光强化的装置，包括计算机控制处理系统、同轴送粉式激光熔覆单元、激光冲击强化单元和辅助工作系统，其中，计算机控制处理系统包括中央控制处理器、二氧化碳激光器控制器和YAG脉冲激光器控制器；所述二氧化碳激光器控制器和所述YAG激光器控制器均与所述中央控制处理器连接；所述同轴送粉式激光熔覆单元包括YAG脉冲激光器、氩气保护装置、第一全反射镜、第一导光管、可调节送粉器和同轴工作头；所述YAG脉冲激光器与所述YAG脉冲激光器控制器连接，所述氩气保护装置、所述可调节送粉器和所述同轴工作头分别与所述中央控制处理器连接，所述第一全反射镜、第一导光管和所述同轴工作头构成光路传送系统，所述可调节送粉器里的熔覆粉末通过所述同轴工作头输送到待加工工件表面；所述激光冲击强化单元包括二氧化碳激光器、第二全反射镜、第二导光管、光束转换及调节装置；所述二氧化碳激光器与所述二氧化碳激光器控制器连接，所述二氧化碳激光器、第二全反射镜、第二导光管、光束转换及调节装置组成光路传送系统；所述辅助工作系统包括五轴联动工作台、夹具和工作台控制器，所述夹具固定在所述五轴联动工作台上，所述五轴联动工作台与所述工作台控制器连接，所述工作台控制器与所述中央控制处理器连接。

上述方案中，还包括一个表面轮廓扫描仪，所述表面轮廓扫描仪与所述中央控制处理器连接。

一种对LED前照灯模具进行激光强化的方法，包括如下步骤。

A： 对待熔覆LED前照灯模具表面进行宏观检查，确定裂纹的位置，并用酒精或丙酮除去模具表面的油渍和污垢。

B： 把已处理好的LED前照灯模具放到五轴联动工作台上，将其定位好后用夹具固定夹紧。

C： 中央控制处理器通过数控操作台调节五轴联动工作台，使待熔覆LED前照灯模具处于同轴工作头下方，中央控制处理器发出反馈信号给YAG脉冲激光器控制器和同轴工作头，YAG脉冲激光器产生脉冲激光，经第一导光管、同轴工作头照射到LED前照灯凸模表面，同时由中央控制处理器控制的可调节送粉器将熔覆粉末经同轴工作头送入熔池，并启动氩气保护装置保护熔覆粉末以防氧化。