[发明专利]一种模具激光强化工艺

说明书

技术领域

本发明属于激光热处理技术领域，特别涉及一种模具激光强化工艺。

背景技术

目前，模具行业日益的发展壮大，模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”。汽车工业是中国当今国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件、所以零部件所需的模具几千副。这样就带来的问题是模具的寿命问题、强化的效率问题、强化时模具的变形问题，以及优异的型腔性能。

现有技术中常用的模具的强化法包括：气体氮化法、离子氮化法、点火花表面强化法、渗硼、TD法、CVD法、PVD法、激光表面强化法、离子注入法、等离子喷涂法等等。

气体氮化法，使氮在氮化温度分解后产生活性氮原子，被金属表面吸收渗入钢中并且不断自表面向内扩散，形成氮化层。模具经氮化处理后，表面硬度可达HV950-1200，使模具具有很高的硬度和高的疲劳强度，但是在模具后期不容易去氮修复。

离子氮化法，将待处理的模具放在真空容器中，充以一定压力的含氮气体，然后以被处理模具作阴极，以真空容器的罩壁作阳极，在阴阳极之间加400-600V的直流电压，阴阳极间便产生辉光放电，容器中的气体被电离，在空间产生大量的电子和离子，在电场的作用下，正离子冲向阴极，以很高的速度轰击模具表面，形成高硬度层，由于需要真空室，大的模具就不容易实现强化。

电火花表面强化，是利用电能的高能量密度对模具表面进行强化处理的工艺，它是通过火花放电的作用。缺点是强化表面粗糙，强化厚度较薄，强化处理的效率低，容易变形。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的模具强化方法的局限性，以及数据上的技术缺陷，提供一种模具激光强化工艺。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种模具激光强化工艺，采用激光束垂直照射模具，激光束的出射光斑尺寸为10×1mm，焦距为350mm，激光光斑在模具上的扫描速度为300-400mm/min。

进一步的，所述激光束为光纤激光器发出的激光束，该激光束的出射波长为1060nm。

优选的，所述激光束的功率为1700-2400W，针对的层深为10μm-1000μm。

在模具的生产和修复时，当激光束照射到材料表面时，激光被材料吸收变为热能，表层材料受热升温。由于功率集中在一个很小的表面上，在很短的时间(10^-1～10^-7s)内即把材料加热到高温(加热速度高达10⁵～10⁹℃/s)，使材料发生固体相变、熔化甚至蒸发。当激光束被切断或移开后，材料表面冷速很快(冷速高达10⁴℃/s)，自然冷却就能实现表面强化。

为了免除选择模具表面强化工艺的费时费力且精确性不高的重复试验过程，合理规划激光强化工艺，如选择合适的激光功率、光斑直径、焦距、出射波长及扫描速度等因素都对模具表面强化有着重要的意义，控制不适当时，经常会会出现对工件有烧坏的情况发生。

本发明的模具激光强化工艺，合理地规划了激光强化工艺的激光功率、光斑直径、焦距、出射波长及扫描速度，可以降低反射率高的材料的反射处理，增加其大面积处理方法，避免变形，提高激光转换率，能够以省时省力而且最经济的方式提高模具表面性能改进的效果。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

一种模具激光强化工艺，采用光纤激光器发出的激光束垂直照射模具，激光束的出射光斑尺寸为10×1mm，焦距为350mm，激光光斑在模具上的扫描速度为300-400mm/min。该激光束的出射波长为1060nm，功率为1700-2400W。

在模具的生产和修复时，当激光束照射到材料表面时，激光被材料吸收变为热能，表层材料受热升温。由于功率集中在一个很小的表面上，在很短的时间(10-1～10-7s)内即把材料加热到高温(加热速度高达105～109℃/s)，使材料发生固体相变、熔化甚至蒸发。当激光束被切断或移开后，材料表面冷速很快(冷速高达104℃/s)，自然冷却就能实现表面强化。

为了免除选择模具表面强化工艺的费时费力且精确性不高的重复试验过程，合理规划激光强化工艺，如选择合适的激光功率、光斑直径、焦距、出射波长及扫描速度等因素都对模具表面强化有着重要的意义，控制不适当时，经常会会出现对工件有烧坏的情况发生。