[发明专利]一种激光熔覆氮化制备高硬度、高强度刀模的方法

说明书

本发明公开了一种激光熔覆氮化制备高硬度、高强度刀模的方法，包括以下步骤：S1，根据所制备的刀模设计图纸，利用专业的制图软件绘制刀模三维模型，保存为三维文件格式；S2，将S1中保存的文件载入切片软件，设置激光熔覆设备的激光功率、打印层厚、激光扫描速度以及送粉路参数，并生成相应的G代码；S3，将S2中生成的G代码导入激光熔覆设备上位机中；S4，将成形基体放置到成形平台，根据预设要求调节光斑大小、送粉量、载气气流量和保护气气流量；S5，打印刀模初胚；S6，对S5中打印的刀模初胚进行精加工，切削出刀锋，即可制备成高硬度、高强度刀模。通过采用激光束熔融金属粉末使其沉积成形并采用氮气保护，氮气渗入金属表面，从而提高了金属表面的强度。

技术领域

本发明涉及刀模制造技术领域，特别涉及一种激光熔覆氮化制备高硬度、高强度刀模的方法。

背景技术

刀模是模切行业中比较常用的产品，一般用于冲压出所需的模切产品的形状。随着经济的快速发展，刀模应用领域也变得十分广泛，例如电子材料、印刷包装、塑料包装、皮革、玩具、汽车、装璜、橡胶制品、EVA以及各种泡棉、精密电子垫片、麦拉片、铭板、柔性线路板等行业都有刀模的应用。刀模在产品制造中有着举足轻重的作用。目前，刀模的制备主要有激光刀模、雕刻刀模、蚀刻刀模等方式。但是，不管哪种方式制备，制备周期都是繁琐的，例如雕刻刀模，精度可达到0.03 mm，也是刀模制备中应用最多的一种制备方式，但制备工序却达到18道工序之多，工艺繁琐，制备周期长。在新冠肺炎爆发之际，其主要原因就是口罩模具制备周期长，导致口罩紧俏。其次，刀模的制备属于一种减材的方式，在一定程度上对环境污染。

增材制造技术也称为3D打印技术，其将复杂的三维加工过程转化为平面加工过程，是一种创新型数字化制造技术，彻底改变了传统制造模式。整个成形过程包括：三维模型建立、分层切片、逐层堆积、最终成形这四个步骤。它具有数字化、智能化、柔性制造、无模具快速自由成形、制造周期短、工艺流程简单、与传统工艺相容性好，扩展性强，适应面广等技术特点。

对于刀模来说，判断一个刀模的性能好坏的重要指标就是耐磨性和硬度，对于传统制备模具一般选用高碳钢作为原材料，并需经过多次热处理才能到达所需的性能，金属3D打印过程是金属粉末快速熔融、快速凝固的过程，成形件的性能相当于锻件性能。但对金属3D打印来说高碳钢往往会带来孔洞、裂纹等缺陷，选用低碳钢则耐磨性和硬度达不到要求，选用其他类型金属材料（例如高熵合金），制备成本则会大大提高。

其次，随着技术的不断进步，材料也开始从单一性能的材料向多功能材料材料发展，例如既需要材料内部具有良好的延展性，外部具有高硬度。梯度功能材料为这一需求提供了帮助，但是由于高温梯度和不同材料之间的热膨胀系数不匹配而产生的残余应力和变形会产生有害影响。所以，如何设计不同成分之间的组成梯度来减少成形过程中诱发的残余应力是研究梯度功能材料的重要之所在。

激光氮化处理是目前金属表面强化的一种方式，通过激光束的高能量使金属表面微熔，使氮气渗入金属表面，从而提高金属表面的强度。激光熔覆技术是通过气体将金属粉体传送到激光头，在激光头中心处汇聚成一束粉流，并通过中心激光使其熔融沉积，在沉积过程中为了防止熔池氧化，还会有保护气保护熔池。

因此，本发明提出了一种激光熔覆氮化制备高硬度、高强度刀模的方法，本方法利用在激光熔覆过程中载气和保护气实现金属粉在沉积过程中的氮化，实现了高性能刀模的制备。该方法不仅缩短了制备刀模的周期，还提高了刀模的性能，提高了刀模的使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种激光熔覆氮化制备高硬度、高强度刀模的方法，利用在激光熔覆过程中载气和保护气实现金属粉在沉积过程中的氮化，实现了高性能刀模的制备。为了解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

本发明的一种激光熔覆氮化制备高硬度、高强度刀模的方法，包括以下步骤：

S1，根据所制备的刀模设计图纸，利用专业的制图软件绘制刀模三维模型，保存为三维文件格式；