¿Cómo mejora la tecnología de fortalecimiento láser la vida útil de los moldes?
Palabras clave: fortalecimiento con láser; molde; desgaste/vida útil
Con el rápido desarrollo de las industrias de automóviles y electrodomésticos de mi país, se han planteado requisitos más altos para la industria del molde. Cómo mejorar la calidad del procesamiento y la vida útil de los moldes siempre ha sido un tema que la gente explora constantemente. El uso de un tratamiento de fortalecimiento de superficies es una forma importante de mejorar la calidad y la vida útil de los moldes. Es de gran importancia para mejorar el rendimiento general de los moldes, reducir en gran medida los costos y aprovechar al máximo el potencial de los moldes tradicionales. Los procesos de tratamiento de fortalecimiento de la superficie del molde comúnmente utilizados incluyen el tratamiento térmico químico, como la cementación, la carbonitruración, etc. ***, tratamiento de compuestos de superficie*** como revestimiento de superficies, pulverización térmica, refuerzo de superficies por electroerosión, PVD y CVD, etc. ***Procesamiento de superficies y tratamiento mejorado*** como granallado, etc. *** La mayoría de estos métodos tienen procesos complicados, ciclos de procesamiento largos y grandes deformaciones después del procesamiento. En los últimos años, con la aparición de láseres de alta potencia y la aplicación cada vez más extendida y madura de la tecnología de procesamiento láser en la industria, se ha proporcionado un nuevo enfoque técnico para el fortalecimiento de la superficie del molde.
1 Método de tratamiento de fortalecimiento de superficies con láser
Los métodos de tratamiento de superficies con láser incluyen: endurecimiento por cambio de fase con láser***LTH***, tratamiento de fusión de superficies con láser***LSM** *, Recubrimiento y aleación de superficies por láser***LSC/LSA***, Deposición química de vapor de superficies por láser***LCVD***, Deposición física de vapor por láser***LPVD***, Choque por láser***LSH *** y Amorfización por láser, entre los cuales los métodos que se han desarrollado para mejorar la vida útil del molde incluyen el endurecimiento por cambio de fase por láser y la fusión y aleación de superficies por láser. Este artículo se centra en el mecanismo y el método de uso de la tecnología de endurecimiento por cambio de fase por láser para mejorar la vida útil del molde.
El endurecimiento por cambio de fase por láser***enfriamiento por láser*** utiliza luz láser para irradiar la superficie del metal, lo que hace que la superficie alcance rápidamente la temperatura de transformación de fase a una velocidad de calentamiento muy alta y forme austenita. hojas de rayo láser Finalmente, el "autoenfriamiento" se produce mediante la conducción de calor del propio metal, provocando una transformación martensítica en la superficie del metal. En comparación con el método de enfriamiento tradicional, el enfriamiento por láser se lleva a cabo en el proceso de calentamiento y enfriamiento rápido, con un gradiente de temperatura alto, formando así una capa de estructura de enfriamiento especial con una dureza extremadamente alta en la superficie, como refinamiento de grano, alta dislocación. densidad, etc. La dureza de su capa templada también es entre un 15% y un 20% mayor que la del temple ordinario. La profundidad de la capa endurecida puede alcanzar 0,1 ~ 2,5 mm, por lo que la resistencia al desgaste del molde se puede mejorar considerablemente y se puede extender la vida útil del molde.
2. Composición del sistema de procesamiento de fortalecimiento por láser
La Figura 1 es un diagrama esquemático del principio de funcionamiento del sistema de procesamiento de fortalecimiento por láser de enlace multieje. Consta de tres partes: la primera parte es el sistema láser, que consta del cabezal láser, la fuente de alimentación de excitación, el sistema de enfriamiento y el dispositivo de conversión digital a analógico derivado de la cavidad resonante; la segunda parte es la transmisión y conversión del haz; dispositivo, que guía el rayo láser hacia Al mismo tiempo, la distribución de intensidad espacial del rayo láser se transforma en la superficie de la pieza procesada para cumplir con los requisitos de tensión de diferentes partes en la superficie del molde, fortaleciendo así efectivamente el procesamiento. Una vez transformado el rayo láser, puede producir las unidades de refuerzo necesarias en la superficie del molde y, a través del enlace multieje del sistema CNC, se puede controlar la superficie tridimensional del molde y reforzar de forma rápida y eficaz el tercero; La parte es el sistema de control numérico por computadora que controla el movimiento multieje del cabezal de trabajo del láser y la mesa de trabajo CNC. La trayectoria del movimiento del rayo láser en relación con la pieza de trabajo determina la forma de la correa de refuerzo, logrando así el procesamiento de refuerzo por láser de la pieza. superficie compleja del molde.
3 Proceso de tratamiento de fortalecimiento con láser
3.1 Recubrimiento de pretratamiento de la superficie de la pieza de trabajo
Una vez determinado el láser, la capacidad del material metálico para absorber el láser depende principalmente de su estado superficial. Generalmente, la superficie de los materiales metálicos que requieren tratamiento con láser ha sido mecanizada, el valor de rugosidad de la superficie es muy pequeño y su reflectividad puede alcanzar del 80% al 90%, por lo que se refleja la mayor parte de la energía del láser. Para mejorar la tasa de absorción de radio en la superficie del metal, la superficie del material se trata antes del tratamiento térmico con láser. Esto a menudo se denomina tratamiento de ennegrecimiento.
Los métodos de pretratamiento de superficies incluyen fosfatado, mejora de la rugosidad de la superficie, oxidación, recubrimiento con brocha, recubrimiento y otros métodos. Entre ellos, el fósforo es el método químico y el método de recubrimiento con brocha. Los agregados de recubrimiento comúnmente utilizados incluyen grafito, negro de humo, fosfato de manganeso, fosfato de zinc, vidrio soluble, etc. También existen usos directos de tinta de carbón y pintura mate como recubrimientos de pretratamiento. Para algunos materiales de acero con bajo contenido de carbono, la superficie se tratará con polvo de negro de humo, que puede actuar como agente carburante durante el enfriamiento por láser. Utilizamos el líquido ennegrecedor ****86-1 tipo **** desarrollado por el Instituto de Óptica y Mecánica de Shanghai. El método de tratamiento es simple y se puede rociar directamente sobre la superficie de la pieza de trabajo. La tasa de absorción de radio alcanza más. del 90%.
3.2 Optimización del proceso piloto
El proceso piloto de endurecimiento por cambio de fase con radio incluye principalmente la potencia de salida del láser P, el tamaño del punto D y la velocidad de escaneo v. En otras condiciones, la profundidad H de la capa endurecida con radio tiene la siguiente relación con P, D y v: H = P/***D***. Para obtener el número de avance de proceso óptimo, el método básico es determinar un rango de número de avance de proceso basado en los datos exitosos existentes y luego tomar tres niveles de los tres factores P, D y v para hacer una tabla de prueba ortogonal en el muestra Realizar una investigación experimental sobre. La Figura 2 es la curva de relación entre la potencia del láser y la profundidad de la capa endurecida a diferentes velocidades de escaneo: hierro fundido de cromo-molibdeno, el material utilizado en la matriz de embutición profunda del soporte de la luz trasera del automóvil. La Figura 3 muestra la relación entre la velocidad de escaneo y la capa endurecida con diferentes potencias del láser. Se puede ver en la figura que, en términos generales, cuanto mayor es la potencia del láser, más profunda es la capa endurecida, mayor es la velocidad de escaneo y menos profunda es la capa endurecida; La Figura 4 muestra la relación entre la dureza de la capa endurecida y la profundidad de la capa endurecida en condiciones de potencia del láser P = 1200 W, velocidad de escaneo v = 15 mm/s y diámetro del punto D = 4,5 mm. Se puede observar que la dureza de la superficie del material ha mejorado significativamente después del tratamiento con láser.
4 Tensión residual y resistencia al desgaste de la capa endurecida
Durante el proceso de endurecimiento por láser, los cambios en la estructura superficial del material metálico y la generación y desaparición de la superficie del material en relación con la diferencia de temperatura interna provocará toda la tensión residual. El tamaño y la distribución de la tensión residual tienen una gran influencia en el efecto de endurecimiento por láser del molde. La distribución de la tensión residual a lo largo de la profundidad de la capa endurecida se muestra en la Figura 5. Como se puede ver en la Figura 5, el endurecimiento por cambio de fase con láser produce una gran tensión de compresión residual en la superficie del molde, lo que puede prevenir eficazmente la aparición de grietas por fatiga y mejorar la vida útil del molde.
La eficiencia resistente al desgaste de la superficie del molde está relacionada con muchos factores, como la microestructura del material, el tamaño del grano, la dureza, el estado de la superficie, etc., y todos estos factores son causados por el proceso de tratamiento. , el proceso de fortalecimiento con láser conduce a Afecta directamente la eficiencia de la resistencia al desgaste del molde. Las Figuras 6 y 7 muestran los efectos de la potencia del láser y la velocidad de escaneo sobre la resistencia al desgaste del acero 35CrMn. Se puede ver en la figura que dentro de un cierto rango, cuando la velocidad de escaneo es constante, aumentar la potencia mejorará la resistencia al desgaste; cuando la potencia es constante, aumentar la velocidad de escaneo también ayudará a mejorar la resistencia al desgaste. La Figura 8 muestra la comparación entre el desgaste del material 42CrMo después del tratamiento con láser ***P=1200W, v=55mm/s, D=3,5mm*** y después del tratamiento convencional. Se puede ver que el uso de tecnología de fortalecimiento con láser. Puede mejorar en gran medida el desgaste del material.
5 Conclusión
Mediante el tratamiento de fortalecimiento con láser de varios materiales de molde diferentes y la inspección y comparación con las condiciones de trabajo reales, se demuestra que el uso de la tecnología de fortalecimiento con láser puede mejorar en gran medida la La vida útil del molde y el efecto de fortalecimiento de las matrices de estampado en frío son más obvios. Por ejemplo, después de endurecer con láser el punzón de acero T8A y la matriz de acero Cr12Mo, la capa endurecida por láser alcanza los 0,15 mm, la dureza alcanza los 1200 HV y la vida útil mejora significativamente, de 25.000 piezas estampadas a 100.000 piezas. es decir, la vida útil mejora de 3 a 4 veces. Las ventajas de utilizar la tecnología de enfriamiento láser son:
***1*** El área se puede definir según las características de forma del molde y los requisitos de uso sin dañar la calidad de la superficie. Una vez que el molde se procesa con láser, se puede poner directamente en producción sin procesamiento posterior, lo que reduce el costo de fabricación del molde.
***2*** Mediante la preparación de un software especial de procesamiento de fortalecimiento por láser, optimización automática por computadora causada por el proceso de procesamiento por láser, simulación por computadora y monitoreo en tiempo real del proceso de procesamiento y la estructura de la superficie. después de que se pueda realizar el procesamiento con láser, la predicción por computadora de la estructura y la efectividad permite el tratamiento de superficies y la inteligencia artificial de moldes de formas complejas.
***3*** Utilizando tecnologías como la fusión y aleación por láser, se pueden obtener capas de aleación de cualquier composición y microestructura correspondiente en la superficie de materiales metálicos baratos, obteniendo así buenas propiedades mecánicas integrales. y mejorar la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión y la resistencia al calor de la superficie del material. Estas tecnologías se utilizan para reparar y fortalecer moldes desechados y tienen perspectivas de mercado más amplias.
Referencias:
1: [1] Jiang Changsheng, Jiang Yong. Forging Technology, 1993***4*** [2] Chen Daming, Xu Yourong. Investigación sobre la modificación de la capa de aleación de superficie dura en la superficie del acero con matriz de revestimiento láser, 1998****1*** [3. ] Chen Guangnan. Nueva tecnología de tratamiento térmico con láser y su aplicación. Tratamiento térmico de metales, 1998***7*** [4] Li Ruxun, Ping Xueliang. Investigación sobre el proceso de fortalecimiento continuo con radio del mecanizado eléctrico. ***6*** [5] Guan Zhenzhong. Manual de tecnología de procesamiento láser. China Metrology Press, 1998: China Metrology Press, 1998. [6] Liu Jianglong, Zou Zhirong. Tratamiento térmico por haz de alta energía. Machinery Industry Press, 1997: Machinery Industry Press, 1997.