[發明專利]模具型腔表面等離子束強化方法及裝置

無效

• 申請號: 201110369558.3
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN102392104A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 王義強;張學昌;鄭堤;王龍山;賈志欣;華順明;王曉軍;劉立君
• 申請（專利權）人: 浙江大學寧波理工學院
• 主分類號: C21D1/06
• 分類號: C21D1/06;C23C8/36
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及一種模具型腔表面強化方法及裝置，尤其涉及一種模具型腔表面等離子束強化方法及裝置，屬于冷作模具、熱作模具的表面強化技術領域。

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背景技術

模具制造在工業發展中具有十分重要的作用，但其工作條件大多十分惡劣，常承受較大的沖擊負荷或高溫載荷，過快磨損或頻繁的熱疲勞失效導致模具成型企業生產效率降低、產品質量下降、生產成本提高。改善模具的耐磨和抗熱疲勞性能，提高模具的使用壽命是各國研究者正在研究并急待解決的重大問題之一。

在一般工藝條件下，強度與韌性之間往往存在著制約關系，材料強度增加，通常總伴隨著材料韌性降低。要求高強度的同時，又要求材料有較高的韌性，常常是很困難的。強韌化處理多種多樣，但歸結起來基本都是通過高溫淬火和高溫回火、低溫淬火等途徑來取得強韌化效果的：充分利用板條馬氏體和下貝體組織形態，盡量減少片狀馬氏體；細化鋼的奧氏體晶粒和過剩碳化物，獲得馬氏體與具有良好塑性的第二相的復合組織；模具表面強化處理工藝主要有氣體氮化法、離子氮化法、電火花表面強化法、滲硼法、TD法、CVD法、PVD法、BRN法、激光表面強化法、等離子噴涂法等等。但是，這些傳統處理方法常會在模具表面形成殘余張應力，降低模具的使用壽命，同時由于是對表面整體處理，其效率低、成本較高。

在對土壤動物的研究中，發現土壤動物出入于粘性較大的糞便和土壤中，經受磨損，能夠自由行動，身體很少粘附糞便和泥土，這是因為動物表面有一定的彈性，在外力的作用下，體表可吸收能量，發生彈性變形。同時凸起部位較硬，還含有一些其它元素，其作用是承受著糞便和土壤的擠壓與摩擦，抵抗磨損。對蜣螂、海生貝殼、穿山甲、蛇、蜥蜴等生物表面微觀結構分析，發現其表面軟硬組織呈現出一定的圖案。如海生貝殼，其表面由方向各異的交叉層片迭合而成，層片取向和凹凸度與貝殼的硬度、韌性密切相關。交叉迭層結構在阻止裂縫發展方向具有明顯優勢。因此，模仿生物表面結構和圖案已在某些工業技術領域得到了應用。

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發明內容

本發明的目的在于提供一種模具型腔表面等離子束強化方法及裝置，用于模仿生物表面結構和圖案在模具型腔表面生成有規律的強化單元以利于提高模具的耐磨性及抗熱疲勞性，借此解決現有模具型腔表面處理方法存在的模具表面存在殘余張應力、模具使用壽命降低以及表面整體處理導致的效率低、成本高的問題。

為了實現上述目的，本發明提供的模具型腔表面等離子束強化方法包括以下步驟：步驟1：將待處理的模具安裝在工作臺上；步驟2：調整等離子束發生器與待處理的模具型腔位姿，以使等離子束發生器與模具型腔表面達到最佳工作位置；步驟3：根據待處理的模具材料，確定工藝參數，調節等離子束能量；步驟4：根據模具型腔幾何特征，確定等離子束的強化軌跡；步驟5：根據強化軌跡，在模具型腔表面進行強化路徑測試，以檢測強化設備可能發生的干涉性；步驟6：等離子束流按照確定的速度和軌跡掃描模具型腔表面。

為了實現上述目的，本發明提供的模具型腔表面等離子束強化裝置包括：等離子束發生器，用于產生等離子束；能量束調節器，設于所述等離子束發生器，用于調節等離子束的能量密度；五自由度進給機構，所述五自由度進給機構包括工作臺和工作部，所述工作臺具有平移自由度、旋轉自由度，所述工作部具有互相垂直的兩個方向的平移自由度，且所述工作部上設有一個等離子束安裝軸，所述等離子束安裝軸具有旋轉自由度；控制系統，與所述等離子束發生器、能量束調節器和五自由度進給機構連接以控制、協調所述等離子束發生器、能量束調節器和五自由度進給機構的動作。

通過仿生理論設計出一種可以同時提高表面耐磨性、抗熱疲勞性的強化單元；并應用相應的設備加工出符合仿生功能要求的強化單元，本發明可以根據不同模具的工況，選用不同的強化形態、尺寸、分布規律的仿生圖案，獲得不同的性能，在模具型腔表面形成個性化網狀強化單元。借此，本發明不但可以增強模具型腔表面抗磨損性能、抗熱疲勞性能，大幅度提高模具的使用壽命，而且強化工藝簡單、成本較低。

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附圖說明

圖1為本發明裝置優選實施例運行時的結構簡圖；

圖2為本發明裝置優選實施例的五自由度進給機構結構示意圖；

圖3-圖5分別為本發明裝置優選實施例在模具型腔表面形成的菱形、人字形、魚骨形強化單元的圖案。

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具體實施方式

下面結合附圖及具體實施方式對本發明做進一步詳細說明。