[發明專利]一種光內同軸送絲輔助激光熔注模具表面耦合仿生修復方法

有效

• 申請號: 201310436613.5
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103710698A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 劉立君;王義強;李繼強
• 申請（專利權）人: 浙江大學寧波理工學院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B23K26/34
• 代理公司: 寧波市鄞州甬致專利代理事務所(普通合伙) 33228
• 代理人: 代忠炯

技術領域

?本發明屬于金屬材料加工領域。

背景技術

模具是工業生產的基礎工藝裝備，在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產品中，60%~80%的零部件都要依靠模具成形。以寧波為例，寧波被授予“中國模具之都”，寧波模具企業近年來發展迅速，鑄造模已占全國的60%以上，壓鑄模占40%以上，粉末冶金模占25%以上，塑料模占全國16%。到2012年底，僅余姚、慈溪、寧海、北侖、象山等寧波市五大主要模具加工區域模具加工的企業超過10000家，從業人員達50萬余人，模具產值達到320億元，商品模突破100億元，其中模具出口30億元，五年平均增長率超過25％。雖然我國模具生產發展很快，但與國外先進水平相比還有很大差距，主要表現在制造周期長、制造精度低、模具壽命短等方面，其中模具壽命短的問題尤為突出。如國內普通壓鑄模具壽命一般為3-10萬模次，國外可達到10-35萬模次，對于那些要求保留壓鑄表面的制品，模具壽命有時僅有1-2萬模次。模具壽命短直接導致資源浪費和生產成本的上升，因此，開展模具修復再造理論和方法的研究，延長模具使用壽命，具有重要的現實意義。如果通過模具修復再造提高模具壽命20%以上，不僅會給企業帶來巨大經濟效益，還可以優化資源配置，節約貴重金屬材料，降低能源消耗，具有顯著的社會效益。

自然界生物在優勝劣汰的生存環境，形成了能以最小材料和能源消耗獲得最佳功能的最優結構，生物的這種結構是由材料、表面形態、結構多因素耦合形成的，依據相似性原理，在模具修復表面模仿形成這樣的結構也可以獲得優良的性能。

發明內容

本發明提供一種光內同軸送絲輔助激光熔注模具表面耦合仿生修復方法，在模具失效表面利用光內同軸送絲輔助激光熔注加工的方法，對表面進行耦合仿生修復再造。所述對表面進行耦合仿生修復再造包括從仿生和減小應力應變雙重角度，根據模具表面磨損、熱疲勞裂紋及其周圍有失效傾向區域特征進行歸一化分類，設計光內同軸送絲輔助激光熔注模具表面耦合仿生修復再造模型。所述采用激光光內同軸送絲方式，送絲速度為1.0~20m/min，送絲速度誤差小于5%，焊絲直徑為0.1~1.6mm。所述激光熔注采用后側熔注陶瓷顆粒，送粉速度1～200?mg/s，顆粒尺寸為10nm～1.0mm，在仿生單元體中陶瓷的體積分數為10%～50%，熔注層厚度0.01～2.0mm。所述陶瓷包括TiC、WC和SiC。所述耦合仿生修復是按模具表面耦合仿生修復再造模型，在模具表面激光熔注陶瓷顆粒而成仿生結構體，條形仿生單元體寬度W1為0.05～4.0mm，條形仿生單元體深度L1為0.1～3.0mm，圓形仿生單元體間距W2為0.5～10.0mm，圓形仿生單元體深度L2為0.1～3.0mm，?圓形仿生單元體直徑d為0.05～4.0mm，條形仿生單元體曲度θ為10～180度。

附圖說明

圖1模具表面仿生修復系統結構框圖

圖2?光內同軸送絲輔助激光熔注制備多尺度陶瓷復合材料層示意圖

圖3模具修復表面耦合仿生結構體示意圖

其中：?W1條形仿生單元體寬度???L1條形仿生單元體深度??W2圓形仿生單元體間距??L2圓形仿生單元體深度??d圓形仿生單元體直徑??θ條形仿生單元體曲度。

具體實施方式

本發明突破了傳統模具修復概念，從仿生和減小應力應變雙重角度，對模具表面磨損、裂紋及其附近有失效傾向區域進行聯合修復再造。光內同軸送絲輔助激光熔注模具表面仿生修復系統如圖1所示，下面分別詳細說明。

模具表面仿生修復失效區域特征歸一化模型：根據模具表面溫度場、速度場、壓力場及其多循環變化曲線，建立熱作模具型芯、型腔的等效應力場，結合典型熱作模具待修復失效區域幾何特征，建立等效應力場與模具修復失效區域幾何特征的關聯模型，對熱作模具待修復表面失效區域幾何特征進行預測。結合預測失效區域不同幾何特征，以模具待修復表面形態、材料、結構為研究對象，從模具表面仿生修復角度，對模具表面磨損、熱疲勞裂紋及其周圍有失效傾向區域特征進行歸一化處理，設計模具表面仿生修復失效區域特征歸一化模型。