[發明專利]采用激光同軸同步送粉法熔覆模具修復工藝

有效

• 申請號: 201910064211.4
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109536955B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 孫中剛;張華健;李峰;常輝;張文書
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 南京德銘知識產權代理事務所(普通合伙) 32362
• 代理人: 肖念

本發明公開了一種采用激光同軸同步送粉法熔覆模具修復工藝。本發明通過導入模具修復區的模型數據，利用計算機編程規劃修復路徑，采用激光熔覆同軸同步送粉熔覆的方式可對模具進行精確的修復，可實現自動化生產且修復后可直接上線使用，修復品可達到新品性能的80％大大縮短了修復周期和降低了維護成本；采用激光同軸同步送粉法熔覆模具修復工藝，激光本身能量穩定，對基材熱影響區較小又是清潔加工環保，而且熔覆修復層組織細密，微觀缺陷少零件修復后不會產生變形，解決了許多常規方法無法加工和很難加工的問題，可對工件的實現快速修復易實現自動化極大地提高了生產效率和加工質量。

技術領域

本發明涉及金屬冶金、模具加工及激光熔覆技術領域，具體涉及一種采用激光同軸同步送粉法熔覆模具修復工藝。

背景技術

20世紀80年代以來，我國模具工業發展迅速，根據我國模具業協會經營管理委員會編制的《全國模具專業廠基本情況》統計，我國模具需求量以15％以上的速度增長，高于國內GDP平均增值一倍多，發展十分活躍。目前我國熱作模具存在的主要問題是壽命較低，基本上使用一個月后就要檢修這也是我國目前無法與先進模具工業國家競爭的一個主要原因。

傳統的模具修復技術有焊接、熱噴涂、電火花沉積等，但是這些傳統修復技術都存在一定的問題：其中焊接修復熱輸入量大，熱影響區大易造成基體材料晶體粗大、模具變形量大；熱噴涂修復技術其能量不集中，易畸變開裂，涂層材料與基材同時存在物理粘附和冶金結合，氣孔率較高，均勻性較差；電火花沉積雖然與基體結合力好，但修復的厚度較薄且均勻性較差。

現有修復損壞模具的修復方式大多為電弧焊接的方法，雖然電弧焊接的修復具有成本較低、效率高、設備簡單、操作便攜等優點。但由于電弧焊接本身的特點，焊接后鋼中的組織晶粒相對粗大力學性能較差不能很好的滿足模具的使用要求除此之外電弧高的熱輸入量，基材的熱影響區很大，模具在熱應力的作用下易發生變形而修復后的模具需要重新做熱處理才能上線使用。

發明內容

本發明的目的是提供一種采用激光同軸同步送粉法熔覆模具修復工藝，對損傷失效的模具型腔表面進行修復，所述修復的模具材質為5CrNiMo熱作模具鋼，包括如下步驟：

(a)對已失效的模具損壞情況進行評估，確定失效模具待修復區域；

(b)對待修復區域表面進行處理，采用機械加工的方式去除表面存在的氧化皮及疲勞層；

(c)對待修復區域進行第一次探傷，采用磁粉探傷和超聲波無損探傷儀對待修復區域表面分別進行表面和內部探傷，若探傷結果顯示無裂紋缺陷則進入下一步驟(d)否則重新執行步驟(a)；

(d)對待修復區域進行實體掃描或對待修復區域通過測量軟件繪制建立三維模型；

(e)根據待修復區域三維模型使用Roobtmaster軟件進行激光熔覆過程的掃描路徑規劃，并進行實際熔覆掃描路徑模擬，避免修復過程中加工頭出現干涉及碰撞等情況；

(f)對修復區域進行清潔包括除去表面探傷劑、耦合劑等殘留物及浮銹，確保型腔表面清潔干燥；對熔覆修復所用鐵基自熔性合金粉末進行烘干處理；待修模具工位固定后進行預熱溫度為400℃，達到此溫度以上即可進行修復工作即執行下一步驟(g)；

(g)執行步驟(e)中已規劃的熔覆修復掃描路徑程序，以鐵基自熔性合金粉末作為熔覆粉末，采用激光同軸同步送粉法對待修復區的型腔表面進行熔覆，其中激光加工參數為：激光功率為2100～2500W，激光光斑大小為3mm，送粉量為15～25g/min，激光掃描速度為10～12mm/s，粉末輸送方式為氣載式輸送，載氣量為6.0～9.0L/min，熔池保護氣的氣流量為10L/min，粉末匯聚點與光斑重合距加工頭高度為30mm，多道搭接率為30～40％；

(h)修熔覆復結束后，將修復后模具放入保溫箱內，讓其緩冷至室溫；