[發明專利]一種仿生梯度表面球鐵沖頭及其加工方法

有效

• 申請號: 202010328996.4
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111390136B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 周倜;陳震球
• 申請（專利權）人: 江蘇拜歐尼克智能科技有限公司
• 主分類號: B22D17/20
• 分類號: B22D17/20;C21D1/09;C21D5/00
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 王宗藝

1.一種仿生梯度表面球鐵沖頭，用于超高壓、高速推進壓鑄機，壓力4000噸以上，沖頭基材為球墨鑄鐵，表面帶有耐磨、減阻、輔助脫附的仿生模型；沖頭外壁經過高功率連續激光器進行激光熔凝強化處理，沖頭外壁表面加工出異距、異深度的仿生單元體，構建耐磨、抗疲勞仿生耦合表面；不同的單元體間距和深度分布決定了沖頭具有不同的耐磨性和抗疲勞性，

所述仿生單元體界面寬度1—6mm，深度0.3—1.5mm，單元體基本為片狀馬氏體組織，硬度控制在800—920HV，

從沖頭工作端面向連接端面位置延伸50mm的柱面區域，由A1、B1兩種單元體組合排布而成；其中A1單元體的寬度W_A1：1—2mm，深度H_A1：1.0—1.3mm，B1單元體寬度W_B1：4—6mm，深度H_B1：0.5—0.9mm，兩種單元體硬度相同，排列方式為ABBABBA，其中A1和B1單元體的間距為0.8—2mm，B1和B1單元體的間距為0.3—0.5mm；從柱面50mm區域位置到沖頭尾端，采用BAABAAB的排布方式，其中B1和A1單元體間距0.8—2mm，A1和A1單元體間距3—4mm。

2.根據權利要求1所述的一種仿生梯度表面球鐵沖頭的加工方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1.分析設計，

分析失效沖頭工作表面的失效形態，根據其表面工作溫度、受力狀態、工作過程中的磨損方式，以及各種失效形式對應的表面變化情況，結合沖頭表面與套筒磨損面的配合機制，對沖頭進行耦合仿生強化設計，建立沖頭工作表面仿生強化表面模型；

S2.預磨，

對沖頭表面進行預磨處理及清潔；

S3.強化，

采用激光熔凝的方法，將激光束在沖頭表面沿著預定軌跡進行掃描，使其表面熔化并快速凝固；在沖頭表面形成均勻分布、晶粒組織細化的仿生單元體。

3.根據權利要求2所述的一種仿生梯度表面球鐵沖頭的加工方法，其特征在于：對沖頭進行耦合仿生強化設計，包括從應力和應變雙重角度，根據沖頭表面的磨損速度，鋁液粘模情況以及沖頭和鑄件的失效情況特征進行差異性分布設計，設計異距、異深度仿生強化球墨鑄鐵沖頭。

4.根據權利要求3所述的一種仿生梯度表面球鐵沖頭的加工方法，其特征在于：強化步驟時，激光器為功率2000w—5000w光纖連續激光器，熔凝強化激光輸出功率800W-2000w，離焦量100±20mm，掃描速度0.5—20mm/s。

5.根據權利要求2或3所述的一種仿生梯度表面球鐵沖頭的加工方法，其特征在于：強化步驟時，沖頭工作柱面分為α、β兩個區域，計算每個區域單元體的加工條數，調整激光器參數，加工完成α區域和β區域的A類單元體；再調整激光器參數，加工完成α區域和β區域的B類單元體。

6.根據權利要求5所述的一種仿生梯度表面球鐵沖頭的加工方法，其特征在于：激光束在沖頭表面進行掃描時，通過機械手臂和變位機動作。