[發明專利]一種激光熔覆增材與磨拋減材復合的超硬模具制造方法

在審

• 申請號: 202111168103.5
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113579250A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 尹韶輝;舒成松
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/50;B22F10/64;B22F10/66;B33Y10/00;B33Y40/00;B33Y40/20
• 代理公司: 湖南岑信知識產權代理事務所(普通合伙) 43275
• 代理人: 劉洋

1.一種激光熔覆增材與磨拋減材復合的超硬模具制造方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟一、設計出所需要的模具，并導出該模具的加工代碼到數控裝置系統；

步驟二、激光熔覆增材加工，利用激光熔覆增材系統接收所述數控裝置系統發送的激光器信號，并根據該激光器信號在基板上的待沉積表面進行激光熔覆增材加工，得到由超硬合金材料形成的模具坯料；

步驟三、殘余應力消除，利用激光原位熱處理裝置消除激光熔覆增材加工過程中產生的殘余應力；

步驟四、磨削減材與誤差補償，利用五軸聯動超精密加工平臺對經過殘余應力消除的模具坯料進行減材磨削精密加工，并通過在位測量系統進行磨削精密加工的模具坯料的表面粗糙度及面型精度進行在位測量，實現減材磨削的誤差補償；

步驟五、超精密拋光與誤差補償，利用磁射流拋光裝置對進行磨削減材與誤差補償后的模具坯料進行超精密拋光，并通過在位測量系統對經過超精密拋光后的模具坯料的表面粗粗糙度及面型精度進行在位測量，實現減材磨削的誤差補償；

步驟六、交替增減材加工，重復步驟二至五，直至將模具坯料的表面粗糙度控制在5nm以下，面型形精度控制在200nm以下，得到超硬材料模具。

2.根據權利要求1所述的一種激光熔覆增材與磨拋減材復合的超硬模具制造方法，其特征在于：在步驟一中，所述模具包括光學模具和復雜型面型腔模具。

3.根據權利要求1或2所述的一種激光熔覆增材與磨拋減材復合的超硬模具制造方法，其特征在于：在步驟一中，所述模具由計算機上的設計軟件設計。

4.根據權利要求1所述的一種激光熔覆增材與磨拋減材復合的超硬模具制造方法，其特征在于：在步驟二中，所述超硬合金材料為碳化鎢、碳化硅、陶瓷及高溫合金。

5.根據權利要求1或4所述的一種激光熔覆增材與磨拋減材復合的超硬模具制造方法，其特征在于：在步驟二中，所述激光熔覆增材系統包括用于接收所述激光器信號并產生激光束的激光發生器、用于將激光束傳輸至待沉積表面的第一反光鏡、第二反光鏡以及第三反光鏡、用于接收數控裝置系統發送的送粉信號以進行送粉的送粉器、用于控制送粉量并進行粉末勻化的分粉器、用于將經過分粉器處理后的粉末送至待沉積表面的同軸送粉裝置以及用于對待沉積表面進行實時監測的監測系統。

6.根據權利要求5所述的一種激光熔覆增材與磨拋減材復合的超硬模具制造方法，其特征在于：在步驟二中，激光熔覆增材加工中，采用氮氣流保護，且激光功率為1500W，送粉速率為16g/min，激光掃描速度為450mm/min，同軸送粉裝置的同軸送粉激光頭與待沉積表面之間的距離為12.5mm，激光光斑直徑為3.2mm。

7.根據權利要求1所述的一種激光熔覆增材與磨拋減材復合的超硬模具制造方法，其特征在于：在步驟三中，所述激光原位熱處理裝置采用激光能量為850W的2.5kW Nd的YAG激光進行殘余應力消除。

8.根據權利要求1所述的一種激光熔覆增材與磨拋減材復合的超硬模具制造方法，其特征在于：在步驟四中，所述五軸聯動超精密加工平臺利用超聲輔助斜軸磨削裝置和磨削砂輪對經過殘余應力消除的模具坯料進行減材磨削精密加工，其中，磨削砂輪為#2000樹脂結合劑金剛石砂輪，砂輪直徑5mm，砂輪轉速為35000rpm，工件軸轉速為120rpm，進給速度為0.5mm/min，切深為0.3μm/pass。

9.根據權利要求1所述的一種激光熔覆增材與磨拋減材復合的超硬模具制造方法，其特征在于：在步驟四中，所述五軸聯動超精密加工平臺利用超聲輔助斜軸磨削裝置和磨削砂輪對經過殘余應力消除的模具坯料進行減材磨削精密加工，其中，磨削砂輪為#325鑄鐵基砂輪，砂輪直徑10mm，砂輪轉速為25000rpm，工件軸轉速為120rpm，進給速度為1mm/min，切深為1μm/pass。

10.根據權利要求1所述的一種激光熔覆增材與磨拋減材復合的超硬模具制造方法，其特征在于：在步驟五中，所述磁射流拋光裝置通過噴嘴噴出磁性復合流體對模具坯料表面進行超精密拋光，該噴嘴的直徑為1.5um、壓力為1Mpa、磁電流強度為1.2A，該磁性復合流體包括CeO₂顆粒和Fe顆粒，其中，CeO₂顆粒的體積分數為1%，顆粒直徑為1.2μm；Fe顆粒的體積分數為35%，顆粒直徑為1~2μm。