導(dǎo)語：激光淬火在汽車覆蓋件拉延模具的運(yùn)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】利用正交實驗所優(yōu)選的工藝參數(shù)對汽車覆蓋件拉延摸具GM246進(jìn)行激光淬火的實驗，實驗結(jié)果表明，當(dāng)P=3.5KW，光斑為3mm×24mm，掃描速度V=500mm/min時，獲得最佳的處理效果，硬度最高可達(dá)58HRC。采用此工藝參數(shù)對柳州某微型車尾門外板拉伸模凹模激光淬火處理后，修模率下降。

【關(guān)鍵詞】激光淬火；工藝參數(shù)；GM246汽車覆蓋件模具

1引言

在汽車制造業(yè)中,車身內(nèi)外眾多板件都是采用模具沖壓成型，隨著自動化生產(chǎn)線的普及和生產(chǎn)效率的提高，對模具表面耐磨程度要求越來越高。當(dāng)模具沖壓次數(shù)的達(dá)到一定數(shù)量后，模具的表面由于疲勞損傷，或者因為板料殘留的金屬粉末粘結(jié)附著在模具表面，導(dǎo)致在沖壓成型過程中拉毛，拉傷甚至拉裂工件現(xiàn)象非常普遍，這違背了汽車的制造工藝的質(zhì)量要求。由此可見，模具的表面狀態(tài)（特別是硬度和光潔度）直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量和模具使用壽命[1]。目前國內(nèi)汽車模具的熱處理仍以火焰淬火、感應(yīng)淬火和整體淬火為主，在淬火后的模具熱變形量大，表面質(zhì)量差及工藝的不均勻性大大地增加了后期的修模頻率，使得生產(chǎn)線頻繁停休，延誤生產(chǎn)，加大工人的勞動強(qiáng)度。激光淬火技術(shù)是采用高能量密度的激光直接作用于工件局部可以實現(xiàn)精確淬火且淬火后工件變形量小無污染。研究表明[2-5]，模具激光淬火技術(shù)比傳統(tǒng)人工火焰淬火得出金屬組織晶格更加細(xì)化，硬化層更加均勻，其優(yōu)勢在自動化生產(chǎn)中體現(xiàn)更加優(yōu)越。

2正交實驗激光淬火參數(shù)優(yōu)化

2.1試樣制備。實驗的基體材料為GM246,其主要成分見表1所示，硬度由OHL-689型硬度檢測儀測試為18HRC。激光淬火處理的試樣需經(jīng)過以下4個步驟處理。（1）用機(jī)加工的方法從廢舊模具上切下140cm*100cm*80cm的矩形塊。（2）用砂輪打磨除銹和用火焰除油。（3）用丙酮清洗并晾干，用中日合資上海蘇州美柯達(dá)探傷器材有限公司DPT-5型探傷劑著色探傷。（4）涂特殊配方的吸光材料做試樣的表面“黑化”處理。（5）用線切割的辦法沿激光掃描方向的試樣切割成矩形小塊并用鑲嵌機(jī)做成金相試樣。（6）用HVS-1000顯微硬度計測試淬火層的硬度。表1GM246的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）材料GM246C2.8-3.6Si1.5-2.6Mn0.5-1.0P<0.1Ni0.5-1.5Cr0.2-0.5Mo0.3-0.6Cu0.3-0.5S0.082.2實驗方法激光淬火處理采用的工藝參數(shù)采用正交實驗法，以激光功率P，光束模式及離焦量或（光斑直徑D），掃描速度V，為主要影響因子進(jìn)行3因素3水平方案設(shè)計見表2所示。因為汽車覆蓋件模具為大型模具考慮工作效率選擇寬帶掃描即用積分棱鏡調(diào)成矩形光斑，整個模具表面選擇搭接的方式進(jìn)行，搭接率根據(jù)相關(guān)參考文獻(xiàn)選擇20%。激光淬火工藝參數(shù)參考相關(guān)文獻(xiàn)[6，7]結(jié)合技術(shù)人員的經(jīng)驗制定。淬火層的硬度和淬火層的深度共同決定了模具的表面質(zhì)量狀況故需要對兩個指標(biāo)進(jìn)行雙指標(biāo)平衡分析見表3。由表3分析可知，對表面質(zhì)量影響最大的因素為激光功率，激光功率增加有利于提高表面硬度，這是因為增大功率使得激光照射的金屬區(qū)域內(nèi)迅速升溫達(dá)到了奧氏體的臨界溫度，控制了在熔點以下奧氏體的轉(zhuǎn)變，表層的金屬在隨后快速冷卻的過程中轉(zhuǎn)變成非常細(xì)的馬氏體，金屬表面的組織細(xì)化有利于硬度的提高。當(dāng)激光功率不變增大掃描速度，淬火層的厚度會減小，硬度也會降低，這是由于掃描速度過快，允許奧氏體相變的溫度范圍窄，奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的時間不充分造成的。從已有的9次試驗結(jié)果可知采用不同的工藝參數(shù)對試樣激光淬火均達(dá)到了相變溫度且雙指標(biāo)的最佳功率都為3500w，如繼續(xù)增加功率模具表面會出現(xiàn)熔化現(xiàn)象破壞了模具表面的形貌違背激光淬火處理模具的工藝原則，故不考慮繼續(xù)增加功率，即功率參數(shù)選擇3500w。光斑尺寸和掃描速度對表面淬火層的質(zhì)量影響相差不大，也即是改變一個參數(shù)對結(jié)果的影響較小。兩指標(biāo)的掃描速度最佳水平數(shù)不同分別為1水平和2水平，參考8號已做實驗選擇2水平即掃描速度為500mm/min。對9次實驗的結(jié)果直觀分析知道，寬帶掃描的光斑尺寸選擇1水平即3mm×24mm。

3生產(chǎn)應(yīng)用實踐

3.1激光淬火處理某品牌汽車尾門外板拉伸模凹模。經(jīng)過前期對柳州某微型汽車某型號尾門外板的生產(chǎn)狀況進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)：拉伸模達(dá)到17萬沖次后修模率達(dá)到52.5%，現(xiàn)行生產(chǎn)的尾門外板頂部拉傷甚至拉裂，頂部拉傷的主要原因為拉伸深度過深，模具筋條部位過硬（50HRC）而平面母材硬度較低（小于18HRC）致使拉伸時頂部走料多且快，兩側(cè)走料少向中間部位疊料起皺。故考慮采用正交實驗的優(yōu)選參數(shù)對新投產(chǎn)的凹模進(jìn)行激光淬火處理提高母材的硬度。激光淬火處理需經(jīng)以下流程見圖1所示。處理主要過程見圖2所示：a模具表面火焰去油，b模具表面黑化處理，c模具表面探傷劑探傷，d模具激光處理中，e模具表面處理后（光亮部分）。對處理前的尾門外板拉伸模凹模，用中日合資上海蘇州美柯達(dá)探傷器材有限公司DPT-5型探傷劑著色檢測模具的宏觀裂紋出現(xiàn)在筋條和R圓角處，處理后尾門外板拉伸模凹模采用金相顯微鏡檢測了激光淬火層的深度為0.42mm，用HVS-1000顯微硬度計檢測淬火層平均硬度為55HRC最高可達(dá)62HRC。3.2產(chǎn)線應(yīng)用效果。汽車尾門外板拉伸模凹模激光淬火后還需對模具進(jìn)行拋光以去除表面的銹跡，對硬度高的筋條和R圓角粗糙部分要進(jìn)行推磨修整，對由于模具表面由于材料的制造應(yīng)力等產(chǎn)生的較大裂紋和缺陷要進(jìn)行補(bǔ)焊和拋光處理。將經(jīng)過上述理后的凹模投入產(chǎn)線半年后比對發(fā)現(xiàn)，沖件的拉毛及拉皺現(xiàn)象明顯得到改善，在線修模率下降到5%左右。這是因為激光淬火處理后表面硬度高，摩擦系數(shù)小，在沖壓一段時間后表面會越用越光，越用越亮，有效地減少在沖壓過程中金屬積瘤對工件表面的拉傷。經(jīng)過激光處理后的模具也需要經(jīng)過后期精心的養(yǎng)護(hù)才能長期地保持其表面沖壓工件的質(zhì)量。模具養(yǎng)護(hù)要著力改善其使用環(huán)境，使用過程中對于模具的輕微粘結(jié)要細(xì)致推磨。

4結(jié)論

（1）通過對激光淬火工藝參數(shù)的正交實驗L9(34)分析可知，當(dāng)激光功率在2700w-3500w區(qū)間內(nèi)變動，激光功率對淬火的效果影響最大，掃描速度和光斑直徑的改變對淬火效果影響相差不大，但增加掃描速度會降低淬火層的深度和表面的硬度。綜合激光淬火的硬度和深度兩個指標(biāo)可知最優(yōu)的參數(shù)為：激光功率3500w，掃描速度500mm/min，光斑尺寸3mm×24mm，搭接率20%。（2）GM246模具鋼經(jīng)激光淬火后硬度由原來的18HRC提高到55HRC。其凹模模具在生產(chǎn)線上使用拉傷和拉裂現(xiàn)象明顯改善，在線修模停線率由最高的50%以上下降到5%左右，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。（3）汽車模具經(jīng)激光淬火后后續(xù)還需要精心養(yǎng)護(hù)，另外汽車模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、曲面較多，造成在淬火過程軌跡多變，找到最優(yōu)的工藝參數(shù)保持表面淬火的均勻性仍然是值得深入研究的一個問題。

作者:孫榮敏 林澎 馮樹強(qiáng) 單位:廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院 柳州金百匯激光技術(shù)有限公司

參考文獻(xiàn)

[1]侯琦,劉廣鑫,楊光,等.MoCr鑄鐵激光淬火組織及耐磨性能研究[J].應(yīng)用激光,2015,35（6）:657-660.

[2]陳喜峰,俞濤,雷其林,等.汽車摸具激光淬火技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展[J].材料熱處理技術(shù),2012,41（2）:201-202.

[3]周健,溫宗胤,李寶靈.CrMo鑄鐵汽車模具材料的激光表面處理[J].冶金工程,2007,27（1）:85-87.

[4]張志鵬.激光相變硬化和激光熔覆技術(shù)可以提高模具使用壽命[J].模具制造,2009(10):4-10.

[5]宋海龍,馮樹強(qiáng).激光強(qiáng)化技術(shù)在拉深模中的應(yīng)用[J]鍛壓技術(shù),2010（6）.

[6]林繼興,曹洪鋼,牛麗媛,等.基于正交實驗的H13模具鋼半導(dǎo)體激光淬火工藝優(yōu)化[J].應(yīng)用激光,2015,35(3):314-318.

[7]孫榮敏,胡義華,潘宇倩,等.激光淬火提高模具鋼Cr12使用壽命的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計[J].廣西輕工業(yè),2011,(12):70-71.