基于Cr12MoV冷冲模具刃口激光修复工艺研究

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冷作模具钢Cr12MoV具有良好的淬透性、耐磨性以及高硬度等特点,被广泛应用于制作耐磨性要求较高、承受较大冲击负荷的冷冲模具。冷冲模具在服役一段时间后,由于模具与板材间的挤压摩擦,会使模具刃口处出现磨损、变形等现象,这是导致冷冲模具失效的主要原因。选择具有良好的润湿性、耐磨性及耐腐蚀性的镍基自熔性粉末混合高硬度和耐磨性的碳化钨陶瓷粉末作为冷冲模具刃口的修复材料,利用激光熔覆技术可以有效地修复模具的磨损区域,提高模具的综合性能,延长其使用寿命。通过在企业的实地考察,了解实际冲裁的加工过程、掌握冷冲模具性能的技术要求,为激光修复失效模具研究的开展奠定基础。课题前期,基于实验室累积的数据资料以及查询相关参考文献总结得出,在Cr12MoV冷作模具钢表面上熔覆WC/Ni合金粉末的大致工艺参数范围。并在此范围内开展正交实验,通过极差分析法与方差分析法的相互验证,总结了影响熔覆层高、宽及熔池深度尺寸的主要因素,将激光能量密度与粉末面密度的比值作为评价指标,结合熔覆层截面形貌分析,确定了合理的比值范围,初步拟定了较优的工艺参数。根据冷冲模具的性能要求,对不同参数组合制备得到的熔覆层进行硬度、结合强度、红硬性以及耐磨性的检测研究。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等表征手段分析了熔覆层宏观形貌、显微组织及物相组成,并对其组织与性能的变化规律进行分析,找寻能够修复冷冲模具的最佳熔覆参数,为接下来模具刃口的实际修复做准备。采用激光头垂直于地面(水平面)的修复工艺,需要先寻找满足模具性能的离焦量范围,用以确定模具刃口预处理坡口的角度。为减少熔覆试验次数,利用生死单元技术建立激光熔覆的仿真模型,模拟不同的离焦量对激光熔覆过程产生的影响。使用倒置金相显微镜观测与仿真模拟对应的熔覆实验制备出的熔覆层,进一步阐述了离焦量对制备出的熔覆层质量产生的影响。对比垂直于地面与垂直于基体表面的两种熔覆工艺,分别在不同倾斜角度的基体表面上制备WC/Ni熔覆层。根据熔覆层的平均硬度检测值以及被加工板料实测数据建立有限元仿真模型,使用磨损累计法对其求解,得出符合预期的使用寿命后,利用光纤激光器搭配回转夹具对冲头进行修复,并将修复后的冲头参与实际冲裁,验证激光修复冷冲模具的可行性以及有限元仿真模型的可靠性。
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