【摘 要】
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S136D模具钢是一种塑料模具钢,主要应用于塑料制品的成型。模具表面的平滑程度会严重影响到产品的质量,通常利用机械、化学或电化学的作用,对工件表面进行减材加工处理,以产生更光滑、平正的表面,但是这样不仅浪费了原材料,而且具有成本高、废物难处理等问题。激光抛光是一种非接触式表面抛光技术,可以在不损耗自身材料的情况下,对材料表面进行抛光处理。本论文拟采用激光对S136D模具钢进行抛光,研究内容如下:(
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S136D模具钢是一种塑料模具钢,主要应用于塑料制品的成型。模具表面的平滑程度会严重影响到产品的质量,通常利用机械、化学或电化学的作用,对工件表面进行减材加工处理,以产生更光滑、平正的表面,但是这样不仅浪费了原材料,而且具有成本高、废物难处理等问题。激光抛光是一种非接触式表面抛光技术,可以在不损耗自身材料的情况下,对材料表面进行抛光处理。本论文拟采用激光对S136D模具钢进行抛光,研究内容如下:(1)在现有条件下,对S136D模具钢进行了大量激光抛光实验,分析了激光功率、扫描速度、扫描间距等参数对表面粗糙度的影响,为了进一步降低表面粗糙度,采取了双激光抛光方式,实验结果表明,在仅有连续激光的作用下能大幅度降低表面粗糙度,粗糙度从7.973μm降至0.872μm,降低率达89.06%,在双激光的作用下,粗糙度进一步降低至0.67μm,相对于初始表面,粗糙度降低率达91.6%。(2)对连续激光、双激光以及凸起结构进行了数值模拟,分析了熔池中速度、温度以及毛细力和热毛细力的变化,描述了在不同时刻和不同位置毛细力和热毛细力分别占主导地位,为了更精确的模拟表面凸起,在凸起结构的数值模拟中加入了活性元素P和S,结合温度、速度以及毛细力和热毛细力,分析了凸起结构产生的原因,并通过实验进行了验证。结果表明,在连续激光模拟中,模拟熔池宽度为353.3μm,实际熔池宽度为408.6μm,与实际尺寸相比,模拟误差为13.5%。在凸起结构模拟中,凸起参数l1、l2、l3误差分别为2.58%、42.2%、9.3%。(3)对不同能量密度以及双激光抛光后的材料表面亚表层进行了微观组织分析,描述了亚表层各区域的元素变化,解释了在高能量密度情况下重熔层硬度的下降,分析了材料表面物相及α-Fe、γ-Fe的质量分数的变化,并对材料表面的残余应力及耐腐蚀性能进行了测试,实验结果表明,相对于基体,在1500J/cm~2、3000J/cm~2时其硬度和杨氏模量均有提高,在4500J/cm~2时硬度和杨氏模量有所降低。在三种能量密度以及双激光抛光下的耐腐蚀性能均要高于初始样品。而且经过激光抛光后的材料存在残余应力,残余应力会随能量密度的增加而增加,双激光抛光后的残余应力会大于单激光。
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