一种激光微造型盒形拉深模具制造技术

本实用新型专利技术是一种激光微造型盒形拉深模具。其包括凸模、凹模和压边圈，其特征在于是在盒形拉深模具的凸、凹模表面不同区域设有通过激光微造型处理形成的呈疏密不等分布的凹坑微观几何形貌和金相组织，其中，微凹坑微观几何形貌的几何参数为：凹坑深度ｈ＝１－３０μｍ，凹坑直径Ｄ＝１０－４００μｍ，相邻两凹坑间的距离ｂ＝３０－６００μｍ。其优点是采用这种模具进行拉深成形时，模具表层材料微观上硬化、宏观上钉扎强化，显著提高了模具的耐磨抗磨性能；模具表面的微凹坑起到存储润滑油和聚集磨粒的作用，起到了润滑减磨和减摩的效果，减缓了金属的急剧变形，有效增大了薄板材的拉深变形量，解决了薄板材深拉深盒形件冲压中拉深工件的起皱和破裂问题。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及冲压拉深工艺，特指一种激光微造型盒形拉深模具。
技术介绍
随着现代塑性加工技术的进步，航空航天、汽车工业和3C产业的飞i发展, 复杂形状零件和难变形材料成形的需求越来越大，对模具的设计制造提出了更高 的要求。目前，模具表面处理是通过改变工件表层成分、几何形貌、组织或在表面沉 积镀层，能显著提高模具的硬度、耐磨性、疲劳强度、耐热性、耐蚀性、抗咬合 性。如热喷涂、等离子化学热处理、气相沉积、TD处理、离子注入、表面喷丸 等各种表面强化技术。但是在应用范围、工艺可控性、可重复性、加工效率和成 本、结合强度和密度等方面，具有或多或少的缺陷。近20年来迅速发展的激光表 面处理，无需考虑基体和涂层材料之间的相互作用，通过表面造型、熔凝(改形)、 表面淬火或表面合金化(改性)等改形改性手段，可以获得高性能的表面硬化层， 显著提髙模具性能和寿命。中国专利200410010847.4公开了一种刀具及模具刃口 激光淬火硬化处理方法，但该种方法仅仅是对工件进行表面改性处理，而没有对 工件表面进行改形处理。中国专利200710092843.9公开了一种薄板材深拉深盒形 件或异形件防起皱和破裂的方法，它是在拉深前将已剪好的板料上面(即与凸模 相接触的面)均匀涂上拉深油后，选择合适厚度的聚乙烯材料的薄膜，将其贴在 涂有拉深油一面的光板上，然后将板料放入拉深模具中，用液压机进行一次拉深 成形，然后取掉塑料薄膜。但其增加了手工加工工序，不利于实现自动化和进行 大批量生产。在盒形件拉深中，若对凸模与板料、凹模与板料接触表面有好的润 滑性，就会取得好的效果。这是因为盒形件凸缘部分向凹模流动的速度，在直边 部分和转角部分是不同的，转角部分尤其是成形开始时流动慢，其材料不足部分 由凸模圆角附近的伸长和从凸模底部流出的材料予以添补。如果润滑性不好，则 上述两部分材料流动就少，而且在凸模圆角处受到摩擦支撑作用的那部分材料基 本上不变形，那么，不受摩擦支撑作用的另一部分材料会因变形过于集中而易破 裂。由拉深的摩擦特性可知，拉深时为防止起皱，需对法兰外缘施加很较大的压 边力，全部压边力都由这个区域承担，是最主要的摩擦表面；拉深时，凹模转角区是处于最苛刻的摩擦条件下，经常发生粘着和咬焊；如果润滑性好，这些问题 都将得到明显的改善。另外，激光微造型技术已由不少学者在一些重要的摩擦副， 如缸套/活塞环、机械密封、以及推力轴承等方面应用，应用已经表明，激光微 造型在金属板料塑性成形方面的有效性和应用潜力，但是针对盒形拉深模具工作 表面的激光微造型尚未涉及。因此，本技术针对上述问题提出一种激光微造型盒形拉深模具，来改善 传统盒形拉深模具的性能。
技术实现思路
本技术的主要目的，在于提供一种激光微造型盒形拉深模具，其是将 激光微造型技术应用于盒形拉深模具的表面处理中，从而对盒形模具表面进行改 形和改性处理，以提高盒形模具表面机械和摩擦润滑性能，延长盒形模具的使用 寿命。为达到上述目的，本技术的技术方案是 一种激光微造型盒形拉深模具， 其包括凸模、凹模和压边圈，其特征在于是在盒形拉深模具的凸、凹模表面不同 区域设有通过激光微造型处理形成的呈疏密不等分布的凹坑微观几何形貌和金 相组织，其中，微凹坑微观几何形貌的几何参数为凹坑深度bl-30/ym，凹坑 直径D=10-400;/m ，相邻两凹坑间的距离b=30-600//m 。其中所述的凸、凹模表面不同区域为凸模圆角、侧壁和底面区，凹模凸缘和 圆角区。所述的凹坑微观几何形貌和金相组织的形成过程是根据盒形拉深模具工作 过程中，金属板料的流动特点、应力应变状态，以及接触表面的受力状态等，确 定需要进行激光微造型处理的局部工作表面，通过控制激光功率密度 (106-108W/cm2)、脉冲宽度(5ns-200卢)、脉冲频率(lKHz-6x 105Hz)等激光参数，在盒形拉深模具的凸、凹模表面不同区域，实施不同的激光微造型处理方 案，形成硬度高(HV800-1000)且呈疏密不等分布的微凹坑微观几何形貌和金 相组织。本技术的优点是板料和凸、凹模接触压力区的微造型微观形貌呈疏 密不等的分布，为封闭形状，且重复性好，其形貌可根据粗糙度、峰密度和凹坑 密度要求通过调整激光加工的参数精确控制；当用这种新型盒形拉深模具进行拉深成形时，由于模具表面经激光微造型处理，其表层材料在微观上产生硬化、在 宏观上产生钉扎强化，从而显著的提高了模具工作表面的性能；在主要的受力部 位表面，如凹模凸缘、凸模圆角等表面的微凹坑，既能起到存储润滑油和保持良 好润滑的作用，又能起到收集磨粒的作用，从而改善了模具表面的润滑状况，起 到了润滑减磨和减摩的效果，改善了材料的流动性，减缓了金属的急剧变形，使 金属变形过渡平稳，有效增大了薄板材的拉深变形量，在一定程度上，解决了薄 板材深拉深盒形件冲压中拉深工件的起皱和破裂问题。总之，采用本技术后，不仅显著地提高了模具自身的机械性能、摩擦 学性能、寿命，同时也改善了拉深成形过程中的工况，优化了拉深成形工艺。以下结合附图和实施例对本技术作进一步说明。附图说明图1是本技术的示意图图2是图1中B的放大图附图的图面数字说明如下图l: l-凸模；2-压边圈；3-板料；4-凹模；图2: 3-板料；4-凹模；5-凹坑；6-磨粒；7-硬化层；8-润滑油；h-凹坑深度；b-相邻两凹坑间的距离；D-凹坑直径具体实施方式下面以简单盒形拉深模具为例说明本技术的具体实施过程。激光加工设备YAG或Cq激光器。 盒形拉深模具材料为6W6Mo5Cr4V。本技术实例提供激光微造型盒形拉深模具的制备方法，其步骤为:第一步提供二极管泵浦YAG激光器基本参数为激光平均功率为15W， 脉冲宽度《70ra，脉冲频率为10、5xl()SHz。第二步选取拉深模具基体，其材料为6W6Mo5Cr4V。第三步驱动激光器，调整激光功率密度(106-108W/cm2)、脉冲宽度、脉 冲频率等激光参数，使高能量密度、高重复频率的脉冲激光沿凸模(1)圆角、 侧壁和底面区，凹模(4)凸缘和圆角区运动，并吹辅助气体，在盒形拉深模具 的凸、凹模表面不同的关键部位形成硬度极高(HV800-1100)且呈疏密不等分布 的凹坑状微观几何形貌。激光微造型部位模具表面的微观几何参数为凹坑深度h4-凹坑直径D=20-100//m ，相邻两凹坑间的距离b=30-600pm 。当用这种激光微造型盒形拉深模具进行拉深成形时，为了减小摩擦，改善 材料的流动性，需要分别在板料(3)和凹模(4)、板料(3)和凸模(4)之间 添加润滑油，随着凸模(1)的逐渐深入凹模(4)，润滑油进入了板料(3)表面， 并由于两表面间的巨大压力而形成介于流体动压润滑和干摩擦间的混合摩擦，从 而减小了摩擦力和板料的擦伤。盒形模具经上述处理后，显著提高了模具表面的摩擦学和机械性能，延长 了模具的使用寿命，改善了材料的流动性、变形均匀性等拉深成形工艺，提高了 拉深工件的深冲性、表面质量等性能。权利要求1. 一种激光微造型盒形拉深模具，其包括凸模、凹模和压边圈，其特征在于是在盒形拉深模具的凸、凹模表面不同区域设有通过激光微造型处理形成的呈疏密不等分布的凹坑微观几何形貌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光微造型盒形拉深模具，其包括凸模、凹模和压边圈，其特征在于是在盒形拉深模具的凸、凹模表面不同区域设有通过激光微造型处理形成的呈疏密不等分布的凹坑微观几何形貌和金相组织，其中，微凹坑微观几何形貌的几何参数为：凹坑深度ｈ＝１－３０μｍ，凹坑直径Ｄ＝１０－４００μｍ，相邻两凹坑间的距离ｂ＝３０－６００μｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：符永宏，米涛，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]