李會山 楊洗陳 王云山 張大鵬 . pE
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(1.軍事交通學(xué)院汽車系 天津 300161 2.天津工業(yè)大學(xué)激光工程中心 天津 300160) -#M~NbI,  
摘要:利用激光熔敷合金粉末的方法對模具進行了修復(fù)。研究了工藝參數(shù)對熔敷效果的影響，并對其修復(fù)過程進行了分析。結(jié)果表明，預(yù)處理、送粉量、激光的掃描速度是決定模具修復(fù)質(zhì)量的關(guān)鍵。通過優(yōu)化工藝參數(shù)、機體預(yù)熱的方法可以提高模具修復(fù)質(zhì)量。 0$Db@  
關(guān)鍵詞:激光熔敷;模具;工藝參數(shù);修復(fù)質(zhì)量 NJ!#0[@C  
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    模具使用壽命取決于抗磨損和抗機械損傷能力，一旦磨損過度或機械損傷，須經(jīng)修復(fù)才能恢復(fù)使用。目前可采用的修復(fù)技術(shù)有電鍍、電弧或火焰堆焊、熱噴涂(火焰、等離子)等。電鍍層一般很薄，不超過0.3mm，而且與基體結(jié)合差，形狀損壞部位難于修復(fù)，在堆焊、熱噴涂或噴焊時，熱量注入大，能量不集中，模具熱影響區(qū)大，易畸變甚至開裂，噴涂層稀釋率大，降低了基體和材料的性能。 BQ)43Rr>  
    利用激光熔覆的方法可實現(xiàn)對模具的修復(fù)。用高功率激光束以恒定功率P與熱粉流同時入射到模具表面上，一部分入射光被反射，一部分光被吸收，瞬時被吸收的能量超過臨界值后，金屬熔化產(chǎn)生熔池，然后快速凝固形成冶金結(jié)合的覆層，如圖1所示。圖中α為熔覆層寬度、h為熔覆厚度、hm為熔化深度、α為接觸角。激光束根據(jù)CAD二次開發(fā)的應(yīng)用程序給定的路線，來回掃描逐線逐層地修復(fù)模具。由于激光束的高能密度所產(chǎn)生的近似絕熱的快速加熱，對基體的熱影響較小，引起的畸變可以忽略，特別是經(jīng)過修復(fù)后的模具幾乎不需再加工。 w/Dm  
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1 激光修復(fù)系統(tǒng) rX d2[pp  
    激光修復(fù)技術(shù)是集高功率激光、計算機、數(shù)控機床、CAD/ CAM、先進材料、數(shù)控技術(shù)等多學(xué)科的應(yīng)用技術(shù)。修復(fù)系統(tǒng)主要由硬件設(shè)備和制造過程軟件組成。硬件設(shè)備包括激光器、數(shù)控系統(tǒng)及工作臺、送粉裝置、光路系統(tǒng)、水冷裝置、保護氣系統(tǒng)和在線控制所涉及的數(shù)據(jù)采集裝置。軟件系統(tǒng)包括制造零件成型軟件擻據(jù)通訊和在線控制軟件。激光修復(fù)過程如圖2所示。CO2激光器發(fā)出的激光經(jīng)CNC數(shù)控機床Z軸(垂直工作臺)反射鏡后，進入三維光束成形聚焦組合鏡，再進入同軸送粉工作頭，組合鏡和工作頭都固定在機床Z軸上，由數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)一控制。載氣式送粉器將粉末均勻輸送到分粉器的同軸送粉工作頭。模具位于CNC數(shù)控工作臺X-Y平面上，根據(jù)CNC指令，工作臺、組合鏡和送粉頭按給定的CAD程序運動。同時加入激光和粉末，逐層熔敷。在溫度檢測和控制系統(tǒng)作用下，使模具恢復(fù)原始尺寸。為保證熔覆材料(金屬粉末)和基體(模具)材料實現(xiàn)冶金結(jié)合，以及模具的尺寸精度、表面光潔度和材料性能，需將φ50mm圓形多模1kW-5kW高功率激光束變換成強度均勻分布的圓形光束，光斑尺寸可調(diào)(光路系統(tǒng))，并配有水冷系統(tǒng)和光束頭氣體保護系統(tǒng)，同時需重點考慮同軸送粉裝置和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的設(shè)計。

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1.1 同軸送粉裝置