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【摘要】利用正交實驗所優選的工藝參數對汽車覆蓋件拉延摸具GM246進行激光淬火的實驗，實驗結果表明，當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58HRC。采用此工藝參數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。

【關鍵詞】激光淬火；工藝參數；GM246汽車覆蓋件模具

1引言

在汽車制造業中,車身內外眾多板件都是采用模具沖壓成型，隨著自動化生產線的普及和生產效率的提高，對模具表面耐磨程度要求越來越高。當模具沖壓次數的達到一定數量后，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附著在模具表面，導致在沖壓成型過程中拉毛，拉傷甚至拉裂工件現象非常普遍，這違背了汽車的制造工藝的質量要求。由此可見，模具的表面狀態（特別是硬度和光潔度）直接影響到產品質量和模具使用壽命[1]。目前國內汽車模具的熱處理仍以火焰淬火、感應淬火和整體淬火為主，在淬火后的模具熱變形量大，表面質量差及工藝的不均勻性大大地增加了后期的修模頻率，使得生產線頻繁停休，延誤生產，加大工人的勞動強度。激光淬火技術是采用高能量密度的激光直接作用于工件局部可以實現精確淬火且淬火后工件變形量小無污染。研究表明[2-5]，模具激光淬火技術比傳統人工火焰淬火得出金屬組織晶格更加細化，硬化層更加均勻，其優勢在自動化生產中體現更加優越。

2正交實驗激光淬火參數優化

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過以下4個步驟處理。（1）用機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的化學成分（質量分數%）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，為主要影響因子進行3因素3水平方案設計見表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成矩形光斑，整個模具表面選擇搭接的方式進行，搭接率根據相關參考文獻選擇20%。激光淬火工藝參數參考相關文獻[6，7]結合技術人員的經驗制定。淬火層的硬度和淬火層的深度共同決定了模具的表面質量狀況故需要對兩個指標進行雙指標平衡分析見表3。由表3分析可知，對表面質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域內迅速升溫達到了奧氏體的臨界溫度，控制了在熔點以下奧氏體的轉變，表層的金屬在隨后快速冷卻的過程中轉變成非常細的馬氏體，金屬表面的組織細化有利于硬度的提高。當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，奧氏體向馬氏體轉變的時間不充分造成的。從已有的9次試驗結果可知采用不同的工藝參數對試樣激光淬火均達到了相變溫度且雙指標的最佳功率都為3500w，如繼續增加功率模具表面會出現熔化現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，故不考慮繼續增加功率，即功率參數選擇3500w。光斑尺寸和掃描速度對表面淬火層的質量影響相差不大，也即是改變一個參數對結果的影響較小。兩指標的掃描速度最佳水平數不同分別為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生產應用實踐

3.1激光淬火處理某品牌汽車尾門外板拉伸模凹模。經過前期對柳州某微型汽車某型號尾門外板的生產狀況進行調研發現：拉伸模達到17萬沖次后修模率達到52.5%，現行生產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，兩側走料少向中間部位疊料起皺。故考慮采用正交實驗的優選參數對新投產的凹模進行激光淬火處理提高母材的硬度。激光淬火處理需經以下流程見圖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62HRC。3.2產線應用效果。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圓角粗糙部分要進行推磨修整，對由于模具表面由于材料的制造應力等產生的較大裂紋和缺陷要進行補焊和拋光處理。將經過上述理后的凹模投入產線半年后比對發現，沖件的拉毛及拉皺現象明顯得到改善，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。經過激光處理后的模具也需要經過后期精心的養護才能長期地保持其表面沖壓工件的質量。模具養護要著力改善其使用環境，使用過程中對于模具的輕微粘結要細致推磨。

4結論

（1）通過對激光淬火工藝參數的正交實驗L9(34)分析可知，當激光功率在2700w-3500w區間內變動，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可知最優的參數為：激光功率3500w，掃描速度500mm/min，光斑尺寸3mm×24mm，搭接率20%。（2）GM246模具鋼經激光淬火后硬度由原來的18HRC提高到55HRC。其凹模模具在生產線上使用拉傷和拉裂現象明顯改善，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度，提高了生產效率。（3）汽車模具經激光淬火后后續還需要精心養護，另外汽車模具結構復雜、曲面較多，造成在淬火過程軌跡多變，找到最優的工藝參數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 單位:廣西科技大學鹿山學院 柳州金百匯激光技術有限公司

參考文獻

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