一種水下消除金屬模具應力的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于水下激光-等離子體沖擊波技術消除金屬模具應力的方法及裝置，可以用來消除各種金屬模具的不良殘余應力，屬于模具加工技術領域。
【背景技術】
[0002]金屬模具的大面與小面所形成的棱角要求清角(即大面、小面與棱所形成的幾何圖形的斷面要成直角)，這項工作一般采用冷擠壓成型，易使金屬內部晶格與晶界發(fā)生滑動和扭曲，從而產生加工應力。雖在裝成和焊接反面的加勁板時，焊接溫度將這種應力部分消除，但消除得并不均勻，而且焊接本身又帶來了新的應力一一焊接應力(熱應力和組織應力)，所以未經處理的金屬模具易發(fā)生扭曲和拱曲，剛性較差。
[0003]水下激光-等離子體沖擊表面預處理作為一種手段，早期的處理工序一般是在待處理工件表面直接涂覆一層黑色吸光漆，作為激光能量吸收層，再以水或者玻璃等透光材料作為約束層。在工件上直接涂覆黑色吸光涂料，使后處理過程中工件表面殘余涂料難以清理。另外，吸光涂料的厚度、均勻性不易控制，致使處理后工件表面易出現(xiàn)過熔、燒蝕、失穩(wěn)漣漪等表面質量問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明針對上述問題，提供的一種水下消除金屬模具應力的方法及裝置，目的是提供激光加工實用化和批量處理的水下激光沖擊處理金屬模具應力的方法和裝置，不需要對模具表面進行預處理，直接在水下對金屬模具進行沖擊處理，消除模具因清角造成的加工應力以及因焊接造成的熱應力與組織應力，使模具剛性提高。
[0005]本發(fā)明的一種水下消除金屬模具應力的方法，包括以下步驟:
[0006]a)根據模具材料及處理要求制作相應寬度、厚度和密度的激光吸收膜；
[0007]b)根據模具處理要求編制工作臺控制程序，用于控制工作臺運動路徑；
[0008]c)將模具安裝到夾具上，激光吸收膜安裝到吸收膜卷動系統(tǒng)上，水箱內注水并保持模具待處理表面以上的水層厚度恒定；
[0009]d)根據模具處理要求設定激光光斑尺寸，激光功率、激光脈寬等參數(shù)；
[0010]e)根據模具處理要求調整激光吸收膜覆蓋位置；
[0011]f)根據模具處理工藝優(yōu)化設定的參數(shù)發(fā)射激光脈沖，使脈沖光束透過水層照射到激光吸收膜上，使吸收層材料氣化、電離產生等離子體沖擊波，沖擊波在水層約束下反沖到模具表面，利用工作臺控制系統(tǒng)控制待加工模具按一定軌跡移動，逐點進行沖擊；
[0012]g)卸下加工好的模具，更換新的激光吸收膜，進行下一批次加工。
[0013]進一步地，發(fā)明提供了一種水下消除金屬模具應力的裝置，包括脈沖激光發(fā)生器、激光控制系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、工作臺、工作臺控制系統(tǒng)、吸收膜卷動系統(tǒng)，供水系統(tǒng)由水箱、水箱上方的進水系統(tǒng)、水箱下部的排水系統(tǒng)組成;激光控制系統(tǒng)包括PLC控制系統(tǒng)及人機操作界面，可在人機操作界面實現(xiàn)對激光輸出功率等工藝參數(shù)進行控制及顯示，并可對工藝參數(shù)進行存儲及自動運行;工作臺控制系統(tǒng)包括PLC控制系統(tǒng)及人機操作界面，可在人機操作界面實現(xiàn)對工作臺高度、水封層厚度、吸收膜卷動速率等工藝參數(shù)進行控制及顯示，并可對工藝參數(shù)進行存儲及自動運行;吸收膜卷動系統(tǒng)，安裝在水箱內，主要包括吸收膜卷筒及電機，吸收膜卷筒由電機帶動，可實現(xiàn)激光吸收膜的勻速傳輸，同時傳輸速度可在顯示屏上進行設置及顯示。
[0014]進一步地，利用水下激光-等離子體沖擊波作為加工手段，對模具表面進行逐點沖擊，使模具清角時因冷擠壓成形造成的加工應力、模具焊接時導致的熱應力和組織應力得以均勻消除，使模具的剛性增強。
[0015]進一步地，工作臺主要包括底座、夾具及吸收膜卷筒支撐架，吸收膜卷動系統(tǒng)安裝在所述的吸收膜卷筒支撐架上。
[0016]進一步地，工作臺控制系統(tǒng)可根據金屬模具應力消除過程中所需不同工藝參數(shù)，自動對激光輸出功率進行調節(jié)，實現(xiàn)不同種類金屬模具的連續(xù)處理。
[0017]進一步地，在線檢測系統(tǒng)可對吸收膜傳送狀態(tài)、供水系統(tǒng)出、入口狀態(tài)進行實時監(jiān)測并將檢測值顯示在人機操作界面。
[0018]綜上所述，本發(fā)明提供的一種基于水下激光-等離子體沖擊波技術消除金屬模具應力的方法及裝置，可對模具表面進行逐點沖擊，使模具清角時因冷擠壓成形造成的加工應力、模具焊接時導致的熱應力和組織應力得以均勻消除，使得模具剛性增強，具有加工效率高、應力消除效果好、加工成本低的特點，且可滿足不同種類金屬模具的連續(xù)處理。
【附圖說明】
:
[0019]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限制。附圖1是本發(fā)明的水下消除金屬模具應力的裝置示意圖。
【具體實施方式】
:
[0020]為了清楚地表達出本發(fā)明一種水下消除金屬模具應力的方法及裝置應用步驟特點，以下結合附圖列舉一個具體實施例做詳細說明。
[0021]1、根據模具(6)材料及處理要求制作相應寬度、厚度和密度的激光吸收膜(10);
[0022]2、根據模具(6)處理要求編制工作臺控制程序，用于控制工作臺(7)運動路徑；[0023 ] 3、將模具(6)安裝到夾具上，激光吸收膜(1)安裝到吸收膜卷動系統(tǒng)(11)上，水箱
(5)內注水并保持模具(6)待處理表面以上的水層厚度恒定；
[0024]4、根據模具(6)處理要求設定激光光斑尺寸，激光功率、激光脈寬等參數(shù)；
[0025]5、根據模具(6)處理要求調整激光吸收膜(10)覆蓋位置；
[0026]6、根據模具(6)處理工藝優(yōu)化設定的參數(shù)發(fā)射激光脈沖，使脈沖光束透過水層照射到激光吸收膜(10)上，使吸收層材料氣化、電離產生等離子體沖擊波，沖擊波在水層約束下反沖到模具(6)表面，利用工作臺控制系統(tǒng)(13)控制待加工模具(6)按一定軌跡移動，逐點進行沖擊；
[0027]7、卸下加工好的模具(6)，更換新的激光吸收膜(10)，進行下一批次加工。
[0028]本發(fā)明主要應用于金屬模具的應力消除，利用水下激光-等離子體沖擊波作為加工手段，對模具表面進行逐點沖擊，使模具清角時因冷擠壓成形造成的加工應力、模具焊接時導致的熱應力和組織應力得以均勻消除，使模具的剛性增強。
[0029]以上對本發(fā)明及其實施方式的描述是示意性的，沒有限制性，所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，做出其他實施例，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種水下消除金屬模具應力的方法，其特征在于包括以下步驟: a)根據模具(6)材料及處理要求制作相應寬度、厚度和密度的激光吸收膜(10); b)根據所述模具(6)處理要求編制工作臺控制程序，用于控制工作臺(7)運動路徑； c)將所述模具(6)安裝到夾具上，所述的激光吸收膜(10)安裝到吸收膜卷動系統(tǒng)(11)上，水箱(5)內注水并保持所述模具(6)待處理表面以上的水層厚度恒定； d)根據所述模具(6)處理要求設定激光光斑尺寸，激光功率、激光脈寬等參數(shù)； e)根據所述模具(6)處理要求調整所述激光吸收膜(10)覆蓋位置； f)根據所述模具(6)處理工藝優(yōu)化設定的參數(shù)發(fā)射激光脈沖，使脈沖光束透過水層照射到所述激光吸收膜(10)上，使吸收層材料氣化、電離產生等離子體沖擊波，沖擊波在水層約束下反沖到所述模具(6)表面，利用工作臺控制系統(tǒng)(13)控制待加工所述模具(6)按一定軌跡移動，逐點進行沖擊； g)卸下加工好的所述模具(6)，更換新的所述激光吸收膜(10)，進行下一批次加工。2.—種水下消除金屬模具應力的裝置，包括脈沖激光發(fā)生器(4)、激光控制系統(tǒng)(3)、供水系統(tǒng)、工作臺(7)、工作臺控制系統(tǒng)(I3)、在線檢測系統(tǒng)、吸收膜卷動系統(tǒng)(11)，其特征在于: 所述的供水系統(tǒng)由水箱(5)、所述水箱(5)上方的進水系統(tǒng)、所述水箱(5)下部的排水系統(tǒng)組成； 所述的激光控制系統(tǒng)(3)包括PLC控制系統(tǒng)及人機操作界面，可在所述的人機操作界面實現(xiàn)對激光輸出功率等工藝參數(shù)進行控制及顯示，并可對工藝參數(shù)進行存儲及自動運行； 所述的工作臺控制系統(tǒng)(13)包括PLC控制系統(tǒng)及人機操作界面，可在所述的人機操作界面實現(xiàn)對所述工作臺(7)高度、水封層厚度、吸收膜卷動速率等工藝參數(shù)進行控制及顯示，并可對工藝參數(shù)進行存儲及自動運行； 所述的吸收膜卷動系統(tǒng)(11)，安裝在所述水箱(5)內，主要包括吸收膜卷筒及電機，所述的吸收膜卷筒由所述的電機帶動，可實現(xiàn)所述的激光吸收膜(10)的勻速傳輸，同時傳輸速度可在顯示屏上進行設置及顯示。3.根據權利要求1所述的一種水下消除金屬模具應力的方法，其特征在于，利用水下激光-等離子體沖擊波作為加工手段，對模具表面進行逐點沖擊，使模具清角時因冷擠壓成形造成的加工應力、模具焊接時導致的熱應力和組織應力得以均勻消除，使模具的剛性增強。4.根據權利2所述的一種水下消除金屬模具應力的裝置，其特征在于，所述的工作臺(7)主要包括底座、夾具(12)及吸收膜卷筒支撐架，所述的吸收膜卷動系統(tǒng)(11)安裝在所述的吸收膜卷筒支撐架上。5.根據權利2所述的一種水下消除金屬模具應力的裝置，其特征在于，所述工作臺控制系統(tǒng)(13)可根據金屬模具應力消除過程中所需不同工藝參數(shù)，自動對激光輸出功率進行調節(jié)，實現(xiàn)不同種類金屬模具的連續(xù)處理。6.根據權利2所述的一種水下消除金屬模具應力的裝置，其特征在于，所述在線檢測系統(tǒng)可對吸收膜傳送狀態(tài)、所述供水系統(tǒng)出、入口狀態(tài)進行實時監(jiān)測并將檢測值顯示在人機操作界面。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水下消除金屬模具應力的方法和裝置。本發(fā)明的方法是利用水下激光-等離子體沖擊波作為加工手段，采用本發(fā)明的裝置，對模具表面進行逐點沖擊，使模具清角時因冷擠壓成形造成的加工應力、模具焊接時導致的熱應力和組織應力得以均勻消除，使模具的剛性增強。本發(fā)明與現(xiàn)有的金屬模具應力消除方法相比，具有高效、低能耗、低成本等優(yōu)點，解決了現(xiàn)有金屬模具應力消除設備效率低下、加工質量差、維護費用高、能耗高等問題。本發(fā)明提供的一種水下消除金屬模具應力的方法和裝置主要應用于模具制造以及快速成形行業(yè)的金屬模具應力消除。
【IPC分類】B23K26/12
【公開號】CN105537763
【申請?zhí)枴緾N201610102206
【發(fā)明人】梁明, 劉陽
【申請人】煙臺開元模具股份有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年2月25日