一種水下消除金屬模具應(yīng)力的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)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(shù)消除金屬模具應(yīng)力的方法及裝置，可以用來消除各種金屬模具的不良?xì)堄鄳?yīng)力，屬于模具加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[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(xiàng)工作一般采用冷擠壓成型，易使金屬內(nèi)部晶格與晶界發(fā)生滑動(dòng)和扭曲，從而產(chǎn)生加工應(yīng)力。雖在裝成和焊接反面的加勁板時(shí)，焊接溫度將這種應(yīng)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(yīng)力一一焊接應(yīng)力(熱應(yīng)力和組織應(yīng)力)，所以未經(jīng)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(yù)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(zhì)量問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)上述問題，提供的一種水下消除金屬模具應(yīng)力的方法及裝置，目的是提供激光加工實(shí)用化和批量處理的水下激光沖擊處理金屬模具應(yīng)力的方法和裝置，不需要對(duì)模具表面進(jìn)行預(yù)處理，直接在水下對(duì)金屬模具進(jìn)行沖擊處理，消除模具因清角造成的加工應(yīng)力以及因焊接造成的熱應(yīng)力與組織應(yīng)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(yīng)力的方法，包括以下步驟:
[0006]a)根據(jù)模具材料及處理要求制作相應(yīng)寬度、厚度和密度的激光吸收膜；
[0007]b)根據(jù)模具處理要求編制工作臺(tái)控制程序，用于控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)上，水箱內(nèi)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(jù)模具處理要求設(shè)定激光光斑尺寸，激光功率、激光脈寬等參數(shù)；
[0010]e)根據(jù)模具處理要求調(diào)整激光吸收膜覆蓋位置；
[0011]f)根據(jù)模具處理工藝優(yōu)化設(shè)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(chǎn)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(tái)控制系統(tǒng)控制待加工模具按一定軌跡移動(dòng)，逐點(diǎn)進(jìn)行沖擊；
[0012]g)卸下加工好的模具，更換新的激光吸收膜，進(jìn)行下一批次加工。
[0013]進(jìn)一步地，發(fā)明提供了一種水下消除金屬模具應(yīng)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(tái)、工作臺(tái)控制系統(tǒng)、吸收膜卷動(dòng)系統(tǒng)，供水系統(tǒng)由水箱、水箱上方的進(jìn)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(jī)操作界面，可在人機(jī)操作界面實(shí)現(xiàn)對(duì)激光輸出功率等工藝參數(shù)進(jìn)行控制及顯示，并可對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)及自動(dòng)運(yùn)行;工作臺(tái)控制系統(tǒng)包括PLC控制系統(tǒng)及人機(jī)操作界面，可在人機(jī)操作界面實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)高度、水封層厚度、吸收膜卷動(dòng)速率等工藝參數(shù)進(jìn)行控制及顯示，并可對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)及自動(dòng)運(yùn)行;吸收膜卷動(dòng)系統(tǒng)，安裝在水箱內(nèi)，主要包括吸收膜卷筒及電機(jī)，吸收膜卷筒由電機(jī)帶動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)激光吸收膜的勻速傳輸，同時(shí)傳輸速度可在顯示屏上進(jìn)行設(shè)置及顯示。
[0014]進(jìn)一步地，利用水下激光-等離子體沖擊波作為加工手段，對(duì)模具表面進(jìn)行逐點(diǎn)沖擊，使模具清角時(shí)因冷擠壓成形造成的加工應(yīng)力、模具焊接時(shí)導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力得以均勻消除，使模具的剛性增強(qiáng)。
[0015]進(jìn)一步地，工作臺(tái)主要包括底座、夾具及吸收膜卷筒支撐架，吸收膜卷動(dòng)系統(tǒng)安裝在所述的吸收膜卷筒支撐架上。
[0016]進(jìn)一步地，工作臺(tái)控制系統(tǒng)可根據(jù)金屬模具應(yīng)力消除過程中所需不同工藝參數(shù)，自動(dòng)對(duì)激光輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同種類金屬模具的連續(xù)處理。
[0017]進(jìn)一步地，在線檢測(cè)系統(tǒng)可對(duì)吸收膜傳送狀態(tài)、供水系統(tǒng)出、入口狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并將檢測(cè)值顯示在人機(jī)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(shù)消除金屬模具應(yīng)力的方法及裝置，可對(duì)模具表面進(jìn)行逐點(diǎn)沖擊，使模具清角時(shí)因冷擠壓成形造成的加工應(yīng)力、模具焊接時(shí)導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力得以均勻消除，使得模具剛性增強(qiáng)，具有加工效率高、應(yīng)力消除效果好、加工成本低的特點(diǎn)，且可滿足不同種類金屬模具的連續(xù)處理。
【附圖說明】
:
[0019]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限制。附圖1是本發(fā)明的水下消除金屬模具應(yīng)力的裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0020]為了清楚地表達(dá)出本發(fā)明一種水下消除金屬模具應(yīng)力的方法及裝置應(yīng)用步驟特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖列舉一個(gè)具體實(shí)施例做詳細(xì)說明。
[0021]1、根據(jù)模具(6)材料及處理要求制作相應(yīng)寬度、厚度和密度的激光吸收膜(10);
[0022]2、根據(jù)模具(6)處理要求編制工作臺(tái)控制程序，用于控制工作臺(tái)(7)運(yùn)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)(11)上，水箱
(5)內(nèi)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(jù)模具(6)處理要求設(shè)定激光光斑尺寸，激光功率、激光脈寬等參數(shù)；
[0025]5、根據(jù)模具(6)處理要求調(diào)整激光吸收膜(10)覆蓋位置；
[0026]6、根據(jù)模具(6)處理工藝優(yōu)化設(shè)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(chǎn)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(tái)控制系統(tǒng)(13)控制待加工模具(6)按一定軌跡移動(dòng)，逐點(diǎn)進(jìn)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(jìn)行下一批次加工。
[0028]本發(fā)明主要應(yīng)用于金屬模具的應(yīng)力消除，利用水下激光-等離子體沖擊波作為加工手段，對(duì)模具表面進(jìn)行逐點(diǎn)沖擊，使模具清角時(shí)因冷擠壓成形造成的加工應(yīng)力、模具焊接時(shí)導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力得以均勻消除，使模具的剛性增強(qiáng)。
[0029]以上對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式的描述是示意性的，沒有限制性，所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)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(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水下消除金屬模具應(yīng)力的方法，其特征在于包括以下步驟: a)根據(jù)模具(6)材料及處理要求制作相應(yīng)寬度、厚度和密度的激光吸收膜(10); b)根據(jù)所述模具(6)處理要求編制工作臺(tái)控制程序，用于控制工作臺(tái)(7)運(yùn)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)(11)上，水箱(5)內(nèi)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(jù)所述模具(6)處理要求設(shè)定激光光斑尺寸，激光功率、激光脈寬等參數(shù)； e)根據(jù)所述模具(6)處理要求調(diào)整所述激光吸收膜(10)覆蓋位置； f)根據(jù)所述模具(6)處理工藝優(yōu)化設(shè)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(chǎn)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(tái)控制系統(tǒng)(13)控制待加工所述模具(6)按一定軌跡移動(dòng)，逐點(diǎn)進(jìn)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(jìn)行下一批次加工。2.—種水下消除金屬模具應(yīng)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(tái)(7)、工作臺(tái)控制系統(tǒng)(I3)、在線檢測(cè)系統(tǒng)、吸收膜卷動(dòng)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(jìn)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(jī)操作界面，可在所述的人機(jī)操作界面實(shí)現(xiàn)對(duì)激光輸出功率等工藝參數(shù)進(jìn)行控制及顯示，并可對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)及自動(dòng)運(yùn)行； 所述的工作臺(tái)控制系統(tǒng)(13)包括PLC控制系統(tǒng)及人機(jī)操作界面，可在所述的人機(jī)操作界面實(shí)現(xiàn)對(duì)所述工作臺(tái)(7)高度、水封層厚度、吸收膜卷動(dòng)速率等工藝參數(shù)進(jìn)行控制及顯示，并可對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)及自動(dòng)運(yùn)行； 所述的吸收膜卷動(dòng)系統(tǒng)(11)，安裝在所述水箱(5)內(nèi)，主要包括吸收膜卷筒及電機(jī)，所述的吸收膜卷筒由所述的電機(jī)帶動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)所述的激光吸收膜(10)的勻速傳輸，同時(shí)傳輸速度可在顯示屏上進(jìn)行設(shè)置及顯示。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下消除金屬模具應(yīng)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(duì)模具表面進(jìn)行逐點(diǎn)沖擊，使模具清角時(shí)因冷擠壓成形造成的加工應(yīng)力、模具焊接時(shí)導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力得以均勻消除，使模具的剛性增強(qiáng)。4.根據(jù)權(quán)利2所述的一種水下消除金屬模具應(yīng)力的裝置，其特征在于，所述的工作臺(tái)(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(dòng)系統(tǒng)(11)安裝在所述的吸收膜卷筒支撐架上。5.根據(jù)權(quán)利2所述的一種水下消除金屬模具應(yīng)力的裝置，其特征在于，所述工作臺(tái)控制系統(tǒng)(13)可根據(jù)金屬模具應(yīng)力消除過程中所需不同工藝參數(shù)，自動(dòng)對(duì)激光輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同種類金屬模具的連續(xù)處理。6.根據(jù)權(quán)利2所述的一種水下消除金屬模具應(yīng)力的裝置，其特征在于，所述在線檢測(cè)系統(tǒng)可對(duì)吸收膜傳送狀態(tài)、所述供水系統(tǒng)出、入口狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并將檢測(cè)值顯示在人機(jī)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(yīng)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(duì)模具表面進(jìn)行逐點(diǎn)沖擊，使模具清角時(shí)因冷擠壓成形造成的加工應(yīng)力、模具焊接時(shí)導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力得以均勻消除，使模具的剛性增強(qiáng)。本發(fā)明與現(xiàn)有的金屬模具應(yīng)力消除方法相比，具有高效、低能耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)，解決了現(xiàn)有金屬模具應(yīng)力消除設(shè)備效率低下、加工質(zhì)量差、維護(hù)費(fèi)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(yīng)力的方法和裝置主要應(yīng)用于模具制造以及快速成形行業(yè)的金屬模具應(yīng)力消除。
【IPC分類】B23K26/12
【公開號(hào)】CN105537763
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610102206
【發(fā)明人】梁明, 劉陽
【申請(qǐng)人】煙臺(tái)開元模具股份有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年2月25日