專利名稱：一種金屬塑性成形模具織構(gòu)化自潤(rùn)滑處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模具的潤(rùn)滑方式，特指一種金屬塑性成形模具自潤(rùn)滑處理方法。
背景技術(shù)：
金屬壓力加工過(guò)程中，變形金屬在塑性變形時(shí)相對(duì)于模具表面產(chǎn)生定向流動(dòng)，從而在變形體與模具界面上產(chǎn)生摩擦和摩擦力，它不僅使金屬變形抗力增大、引起變形的不均勻，同時(shí)還會(huì)造成模具的磨損，大大降低模具使用壽命。磨損是影響模具壽命的決定性因素，例如在高溫成形過(guò)程中，模具壽命因磨損而失效的情況超過(guò)70%。對(duì)于金屬塑性成形模具(如拉延、擠壓、軋制、精鍛等模具)，研究和解決在高壓、大切應(yīng)變率條件下模具的摩擦磨損和潤(rùn)滑問(wèn)題已成為制約工藝成敗的關(guān)鍵。由于成形過(guò)程中，變形金屬處于粘塑性流動(dòng)狀態(tài)且新生表面不斷產(chǎn)生，造成潤(rùn)滑條件惡劣、摩擦磨損機(jī)制多變而復(fù)雜。為此，使用一般潤(rùn)滑方法很難奏效，必須尋找到一種有效的潤(rùn)滑方法。例如，對(duì)于金屬板料拉延模具，金屬板料與模具表面之間的摩擦通常處于“邊界摩擦”狀態(tài)，而且是一種很復(fù)雜的非均勻分布的摩擦狀態(tài)。一般沖壓成形中常采用調(diào)節(jié)壓邊力和設(shè)置拉延筋的方法控制拉延過(guò)程板料的流動(dòng)，防止沖壓件起皺和開裂。但對(duì)于形狀復(fù)雜或深度大的沖壓件來(lái)說(shuō)，由于成形過(guò)程中金屬材料的流動(dòng)在各個(gè)區(qū)域的不一致，如果僅靠板料周圍施加壓邊力和均勻的摩擦潤(rùn)滑條件，則容易導(dǎo)致沖壓件有些部位起皺，有些部位變薄嚴(yán)重甚至產(chǎn)生開裂，從而影響成形件質(zhì)量。通過(guò)在模具表面特定區(qū)域預(yù)先增設(shè)固體潤(rùn)滑劑，可以優(yōu)化模具表面的摩擦分布，改善材料的流動(dòng)，提高模具的壽命和制品質(zhì)量。再如對(duì)于冷精鍛模具，在精鍛加工過(guò)程中，坯料在室溫下變形，坯料和模具間存在很高的接觸壓力(0. 8 2. 5Gpa),由于變形熱和摩擦熱的存在，使得坯料和模具間很容易發(fā)生粘結(jié)。因而要求潤(rùn)滑劑具有良好的極壓性和黏著性。目前冷精鍛模上所采用油基潤(rùn)滑， 由于滲漏、溢出和對(duì)潤(rùn)滑劑的處理不當(dāng)?shù)仍颍瑫?huì)造成環(huán)境污染。而采用固體潤(rùn)滑劑噴涂方式，則易造成模具工作表面噴涂不均勻、以及潤(rùn)滑劑粉末四處飛揚(yáng)，污染環(huán)境和影響操作人員的健康。本田美國(guó)制造公司在2001年公開的中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?9802569.0)中提出一種干膜潤(rùn)滑劑在沖壓模具和鍛造模具上的施用方法，具體通過(guò)先在模具型面上鍍一層硬鉻，再涂上干膜潤(rùn)滑劑，以提高模具的使用壽命。但電鍍工藝存在尖端沉積效應(yīng)，影響鍍層質(zhì)量，且鍍層與干膜潤(rùn)滑劑的結(jié)合強(qiáng)度也存在一定的局限性。2005年公開的中國(guó)專利 (申請(qǐng)?zhí)?00410061182.X)提出了一種水輪發(fā)電機(jī)鑲嵌軸承套用固體潤(rùn)滑劑及其制備方法，較好解決了低速、重載工況的滑動(dòng)潤(rùn)滑問(wèn)題。由于設(shè)置的是宏觀大尺度的鑲嵌孔，因而在機(jī)械加工、承載能力及潤(rùn)滑劑均勻涂抹性能方面存在不足。2008年公開的中國(guó)專利 (申請(qǐng)?zhí)?00710164614. 3)通過(guò)激光熔覆的方法，在熱鍛模具的表面形成耐磨納米復(fù)合涂層，可提高模具壽命約30%。該涂層耐磨性雖然較高，但后續(xù)精加工比較困難。2008年公開的中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?008101M317.0)提出了一種金屬塑性成形模具表面的激光復(fù)合造型處理方法。該方法主要通過(guò)在模具表面設(shè)置毛化凸起，起到增加局部摩擦，改善材料流動(dòng)的作用，但沒有涉及到模具表面固體潤(rùn)滑處理問(wèn)題。2009年公開的中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?00710307^2. χ)提出了一種石墨基粘結(jié)固體潤(rùn)滑劑，解決了空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子及端板的中高溫潤(rùn)滑問(wèn)題。但由于采用的是表面涂敷的方法，涂層與表面的結(jié)合強(qiáng)度較低，在重載條件下容易剝落。法因圖爾知識(shí)產(chǎn)權(quán)股份公司在2009年公開的中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?200810213580. 7)中提出了一種用于沖裁模的潤(rùn)滑方法和裝置。通過(guò)在沖模頭部微槽中置入潤(rùn)滑油，起到改善沖裁模具潤(rùn)滑的作用。該方法也沒有涉及到模具表面固體自潤(rùn)滑處理的問(wèn)題。2009年公開的中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?00910020837. 1)提出了一種自潤(rùn)滑復(fù)合材料模具的快速制模方法。由于采用的整層熱固性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其在整體強(qiáng)度、型面精度方面受到較大限制，主要由于大型經(jīng)濟(jì)模具(如覆蓋件拉延模)制作方面。2010年公開的中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?00910272370. X)提出了一種利用二氧化碳激光器進(jìn)行汽車覆蓋件模具表面激光淬火的工藝，提高了模具的表面硬度和抗磨性能，但也沒有涉及模具表面潤(rùn)滑減摩的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種金屬塑性成形模具織構(gòu)化自潤(rùn)滑處理方法，以實(shí)現(xiàn)模具表面潤(rùn)滑性能的優(yōu)化分布，改善成形材料的塑性流動(dòng)，提高模具的壽命和制品質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下
首先，對(duì)模具表面激光織構(gòu)化微加工處理，采用二級(jí)管泵浦Nd Y A G激光器，聚焦透鏡焦距為60 90mm，重復(fù)頻率6. 0 9. OKhz，激光波長(zhǎng)532nm、1064nm，電流強(qiáng)度13 20A，微腔直徑20 180 μ m,深度4 40 μ m，凹腔間距20 400 μ m,微凹腔的排列由數(shù)控程序控制，凹腔的面積占有率為10% 35%，輔助氣體采用99. 9%的擬、壓強(qiáng)為0. 1 0. 3Mpa。然后對(duì)模具進(jìn)行自潤(rùn)滑復(fù)合材料成型粘結(jié)加工處理，具體步驟為
1)將自潤(rùn)滑復(fù)合材料在110 130°C的溫度下烘2 汕至干燥；
2)將烘干的自潤(rùn)滑復(fù)合材料混合均勻；
3)清洗模具表面；
4)將自潤(rùn)滑復(fù)合材料壓入經(jīng)激光織構(gòu)化微加工處理后的模具表面；
5)將模具置于370 380°C的溫度下、99.9% N2氣保護(hù)、保溫1.5 2. 5h燒結(jié)成型， 然后隨爐冷卻；
6)清理模具表面。本發(fā)明自潤(rùn)滑復(fù)合材料按質(zhì)量百分比的配方為，金屬拉延模具固體潤(rùn)滑劑的配方以質(zhì)量計(jì)的組成為
聚酰亞胺(PI) :8 13% ； 粒度彡5μπι為的石墨粉15 21% ； 粒度為的聚四氟乙烯30 40% ； 粒度為彡3μπι的MoS2 25 31% ； 添加劑0 6%。冷擠壓模具固體潤(rùn)滑劑、溫?cái)D壓模具固體潤(rùn)滑劑、冷精鍛模具固體潤(rùn)滑劑或溫精鍛模具固體潤(rùn)滑劑的配方以質(zhì)量計(jì)的組成為
聚酰亞胺(PI) 8 13% ；粒度為彡5μπι的石墨粉20 洸％ ； 粒度為的聚四氟乙烯18 Μ% ； 粒度為彡3μπι的MoS2 15 20% ； 粒度為彡5 μ m的LaF3 :2 4% ； 粒度為彡4μπι的Β203 :4 6% ； 粒度為彡4μπι的BN 4 6% 粒度為彡3μπι的WS2 10 15% ； 添加劑0 5%。本發(fā)明的有益效果為
1)通過(guò)對(duì)模具工作型面激光織構(gòu)化自潤(rùn)滑處理，凹腔內(nèi)壓入固體潤(rùn)滑劑以及表面生成激光淬火馬氏體實(shí)現(xiàn)模具表面潤(rùn)滑減摩與強(qiáng)化耐磨的有機(jī)統(tǒng)一，提高了模具的壽命和成形件質(zhì)量；
2)與局部增摩技術(shù)相比，通過(guò)表面固體自潤(rùn)滑處理，減小了成形材料的塑性流動(dòng)阻力， 實(shí)現(xiàn)了摩擦狀態(tài)的優(yōu)化分布，提高了成品率和成形速度；
3)本發(fā)明的固體潤(rùn)滑劑配方充分發(fā)揮了不同組分的協(xié)同潤(rùn)滑效應(yīng)，潤(rùn)滑劑附著力強(qiáng)， 能適應(yīng)多種成形工況條件下的金屬塑性成形，如常溫拉延、冷擠壓、冷精鍛，以及溫?cái)D壓(精鍛)等；
4)采用激光數(shù)控微加工工藝，可實(shí)現(xiàn)與潤(rùn)滑、成形要求相匹配的微腔尺寸及其分布；
5)改變了固體潤(rùn)滑劑傳統(tǒng)的噴涂工藝，保護(hù)了工作環(huán)境和操作人員健康，節(jié)約了潤(rùn)滑劑的用量，因而可選用更高性能的固體潤(rùn)滑劑，如納米材料、貴金屬等；
6)與氣相沉積、激光熔覆、復(fù)合鍍等技術(shù)相比，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作方便，對(duì)模具型面的配合精度保持性好；
7)由于聚四氟乙烯具有比金屬稍大的熱膨脹系數(shù)，能夠使固體潤(rùn)滑劑隨著工作溫度升高自動(dòng)從微腔溢出至模具工作表面；
8)本發(fā)明也可應(yīng)用于重載導(dǎo)軌(柱)、切削刀具的表面自潤(rùn)滑處理；對(duì)于采用潤(rùn)滑油 (脂)的場(chǎng)合，也可進(jìn)一步提高混合潤(rùn)滑效果。


圖1為拉延模具激光自潤(rùn)滑處理示意圖。圖2為圖1中局部I示意圖。圖3為圖1中局部II示意圖。圖4為冷擠壓模具激光自潤(rùn)滑處理示意圖。圖5為激光表面微加工凹腔及其分布。圖6為微凹腔截面尺寸圖。圖中，1-拉延凸模；2-沖壓件；3-壓邊圈；4-卸料塊；5-拉延凹模；6_存儲(chǔ)腔； 7-固體潤(rùn)滑劑；8-自潤(rùn)滑膜；9-擠壓凸模；10-擠壓凹模；11-擠壓件。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1，在拉延凸模1的圓角、拉延凹模5的凸緣處，通過(guò)激光微加工，形成系列微凹腔，并壓入固體潤(rùn)滑劑7，從而使得成形過(guò)程中在模具表面形成固體自潤(rùn)滑膜8。通過(guò)設(shè)置存儲(chǔ)腔6，可起到收集磨粒和潤(rùn)滑劑的作用。下面以具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。1)激光表面織構(gòu)化微加工工藝。采用二級(jí)管泵浦Nd Y A G激光器對(duì)試樣端面進(jìn)行激光微加工，采用激光波長(zhǎng) 532nm、加工電流15A、脈沖重復(fù)次數(shù)4次，凹腔間距300mmX 300mm。獲得的微腔及其分布如圖5所示，表明微腔排列整齊、尺寸均勻。利用Vyko形貌儀測(cè)得的微腔的截面形貌如圖6 所示，表明微腔加工質(zhì)量良好，為固體潤(rùn)滑劑的壓入創(chuàng)造良好條件。2)模具表面自潤(rùn)滑處理工藝。先按質(zhì)量百分比稱取聚酰亞胺(PI) :12%、粒度為< 5μπι的石墨粉23%、粒度為彡6μπι的聚四氟乙烯22%、粒度為彡3μπι的MoS2 18%、粒度為彡5 μ m的LaF3 :3%、粒度為彡4μπι的B203 :4%、粒度為彡4μπι的BN :4%、粒度為彡0. 5μπι的WS2 :12%、添加劑 配置好，然后在120°C烘干2. 5小時(shí)，通過(guò)機(jī)械充分?jǐn)嚢?、混合均勻。?duì)模具鋼4Cr5MoSiV(52 55 HRC)表面進(jìn)行激光織構(gòu)化加工微腔直徑100 μ m、深度35 μ m、面積占有率16%。經(jīng)丙酮洗凈后，通過(guò)機(jī)械滾壓，置入粉末狀固體潤(rùn)滑劑，最后在燒結(jié)爐中370 380 °C,99.9% N2氣保護(hù)、保溫池?zé)Y(jié)成型，隨爐冷卻后并通過(guò)表面清理拋光，即可實(shí)現(xiàn)模具表面的激光織構(gòu)化自潤(rùn)滑處理。
權(quán)利要求
1.一種金屬塑性成形模具織構(gòu)化自潤(rùn)滑處理方法，其特征在于，具體步驟如下A)對(duì)模具表面激光織構(gòu)化微加工處理，采用二級(jí)管泵浦Nd Y A G激光器，聚焦透鏡焦距為60 90mm，重復(fù)頻率6. 0 9. OKhz，激光波長(zhǎng)532nm、1064nm,電流強(qiáng)度13 20A， 微腔直徑20 180 μ m,深度4 40 μ m，凹腔間距20 400 μ m,微凹腔的排列由數(shù)控程序控制，凹腔的面積占有率為10% 35%，輔助氣體采用99. 9%的N2、壓強(qiáng)為0. 1 0. 3Mpa ；B)將自潤(rùn)滑復(fù)合材料在110 130°C的溫度下烘2 汕至干燥；C)將烘干的自潤(rùn)滑復(fù)合材料混合均勻； D )清洗模具表面；E)將自潤(rùn)滑復(fù)合材料壓入經(jīng)激光織構(gòu)化微加工處理后的模具表面；F)將模具置于370 380°C的溫度下、99.9% N2氣保護(hù)、保溫1.5 2. 5h燒結(jié)成型， 然后隨爐冷卻；G)清理模具表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬塑性成形模具織構(gòu)化自潤(rùn)滑處理方法，其特征在于，所述自潤(rùn)滑復(fù)合材料在處理金屬拉延模具時(shí)的配方以質(zhì)量計(jì)的組成為聚酰亞胺8 13% ； 石墨粉15 21% ； 聚四氟乙烯30 40% ； MoS2 25 31% ； 添加劑0 6%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬塑性成形模具織構(gòu)化自潤(rùn)滑處理方法，其特征在于，所述自潤(rùn)滑復(fù)合材料在處理冷擠壓模具、溫?cái)D壓模具、冷精鍛模具或溫精鍛模具時(shí)的配方以質(zhì)量計(jì)的組成為聚酰亞胺8 13% ； 石墨粉20 ； 聚四氟乙烯18 24% ； MoS2 15 20% ； LaF3 2 ~ 4% ； B203 :4 6% ； BN 4 6% WS2 10 15% ； 添加劑0 5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬塑性成形模具織構(gòu)化自潤(rùn)滑處理方法，本發(fā)明先對(duì)模具表面織構(gòu)化微加工處理，然后對(duì)模具進(jìn)行自潤(rùn)滑復(fù)合材料成型粘結(jié)加工處理。本發(fā)明通過(guò)對(duì)金屬塑性成形模具表面進(jìn)行織構(gòu)化自潤(rùn)滑處理，在保證模具承載能力和型面配合精度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)模具表面的潤(rùn)滑性能的優(yōu)化分布，改善材料的流動(dòng)和模具的潤(rùn)滑抗磨性能，提高模具壽命和制品質(zhì)量。
文檔編號(hào)B23P15/00GK102218647SQ20111014842
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者華?？? 尹必峰, 張培耘, 杜志華, 王勻, 符永宏 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)