CN113755834A - 一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺，包括以下步骤：型腔预加工，根据要求对铜合金口模，车铣出内腔腔型；前道处理：用清洁内腔油污及粉尘；按口模内腔槽型编程轨迹程序；激光熔覆：设定好工艺参数，沿着程序轨迹进行激光熔覆，所采用的镍基合金粉组成成为B:1.0%，C:0.13%，Cr:3.3%，Fe:1.9%，Si:2.55%，其余均为Ni，本发明中涉及的激光熔覆工艺，精准控制熔覆层尺寸，确保产品质量一致性和成品率，免去了熔覆前预热和熔覆后保温、退火的传统工序，替代手工火焰喷焊。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃模具加工制造领域，具体涉及一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺。
背景技术
在玻璃制品制造过程中，熔融的玻璃水温度高达1100℃以上，玻璃模具长期接触高温玻璃水，需要耐高温、抗氧化性能好，同时在玻璃模具反复开模、合模过程中，因为撞击和挤压，会导致模具的合缝线、上下接口等位置破损、粗糙，影响玻璃制品的质量，因此根据玻璃模具的使用环境特点，为提高其使用寿命和玻璃制品质量，需要对玻璃模具相应位置进行强化，提高其耐高温、耐磨、抗氧化和抗热疲劳等性能。
由于口模特别是铜合金口模，其体积小，等离子堆焊的手段因热数量过大，对铜合金口模进行内腔全喷焊时，容易出现母材及焊层裂纹和气孔，无法达到质量要求；目前主要采用手工火焰喷焊的工艺进行内腔全喷焊，但是手工喷焊效率低，用粉量大，同时需要预热、保温、退火等工序，大大限制了自动化生产及造成了很高的生产成本，由于铜合金口模其铜质材料具有对红外激光吸收率低，反光大，同时铜合金导热快，用红外激光器进行口模的激光熔覆时，需要输入很高的功率，导致热数量大，极易导致熔覆层及母材的裂纹、气孔，成品率较低，因此需要发明一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺来解决上述问题。
发明内容
针对传统铜合金玻璃模具（口模）表面强化手段和方法存在的问题，本发明提供了一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺，可以提高粉末利用率，提升产品合格率，降低生产成本。
一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺，包括以下步骤：
A）型腔预加工：对口模内腔进行车铣加工，内腔腔型为半圆柱型。
B）激光熔覆前处理：清洁口模内腔的粉尘和油污。
C）按工艺要求，通过机器人示教编写熔覆轨迹程序。
D)激光熔覆，选择合适的镍基合金粉，控制激光熔覆工艺，将镍基合金粉用激光熔覆到口模内腔，得到熔覆后的玻璃模具成初模。
本发明的进一步改进在于：步骤A）中所述的型腔预加工，其车铣加工的形状为圆柱形，边沿应倒角不宜存在直角及毛刺。
本发明的进一步改进在于：激光熔覆所采用的激光器为高功率蓝色激光器，中心波长450-500nm，最低输出功率要达到1500W，输出光纤芯径为600μm。
本发明的进一步改进在于：步骤C中所述的的运动轨迹为：第一道从口模内腔的半圆柱型中间开始，沿圆柱方向进行单道扫描；第二道、第三道分别从第一道的两侧进行扫描，如此依次交替进行，直至全部覆盖内腔，如此可以确保两侧温度分布一致，降低开裂的风险；每道的偏移量为1.0-1.5mm。
本发明的进一步改进在于：步骤C所述的所采用的激光熔覆工艺参数为焦点光斑为：φ1.6-2.0mm，熔覆头送粉嘴工作距离为18mm，激光功率800-1200W，送粉量为：20-25g/min，采用的保护气为：氩气，流量：8-12L/min；扫描线速度15-25mm/s，单层厚度达1.2-1.8mm。
本发明的进一步改进在于：根据不同产品对熔覆层厚度的要求，在单层的基础上，进行多层熔覆，使最大厚度达到4.2mm，在进行第二层、第三层熔覆时，分别降低50-100W的激光功率，避免因热积累功率过高热输入量过大导致的裂纹。
本发明的进一步改进在于：步骤D所述的所采用的镍基合金粉组成成为B:1.0%，C:0.13%，Cr:3.3%，Fe:1.9%，Si:2.55%，其余均为Ni，熔覆层硬度达到26-28HRC，达到耐高温耐磨抗氧化的性能要求，所述的激光熔覆工艺，精准控制熔覆层尺寸，确保产品质量一致性和成品率，免去了熔覆前预热和熔覆后保温、退火的传统工序，替代手工火焰喷焊。
本发明的有益效果：
解决了采用红外半导体激光器进行铜合金口模内腔大面积强化镍基合金粉容易产生裂纹及气孔的问题，解决了传统手工喷焊效率低、用粉量大、合格率低、需要返工和补焊的问题，免去了手工喷焊的预热、保温、退火等工序，大大节约粉末用量，显著提高生产效率，明显提升产品质量合格率，大大节约了生产成本。
附图说明
图1为本发明的铜合金口模内腔预加工成型图。
图2为本发明的铜合金口模内腔熔覆轨迹示意图。
图3为本发明的铜合金口模激光熔覆后实物图。
图4为本发明的铜合金口模激光熔覆后机加工的成品实物图。
具体实施方式
一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺的具体实施方式，本实例按厚度4mm要求进行口模的内腔激光熔覆，其步骤为：
A）、型腔预加工：对口模内腔进行车铣加工，内腔腔型为半圆柱型。
B）、激光熔覆前处理：清洁口模内腔的粉尘和油污。
C）、按工艺要求，通过机器人示教编写熔覆轨迹程序。
D)、激光熔覆，选择合适的镍基合金粉，控制激光熔覆工艺，将镍基合金粉用激光熔覆到口模内腔，得到熔覆后的玻璃模具成初模。
激光熔覆系统配置为：采用2kW蓝光半导体激光器作为光源，中心波长：455nm，其光纤芯径为600μm，激光镜头规格为准直105mm，聚焦300mm，焦点光斑大小φ1.7mm，六轴机器人作为激光熔覆运动系统，刮板式气载送粉机作为送粉机构，三路同轴送粉熔覆头作为激光头。
步骤A）中所述的型腔预加工，其车铣加工的形状为圆柱形，内部不宜存在残渣及毛刺。其加工成型图示如图1所示。
步骤C）中所述的熔覆轨迹为第①道从口模内腔的半圆柱型中间开始，沿圆柱方向进行单道扫描；第②道、第③道分别从第一道的两侧进行扫描，如此依次交替进行，直至全部覆盖内腔，如此可以确保两侧温度分布一致，降低开裂的风险；每道的偏移量为1.5mm。其示意图如图2所示。
步骤D）所述的所采用的激光熔覆工艺参数为焦点光斑为：φ1.7mm，熔覆头送粉嘴工作距离为18mm，激光功率900W，送粉量为：22g/min，采用的保护气为：氩气，流量：10L/min；扫描线速度20mm/s。单层厚度达1.4mm。
以上参数完成第一层，将激光功率下调50W，工作距离上升1.3mm，其他参数不变，重复步骤C）和D）进行第二层熔覆；做完第二层后，激光功率与第二层功率相同，工作距离上升1.3mm，其他参数不变，进行第三层激光熔覆，得到最终的熔覆成品，如图3所示。
步骤D所述的所采用的镍基合金粉组成成为B:1.0%，C:0.13%，Cr:3.3%，Fe:1.9%，Si:2.55%，其余均为Ni，熔覆层硬度达到26-28HRC，达到耐高温耐磨抗氧化的性能要求，所述的激光熔覆工艺，精准控制熔覆层尺寸，确保产品质量一致性和成品率，免去了熔覆前预热和熔覆后保温、退火的传统工序，替代手工火焰喷焊。
本发明的有益效果：
采用本发明涉及的一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺，采用高功率蓝光激光器作为光源，蓝光激光器的中心波长450-500nm，有色金属对蓝色激光有很高的吸收率，铜合金对蓝光的吸收比红外光要高7-20倍，蓝光激光器在铜的焊接上所需的能耗比红外激光器低84%，这意味着，当红外激光器需要10kW的激光功率来焊接铜或金材时，使用蓝光激光器仅需要约1 kW或0.5 kW的功率除了有色金属对蓝光吸收率高，半导体激光器典型的光斑能量分布还使铜的熔化更为稳定，提高了加工成品的质量。
本发明克服了铜质合金表面高反光、铜质合金材质导热快的需要大功率激光输入，容易导致裂纹和气孔的缺点，可以应用于铜合金口模内腔大面积大厚度的镍基合金强化应用上，相比人工喷焊节约粉末用量40%，生产效率提升约350%。可以精准控制熔覆层尺寸，可实现自动化生产，确保产品质量一致性和稳定性，生产质量可靠，成品率提升60%，大大节约了生产成本。
Claims (7)
1.一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：包括以下步骤：
A）型腔预加工：对口模内腔进行车铣加工，内腔腔型为半圆柱型；
B）激光熔覆前处理：清洁口模内腔的粉尘和油污；
C）按工艺要求：通过机器人示教编写熔覆轨迹程序；
D)激光熔覆：选择合适的镍基合金粉，控制激光熔覆工艺，将镍基合金粉用激光熔覆到口模内腔，得到熔覆后的玻璃模具成初模。
2.根据权利要求1所述的一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：步骤A）中所述的型腔预加工，其车铣加工的形状为圆柱形。
3.根据权利要求1所述的一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：激光熔覆所采用的激光器为高功率蓝色激光器，中心波长450-500nm，最低输出功率要达到1500W，输出光纤芯径为600μm。
4.根据权利要求1所述的一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：步骤C）中所述的运动轨迹为：第一道从口模内腔的半圆柱型中间开始，沿圆柱方向进行单道扫描；第二道、第三道分别从第一道的两侧进行扫描，如此依次交替进行，直至全部覆盖内腔，每道的偏移量为1.0-1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：步骤C所述的激光熔覆工艺参数为焦点光斑为：φ1.6-2.0mm，熔覆头送粉嘴工作距离为18mm，激光功率800-1200W，送粉量为：20-25g/min，采用的保护气为：氩气，流量：8-12L/min，扫描线速度15-25mm/s，单层厚度达1.2-1.8mm。
6.根据权利要求5所述的一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：在单层的基础上，根据厚度的要求，进行多层熔覆，使最大厚度达到4.2mm，在进行第二层、第三层熔覆时，需要降低50-100W的激光功率。
7.根据权利要求1所述的一种铜合金口模玻璃模具内腔激光熔覆镍基合金粉末工艺，其特征在于：步骤D）所采用的镍基合金粉组成成为B:1.0%，C:0.13%，Cr:3.3%，Fe:1.9%，Si:2.55%，其余均为Ni，熔覆层硬度达到26-28HRC。
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