CN115627389A - 小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺，涉及小口压吹玻璃模具领域，其包括以下步骤：步骤一，提供钴基合金粉末，步骤二，按照设计要求加工冲头基体，并将冲头基体固定在熔覆设备的旋转卡具上，冲头基体由旋转卡具带动旋转；步骤三，结合激光熔覆设备中的激光熔覆头、送粉喷嘴完成对冲头基体表面钴基合金粉末的激光熔覆，激光熔覆头、送粉喷嘴沿冲头基体的轴向进行进给。发明的钴基合金粉末熔覆层厚度均匀、易于掌控，熔覆层可以控制在1mm以内；熔覆层红硬度好，可在高温下长时间保持硬度；且熔覆层不易出现砂眼、空隙、裂纹及熔覆层脱落；整体生产效率高，节省能源及材料消耗，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及小口压吹玻璃模具领域，尤其涉及一种小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺。
背景技术
在玻璃瓶罐小口压吹法生产工艺中，由于冲头需要频繁与高温玻璃溶液直接接触，且与玻璃溶液高速冲压摩擦，这就决定了小口压吹玻璃模具冲头的易损性，而为了提高小口压吹玻璃模具冲头的使用寿命，就需要对小口压吹玻璃模具冲头母材的表面进行改性处理；而现有的小口压吹玻璃模具冲头表面性能改进技术，在红硬度和耐热疲劳性能等方面很难达到预期的效果，且表面焊层易出现断裂、脱落，严重影响小口压吹玻璃模具冲头的使用寿命。
现有技术在对于小口压吹玻璃模具冲头表面的改性处理工艺主要有三种：
(1)运用火焰焊枪对冲头表面进行镍合金粉末手工喷焊，此种方式对于工人技术及经验水平要求较高，喷焊层厚度不均匀，焊层极易出现砂眼、空隙、裂纹等喷焊缺陷，严重的会出现整个喷焊层脱落现象，且效率低、成品率低；
(2)采用等离子喷焊设备对冲头表面进行镍合金粉末或钴基合金粉末等离子喷焊，此种方式的缺点是等离子喷焊工艺中的熔池深度不易控制，难以掌握喷焊层的厚度，冲头喷焊层厚度不均匀，造成冲头整体散热不均匀，易出现冲头表面喷焊层开裂，降低冲头使用寿命。同时，由于等离子喷焊工艺在喷焊前需要将待喷焊的冲头高温预热到指定温度，焊后需要进行保温回火处理，工序繁琐，能源消耗量大、生产效率低。另外，由于镍基合金粉末的喷焊层随着冲头温度的升高，硬度衰减明显，不能满足冲头的长使用寿命要求；
(3)采用超音速喷涂设备将镍+碳化钨合金粉末以超音速喷涂在冲头表面，以增加其表面硬度和抗热疲劳性能；此种工艺处理的冲头表面红硬性能好，可在700℃的高温状态下长时间使用。此种工艺的缺点是焊材与母材是物理结合，不能达到冶金结合的效果，喷涂层容易脱落；且超音速喷涂工艺需要对冲头喷涂部位进行二次重熔，只适合应用镍基合金粉末喷涂，不适用于硬度和抗高温性能更高的钴基合金粉末；因使用钴基合金粉末喷涂在对冲头喷涂部位进行二次重熔时，由于钴基合金粉末熔点高，易出现冲头母材先于钴基合金粉末熔化，造成冲头喷涂部位塌陷，从而报废的情况。超音速喷涂设备需要以煤油作为燃料，在工作时噪音巨大，且煤油燃烧过程中会产生一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等气体，噪音和废气都会对环境造成污染。
因此本发明提出一种通过运用激光熔覆钴基合金粉末的小口压吹玻璃模具冲头的制作工艺，达到满足小口压吹玻璃模具冲头在高机速、高温、高压和高频率的使用环境中的稳定性和长使用寿命的目的。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的是提供一种小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，提供钴基合金粉末，所述钴基合金粉末中各成分含量分别为：
C—1.03％，Cr—29.46％，Si—1.6％，W—4.5％，Fe—1.11％，Ni—2.62％，余量为Co％；
步骤二，按照设计要求加工冲头基体，并将所述冲头基体固定在熔覆设备的旋转卡具上，所述冲头基体由旋转卡具带动旋转；
步骤三，结合所述激光熔覆设备中的激光熔覆头、送粉喷嘴完成对所述冲头基体表面钴基合金粉末的激光熔覆，所述激光熔覆头、送粉喷嘴沿所述冲头基体的轴向进行进给。
优选的，在所述步骤三中，将所述冲头基体(1)的2D外轮廓图导入MasterCam软件中，在MasterCam软件中设置所述旋转卡具带动所述冲头基体的旋转速度、所述激光熔覆头沿所述冲头基体的轴向进给速度和熔覆工艺参数；
在MasterCam软件中生成NC代码，将NC代码导入所述激光熔覆设备的数控系统中，添加相关激光熔覆命令，结合所述激光熔覆设备中的所述旋转卡具、激光熔覆头和送粉喷嘴完成对所述冲头基体表面钴基合金粉末的激光熔覆，熔覆完毕后在冲头基体的外表形成钴基合金强化层。
优选的，所述旋转卡具带动所述冲头基体的旋转速度为15～20mm/sec；所述冲头基体每转动一圈，所述激光熔覆头沿所述冲头基体的轴向偏移量为2.5～3mm/n。
优选的，所述熔覆工艺参数包括所述送粉喷嘴的喷气流量、所述送粉喷嘴的送粉量、所述激光熔覆头的光斑直径和所述激光熔覆头的激光功率；
所述送粉喷嘴的喷气流量为8～10NL/min；所述送粉喷嘴的送粉量为16～24g/min；所述激光熔覆头的光斑直径为1.5～4.5mm；所述激光熔覆头的激光功率为300～2700W。
优选的，所述送粉喷嘴中通入含量为99.999％的高纯氩气。
优选的，所述钴基合金粉末粒度为150～250目。
优选的，在所述步骤二中，所述冲头基体包括工作段、连接段与安装段；对所述工作段和连接段的表面进行钴基合金粉末的激光熔覆。
优选的，所述钴基合金强化层与冲头基体的稀释层控制在0.1～0.15mm；所述钴基合金强化层在所述工作段顶部的焊层厚度为0.8～1.0mm，所述钴基合金强化层在所述工作段外壁的焊层厚度为0.6～0.8mm。
优选的，所述冲头基体(1)的材质为8620钢。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
发明的钴基合金粉末熔覆层厚度均匀、易于掌控，熔覆层可以控制在1mm以内；熔覆层红硬度好，可在高温下长时间保持硬度；且熔覆层不易出现砂眼、空隙、裂纹及熔覆层脱落，整体生产效率高，节省能源及材料消耗，降低了生产成本。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆过程示意图；
图2为本发明小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆后焊层厚度。
附图标记说明：1、冲头基体；101、工作段；102、连接段；103、安装段；2、钴基合金强化层；3、旋转卡具；4、激光熔覆头；5、送粉喷嘴。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本实施例中公开了一种小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺，包括以下步骤：
步骤一，提供钴基合金粉末，所述钴基合金粉末中各成分含量分别为：C—1.03％，Cr—29.46％，Si—1.6％，W—4.5％，Fe—1.11％，Ni—2.62％，余量为Co％；
钴基合金粉末粒度为150～250目，钴基合金粉末粒度在150～250目范围内激光熔覆使用效果最佳。
步骤二，按照设计要求加工冲头基体1，并将冲头基体1固定在熔覆设备的旋转卡具3上，冲头基体1由旋转卡具3带动旋转；
步骤三，结合激光熔覆设备中的激光熔覆头4、送粉喷嘴5完成对冲头基体1表面钴基合金粉末的激光熔覆，激光熔覆头4、送粉喷嘴5沿冲头基体1的轴向进行进给。
在步骤三中，将冲头基体1的2D外轮廓图导入MasterCam软件中，在MasterCam软件中设置旋转卡具3带动所述冲头基体1的旋转速度、激光熔覆头4沿冲头基体1的轴向进给速度和熔覆工艺参数。上述参数设置完毕后会在MasterCam软件中生成NC代码，然后将NC代码导入激光熔覆设备的数控系统中，添加相关激光熔覆命令，结合激光熔覆设备中的旋转卡具3、激光熔覆头4和送粉喷嘴5完成对冲头基体1表面钴基合金粉末的激光熔覆，熔覆完毕后在冲头基体1的外表形成钴基合金强化层2。
本实施例中，旋转卡具3带动冲头基体1的旋转速度为15～20mm/sec；冲头基体1每转动一圈，激光熔覆头4沿冲头基体1的轴向偏移量为2.5～3mm/n。
其中，熔覆工艺参数包括送粉喷嘴5的喷气流量、送粉喷嘴5的送粉量、激光熔覆头4的光斑直径和激光熔覆头4的激光功率。本实施例中，送粉喷嘴5的喷气流量为8～10NL/min；送粉喷嘴5的送粉量为16～24g/min；激光熔覆头4的光斑直径为1.5～4.5mm；激光熔覆头4的激光功率为300～2700W。
需要说明的是“NL”指标准升，“N”指标准状态：温度20℃、大气压力0.1MPa、相对湿度65％。
本实施例中，送粉喷嘴5中通入含量为99.999％的高纯氩气作为送粉气和保护气。
如图2所述，本实施例中的冲头基体1包括工作段101、连接段102与安装段103；冲头基体1可采用材质为8620钢。熔覆时仅对工作段101和连接段102的表面进行钴基合金粉末的激光熔覆。
钴基合金强化层2与冲头基体1的稀释层控制在0.1～0.15mm；稀释层指的是两种材质相互融入的深度，即熔池深度。在本实施例中，稀释层是指激光熔覆时钴基合金及冲头基体的融合层，合金焊层在稀释层的上面，成分全部是合金。稀释层及两种材料融合的冶金层，如冶金层厚度太小容易造成假焊、脱落；冶金层厚度过大影响合金及母材的成分，使结合层合金的成分改变，降低合金的耐高温抗氧化性能，同时机械性能也易发生变化。
冲头的顶部是冲头在压制玻璃溶液时主要的工作面，承受高温高压和磨损，这两个数值范围是通过实际使用经验给的要求，合金焊层厚度太薄耐高温、耐磨损性能太低；焊层厚度太大影响冲头散热，因合金层散热快，而母材散热慢，冲头整体散热不均匀，冲头长时间工作时因热应力及膨胀系数不同容易造成焊层与母材之间出现裂缝，甚至脱落。在本实施例中钴基合金强化层2在工作段101顶部的焊层厚度为0.8～1.0mm，钴基合金强化层2在工作段101外壁的焊层厚度为0.6～0.8mm。
需要说明的是，本实施例中制作工艺的实现要基于激光熔覆设备，激光熔覆设备通常以数控设备为平台，集成激光熔覆系统及辅助设备。激光熔覆系统包括激光器，送粉器、激光熔覆头、送粉喷嘴等；辅助设备包括水冷机、稳压电源、保护气等。目前激光熔覆制造主要采用的送粉方式有预置铺粉、旁轴送粉和同轴送粉三种方式。在本实施例中，激光熔覆头4、送粉喷嘴5采用同轴布置，其技术方案可采用申请为CN201520066081.5，名称为一种光纤激光同轴送粉嘴的中国实用新型专利公开的同轴送粉嘴结构。本实施例中数控设备主要包括三轴线性模组和两轴变位机。激光熔覆头4、送粉喷嘴5安装在三轴线性模组上。旋转卡具3为气动卡爪，气动卡爪安装在两轴变位机上，两轴变位机带动旋转卡具3用于熔覆时夹持工件并完成熔覆时工件姿态变换。卡爪具有自定心功能，底部安装有柔性气动推杆，同时推杆顶部安装有电磁吸盘，满足夹持牢固的同时，保证足够的定位精度，适用于不同规格冲头工件的夹持。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，提供钴基合金粉末，所述钴基合金粉末中各成分含量分别为：
C—1.03％，Cr—29.46％，Si—1.6％，W—4.5％，Fe—1.11％，Ni—2.62％，余量为Co％；
步骤二，按照设计要求加工冲头基体(1)，并将所述冲头基体(1)固定在熔覆设备的旋转卡具(3)上，所述冲头基体(1)由旋转卡具(3)带动旋转；
步骤三，结合所述激光熔覆设备中的激光熔覆头(4)、送粉喷嘴(5)完成对所述冲头基体(1)表面钴基合金粉末的激光熔覆，所述激光熔覆头(4)、送粉喷嘴(5)沿所述冲头基体(1)的轴向进行进给。
2.根据权利要求1所述的小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺，其特征在于：在所述步骤三中，将所述冲头基体(1)的2D外轮廓图导入MasterCam软件中，在MasterCam软件中设置所述旋转卡具(3)带动所述冲头基体(1)的旋转速度、所述激光熔覆头(4)沿所述冲头基体(1)的轴向进给速度和熔覆工艺参数；
在MasterCam软件中生成NC代码，将NC代码导入所述激光熔覆设备的数控系统中，添加相关激光熔覆命令，结合所述激光熔覆设备中的所述旋转卡具(3)、激光熔覆头(4)和送粉喷嘴(5)完成对所述冲头基体(1)表面钴基合金粉末的激光熔覆，熔覆完毕后在冲头基体(1)的外表形成钴基合金强化层(2)。
3.根据权利要求2所述的小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺，其特征在于：所述旋转卡具(3)带动所述冲头基体(1)的旋转速度为15～20mm/sec；所述冲头基体(1)每转动一圈，所述激光熔覆头(4)沿所述冲头基体(1)的轴向偏移量为2.5～3mm/n。
4.根据权利要求2所述的小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺，其特征在于：所述熔覆工艺参数包括所述送粉喷嘴(5)的喷气流量、所述送粉喷嘴(5)的送粉量、所述激光熔覆头(4)的光斑直径和所述激光熔覆头(4)的激光功率；
所述送粉喷嘴(5)的喷气流量为8～10NL/min；所述送粉喷嘴(5)的送粉量为16～24g/min；所述激光熔覆头(4)的光斑直径为1.5～4.5mm；所述激光熔覆头(4)的激光功率为300～2700W。
5.根据权利要求4所述的小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺，其特征在于：所述送粉喷嘴中通入含量为99.999％的高纯氩气。
6.根据权利要求2所述的小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺，其特征在于：在所述步骤二中，所述冲头基体(1)包括工作段(101)、连接段(102)与安装段(103)；对所述工作段(101)和连接段(102)的表面进行钴基合金粉末的激光熔覆。
7.根据权利要求6所述的小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺，其特征在于：所述钴基合金强化层(2)与冲头基体(1)的稀释层控制在0.1～0.15mm；所述钴基合金强化层(2)在所述工作段(101)顶部的焊层厚度为0.8～1.0mm，所述钴基合金强化层(2)在所述工作段(101)外壁的焊层厚度为0.6～0.8mm。
8.根据权利要求1所述的小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺，其特征在于：所述冲头基体(1)的材质为8620钢。
9.根据权利要求1所述的小口压吹玻璃模具冲头激光熔覆钴基合金粉末制作工艺，其特征在于：所述钴基合金粉末粒度为150～250目。
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