一种铜合金初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺
阅读说明：本技术 一种铜合金初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺 (Laser cladding nickel-based alloy powder process for copper alloy primary mold glass mold ) 是由 林学春 农光壹 林培晨 谭长伟 杭骏祥 马建华 于 2021-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种铜合金初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺,包括以下步骤：型腔预加工,根据要求在模具成初模合缝面及上下接口处,车铣出焊槽；前道处理：用毛刷清洁槽口里面的毛刺、油污；采用离线编程软件进行轨迹编程,生成运动轨迹程序；激光熔覆：设定好工艺参数,沿着熔覆槽进行激光熔覆,其解决了铜合金玻璃模具激光熔覆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及等离子堆焊的主要问题；实现了等离子堆焊无法完成的铜合金口模合缝面及接口的镍基合金强化；免去了等离子堆焊等传统工艺手段的预热、保温、退火等工序,相比人工喷焊及等离子堆焊,大大节约粉末用量,显著提高生产效率和产品质量合格率,节约了生产成本。(The invention relates to a laser cladding nickel-based alloy powder process for a copper alloy primary mold glass mold, which comprises the following steps of: pre-processing a cavity, and turning and milling a welding groove on the surface of a primary die joint of the die and the upper and lower interfaces according to requirements; and (3) performing previous treatment: cleaning burrs and oil stains inside the notch by using a brush; performing track programming by adopting off-line programming software to generate a motion track program; laser cladding: setting technological parameters, and carrying out laser cladding along a cladding groove, so that the problem that the nickel-based alloy powder is easy to crack and air holes during laser cladding of the copper alloy glass mold is solved, and the main problems of the traditional manual spray welding and plasma surfacing are solved; the nickel-based alloy strengthening of the joint surface and the interface of the copper alloy die, which cannot be finished by plasma surfacing, is realized; the processes of preheating, heat preservation, annealing and the like in the traditional process means such as plasma surfacing and the like are omitted, compared with manual spray welding and plasma surfacing, the powder consumption is greatly saved, the production efficiency and the product quality qualification rate are obviously improved, and the production cost is saved.)
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初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，适用于铜合金玻璃模具（成模及初模）的加工制造。
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。
传统的玻璃模具性能强化方法有：手工电弧堆焊、手工火焰喷焊、等离子堆焊等，虽然这些手段和方法均能完成玻璃模具的强化，但是手工堆焊和喷焊存在诸多缺点：如，焊层结合度低，人工作业效率低，质量一致性差，用粉量大等。等离子堆焊，虽然在一定程度上解决了人工堆焊和喷焊的问题，但是效率低，需要预热和退货，用粉量大，因为热输入量大导致的气孔及开裂等问题也多。
利用人工喷焊及等离子堆焊方式强化铜合金玻璃模具，焊前需要进行预热处理，焊后需要进行保温退火处理，否则极易出现裂纹。由于口模的体积小，焊道小，等离子堆其输入量大、稀释率高，进行铜合金的口模堆焊时，容易开裂和气孔，合格率极低。目前铜合金口模强化的主要手段是手工喷焊的方式，其效率低，同时无法控制焊层宽度，而且只能进行口模内腔的大面积大厚度全喷焊，造成了极大的材料浪费。
采用本发明涉及的一种铜合金初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，可以应用于铜合金初模及口模合缝线、上下口的镍基合金强化应用上。特别是铜合金口模因其体积小，利用激光熔覆工艺进行铜合金的口模激光熔覆强化，一方面可以精准控制熔覆层尺寸，大大减少粉末用量，另一方面可以确保产品质量一致性和成品率，降低报废率和返工，大大降低了生产成品，提高了产品质量。
发明内容
针对传统铜合金玻璃模具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初模玻璃模具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。
一种铜合金初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，包括以下步骤：
A）、型腔预加工：根据要求在模具成初模合缝面及上下接口处，车铣出焊槽，控制槽位尺寸，得到待激光熔覆的工件；
B）、激光熔覆前处理：激光熔覆前道处理，用毛刷清洁槽口里面的毛刺、油污和粉尘；
C）、采用离线编程软件进行轨迹编程，生成熔覆运动轨迹程序；
D)、激光熔覆，选择合适的镍基合金粉，控制激光熔覆工艺及熔覆轨迹，将镍基合金粉用激光熔覆工艺熔覆到玻璃模具工件的焊槽中，得到熔覆后的玻璃模具成初模。
本发明的进一步改进在于：所述步骤A中，所述的焊槽宽度为2.0-6.0mm，深度为1.0-3.0mm。
本发明的进一步改进在于：所述步骤A中，所述焊槽，其合缝面设有斜波或者倒角，焊槽边沿设有倒角，不宜存在直角及毛刺。
本发明的进一步改进在于：所述的激光熔覆采用半导体激光器作为光源，六轴机器人及双轴变位机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，整体组成激光熔覆系统进行激光熔覆连续扫描加工。
本发明的进一步改进在于：所述步骤C中，所述的激光熔覆其工艺参数为：焦点光斑为φ3.5mm，熔覆头送粉嘴工作距离为21mm，激光输出功率2600-3200W，送粉量为25-30g/min，采用的保护气为氩气，流量为8-12L/min。
本发明的进一步改进在于：所述步骤D中，采用摆动熔覆的轨迹方式的轨迹参数为线速度2.5-4.5mm/s，摆幅2-6mm，步进间隔1.2-2.0mm，从而满足熔覆后机加工成品要求6.0mmx2.5mm超宽超厚的熔覆层尺寸
本发明的进一步改进在于：所述步骤D中，所述的镍基合金粉组成为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。
本发明的进一步改进在于：所述半导体激光器输出的激光光束能量分布为平顶分布，在激光熔覆过程中，熔覆层稀释率均匀平滑，避免因稀释率过高导致开裂和气孔的风险。
本发明的进一步改进在于：所述步骤C中，所述的轨迹编程，采用离线编程软件在电脑中进行三维模拟，自动生成激光熔覆轨迹的程序，然后下载至激光熔覆系统中，提高了编程的效率及精确度。
本发明的有益效果是：1.在同等熔覆层尺寸要求的条件下，采用本发明涉及的一种铜合金初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，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，容易导致裂纹的缺点；2.相比等离子堆焊工艺，可节约粉末大约35%，生产效率提升约150%；相比人工喷焊节约粉末用量60%，生产效率提升约400%。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%，同时，免去传统工艺中的预热、保温、退火工序，大大节约了生产成本，并确保熔覆层无气孔、无裂纹；3.可以应用于铜合金初模及口模合缝线、上下口的镍基合金强化应用上，特别是铜合金口模因其体积小，利用激光熔覆工艺进行铜合金的口模激光熔覆强化，一方面可以精准控制熔覆层尺寸，大大减少粉末用量，另一方面可以确保产品质量一致性和成品率，降低报废率和返工，大大降低了生产成本，提高了产品质量。
附图说明
图1为本发明的铜合金初模合缝面焊槽开槽尺寸图示。
图2为本发明的铜合金初模上下接口焊槽开槽尺寸图示。
图3为本发明的铜合金初模开槽后实物图。
图4为本发明的铜合金初模激光熔覆后实物图。
图5为本发明的铜合金口模开槽后实物图
图6为本发明的铜合金口模激光熔覆后实物图
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例1
以激光熔覆某铜合金啤酒瓶模具（初模）为例，说明一种铜合金初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺的具体实施方式，其步骤为：
A）、型腔预加工，在模具成初模合缝面及上下接口机型车铣加工，铣出焊槽，控制槽位尺寸，得到待激光熔覆的工件。该实例的合缝线、上下接口焊槽槽型及尺寸如图1、2所示。其开槽后的初模工件如图3所示。
B）、激光熔覆前处理：清洁待激光熔覆工件的焊槽，去除毛刺和油污。
C）、将玻璃模具的三维模型导入Robotmaster离线编程软件中，建模生成熔覆轨迹程序，然后下载至机器人系统进行示教编程。
D）、激光熔覆：采用4kW半导体激光器作为光源，六轴机器人及双轴变位机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，整体组成激光熔覆系统进行激光熔覆连续扫描加工。工艺参数为：焦点光斑为φ3.5mm，熔覆头送粉嘴工作距离为21mm，激光输出功率2800W，送粉量为：28g/min，采用的保护气为：氩气，流量：12L/min；采用摆动熔覆的轨迹方式的轨迹参数为：线速度2.5mm/s，摆幅4.2mm，步进间隔1.6mm。使用的镍基合金粉成分组成比重为：B:1.2%，C:0.05%，Cr:0.2%，Fe:0.1%，Si:2.2%，其余均为Ni。
步骤D）所达到的熔覆层为，合缝线：宽6.1mm，厚3.2mm；上下口宽度为6.0mm，厚度为3.3mm。成品如图4所示。
实施例2
以口模激光熔覆为例，说明一种铜合金初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺的具体实施方式，其步骤为：
A）、型腔加工：与实例1相同的要求，对口模进行加工，获得的槽位如图5所示。
B）、激光熔覆前处理：与实例1相同。
C）、将玻璃模具的三维模型导入Robotmaster离线编程软件中，建模生成熔覆轨迹程序，然后下载至机器人系统进行示教编程。
D）、激光熔覆：采用设备与实例相同，工艺参数为：焦点光斑为φ3.5mm，熔覆头送粉嘴工作距离为21mm，激光输出功率2600W，送粉量为：25g/min，采用的保护气为：氩气，流量：12L/min；采用摆动熔覆的轨迹方式的轨迹参数为：线速度3.2mm/s，摆幅2.6mm，步进间隔1.8 mm。使用的镍基合金粉成分组成比重为：B:1.2%，C:0.05%，Cr:0.2%，Fe:0.1%，Si:2.2%，其余均为Ni。
步骤D）所达到的熔覆层为，合缝线：宽4.5mm，厚2.8mm；上下口宽度为4.8mm，厚度为3.0mm。成品如图6所示。
本实施例提供的一种铜合金初模玻璃模具激光熔覆镍基合金粉末工艺，其根据每种不同的模具，通过设置最佳的激光熔覆工艺参数进行铜合金玻璃模具（成模及口模）的激光熔覆，解决了铜合金玻璃模具激光熔覆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及等离子堆焊的主要问题；可通过摆动熔覆的办法，实现超宽超厚熔覆层，最大宽厚尺寸满足8mm*3mm的熔覆层要求；特别是实现了等离子堆焊无法完成的铜合金口模合缝面及接口的镍基合金强化；免去了等离子堆焊等传统工艺手段的预热、保温、退火等工序。相比人工喷焊及等离子堆焊，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。