拉深模激光毛化表面的磨損性能研究

郭嘯棟

（淮陰工學(xué)院機械工程學(xué)院，江蘇 淮安223003）

作者：郭嘯棟，男，1985年生，工學(xué)碩士，主要研究方向為模具設(shè)計與制造。

磨損是拉深模的主要失效形式之一，在國內(nèi)外，除尋求新型抗磨損材料和從結(jié)構(gòu)上對模具進行合理的設(shè)計外，激光表面改性則是提高模具使用壽命、改善其使用性能的重要方法。本文將作為激光表面改性技術(shù)之一的激光毛化技術(shù)應(yīng)用在模具試樣表面，并對其磨損性能進行了研究。

1 實驗部分

通過激光毛化在試樣表面加工出規(guī)則的微單元體，其具體尺寸與分布參數(shù)見表1，其中試樣10為未毛化對比試樣。摩擦磨損試驗采用CETR—UMT—Ⅱ微觀型銷盤式多功能摩擦磨損試驗機，試樣選用45鋼，經(jīng)表面淬火后，表面硬度達到40～56 HRC，試樣尺寸為30 mm×20 mm×8 mm。偶件銷材料為40Cr，尺寸為φ6.4 mm，硬度為65 HRC，載荷為40 N。用精度為萬分之一的FA2004型電子天平稱量磨損前后的質(zhì)量損失，并以此評價其耐磨性。摩擦系數(shù)通過計算機監(jiān)控的摩擦力矩計算得出。

2 實驗結(jié)果

表2列出了非毛化表面與毛化表面試樣的磨損量試驗結(jié)果。

表1 試樣表面微單元體尺寸與分布

由表2可見毛化表面試樣具有優(yōu)良的耐磨性。與非毛化試樣相比，磨損量大大減少。同時，毛化微單元體的直徑與分布不同時，磨損量亦有很大差別。當微單元體、間距越大時，磨損量越小。這是由于磨損時，銷首先與微單元體接觸。間距越大，凸臺越少，接觸面積減少，故磨損量越少。

表2 試樣磨損前后質(zhì)量對比

圖1為在UNT—Ⅱ型摩擦磨損試驗機上，不同激光毛化單元體直徑下試樣的摩擦系數(shù)變化曲線。

從圖1中可以看出微單元體的直徑不同，摩擦系數(shù)亦差別很大。不同直徑微單元體所產(chǎn)生的摩擦系數(shù)均高于未毛化表面。

圖2為不同列間距下的摩擦系數(shù)。圖2中可以看出，毛化試樣表面的摩擦系數(shù)明顯大于未毛化試樣，且特定間距下的摩擦系數(shù)呈現(xiàn)稍微減小的趨勢。

3 實驗結(jié)果分析

通過激光毛化在試樣表面加工的微單元體與基體相比，可見單元體處的組織致密，具有較高硬度，相當于在基體表面增加了許多強化質(zhì)點并起到抗磨作用，使其耐磨性增加。當單元體的大小及分布間距不同時，其占基體的面積比例也不同，單元體越大，分布間距越小，非光滑單元體所占基體面積的百分比越大，耐磨性越佳。摩擦過程中，這些單元體與基體的高低位置有所不同，相當于增加了基體的表面粗糙度，增加了摩擦阻力，從而提高了摩擦系數(shù)。因此，試樣毛化表面在提高拉深模耐磨性的同時，又能夠提高板料成形時的摩擦系數(shù)。

4 結(jié)語

通過激光毛化在拉深模表面形成毛化表面，其耐磨性較非毛化表面大大提高，摩擦系數(shù)也同時得到提高。毛化微單元體直徑越大，間距越小，耐磨性越好，摩擦系數(shù)也較大。激光毛化的微單元體相當于在基體表面增加了許多強化質(zhì)點，比基體具有更高的硬度和致密性，能夠提高抗磨性，增加表面粗糙度，故其耐磨性和摩擦系數(shù)均得到提高。因此，通過對拉深模表面進行激光毛化可提高其壽命，同時根據(jù)激光毛化對摩擦系數(shù)的影響，對拉深模不同成形要求部位毛化，可改善板料成形時的流動性。

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