[发明专利]用于激光辅助的工具构造和修复的方法

说明书

现有申请的交叉引用

本PTC专利申请要求于2012年4月16日提交的美国临时专利申请序列号No.61/624,562的名称为“PROCESS FOR LASER-ASSISTED TOOL BUILD AND REPAIR(用于激光辅助的工具构造和修复的方法)”的权益，该申请的全部公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分，并且通过参引并入。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于构造诸如在汽车或其他制造工业中使用的压模和铸模之类的工具的方法。更特别地，本发明涉及一种用于将工具钢合金激光熔覆到由铸铁或其他较低等级的可浇注材料制成的基部结构上以在该工具的成型表面上形成特征或对该工具的成型表面上的特征进行修复的方法，并且还涉及利用所述方法制造的工具。

背景技术

压模和铸模为在汽车和其他制造工业中使用的工具的示例。这样的工具具有配备有用于生产具有所需的形状或设计的成品的特征的成型表面。例如，用于生产车身面板的压模可以包括具有包括互补的相反表面特征的成型表面的冲头和模块组件。该压模的部件安装在装载有金属板坯料的压机中，并且随后在操作吨位下结合在一起以使金属板坯料在模具的部件之间变形。在压模的部件结合在一起时，金属板坯料被拉伸并且与在压模的部件的成型表面上设置的特征的形状相符合。以此方式，可以形成具有“旋风式线(Tornado Line)”或其他设计特征的车身面板。

压模和铸模的制造需要大量的机械加工以移除不必要的大量锻造或铸造材料，从而形成用于制造成品的具有所需特征的成型表面。通常，大量锻造材料为相对昂贵的工具钢合金或铁。实际上，生产成品工具的成本主要归因于材料的成本以及所需的机械加工的量。遗憾地，将金属板坯料拉伸并变形的方法使工具的成型表面承受磨耗，从而导致了大幅的“磨损和撕裂”，并且从而限制了这种工具的有效寿命。特别地，用以生产“旋风式线”或其他类似设计的尖特征更容易受到磨损。这是由于金属板坯料相对于工具的尖特征滑动得比在该工具的其他部分内滑动的程度更大，并且由于相比工具的其他表面部分，尖特征更脆并且从而更加容易受到损坏和磨损。为了延长这种工具的有效寿命，已知的是使尖特征承受热处理加工以增大尖特征的材料硬度，并且从而增大其耐磨性。然而，最后，该工具磨损得不能再使用并且必须修复，或者在以相当大的成本进行了有限次的可用的修复之后被更换。一般而言，将该工具再磨光并非成本有效。

在WO2009/077524中描述了一种用于通过以下方式由诸如高抵抗性混凝土之类的低成本材料生产工具的方法：通过将低成本材料铸造成所需形状并且随后以金属或陶瓷层涂覆该低成本材料。根据这种方式，由于使用低成本混凝土代替铁合金，因此减小了工具的材料成本，并且由于需要移除仅相对较薄的一层沉积金属或陶瓷来限定成型表面，因此减小了对机械加工的需求。遗憾地，利用这种方法生产的工具略微较脆，并且尽管其耐高压缩载荷，但是其对拉伸应力的抵抗性较小。这默示该方法适于在工具不需要具有很长的寿命周期时制造低成本工具。

在WO2009/090622中描述了一种用于延长金属型腔模具的寿命的方法。特别地，该方法用于修复用于制造诸如瓶之类的玻璃制品的铸模中的缺陷。当铸模变得磨损或损坏时，从整个模制表面削去一层金属，随后将比在机械加工步骤期间所移除的该层金属更厚的一层填充材料沉积到机械加工表面上，并且最后将该填充材料机械加工成用于模制玻璃制品的设计尺寸。遗憾地，必须对整个模制表面进行机械加工以修复缺陷，这增大了成本。此外，应当说明的是，用于形成熔覆层的填充材料必须与铸模的铸铁冶金相容。这种要求限制了可以用于形成熔覆层的材料的类型。因此，限制了改变模制表面的材料特性的能力。

以上提到的方法均不适于制造用于在大容量的A类汽车应用或其他类似制造工业中使用的工具。另外，以上提到的方法均没有在允许工具的有效寿命得以增大的同时实现减小的工具材料成本。此外，以上提到的方法均不适于由冶金非相容材料或具有非相容的机械特性的材料来制造工具。

因此，有益的是提供一种用于制造工具的方法并提供根据所述方法制造的工具，其克服了现有技术的以上提到的限制和缺点中的至少某些限制和缺点。

发明内容