[发明专利]一种水下消除金属模具应力的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于水下激光-等离子体冲击波技术消除金属模具应力的方法及装置，可 以用来消除各种金属模具的不良残余应力，属于模具加工技术领域。

背景技术

金属模具的大面与小面所形成的棱角要求清角(即大面、小面与棱所形成的几何图形的断 面要成直角)，这项工作一般采用冷挤压成型，易使金属内部晶格与晶界发生滑动和扭曲，从 而产生加工应力。虽在装成和焊接反面的加劲板时，焊接温度将这种应力部分消除，但消除 得并不均匀，而且焊接本身又带来了新的应力——焊接应力(热应力和组织应力)，所以未经 处理的金属模具易发生扭曲和拱曲，刚性较差。

水下激光-等离子体冲击表面预处理作为一种手段，早期的处理工序一般是在待处理工件 表面直接涂覆一层黑色吸光漆，作为激光能量吸收层，再以水或者玻璃等透光材料作为约束 层。在工件上直接涂覆黑色吸光涂料，使后处理过程中工件表面残余涂料难以清理。另外， 吸光涂料的厚度、均匀性不易控制，致使处理后工件表面易出现过熔、烧蚀、失稳涟漪等表 面质量问题。

发明内容

本发明针对上述问题，提供的一种水下消除金属模具应力的方法及装置，目的是提供激 光加工实用化和批量处理的水下激光冲击处理金属模具应力的方法和装置，不需要对模具表 面进行预处理，直接在水下对金属模具进行冲击处理，消除模具因清角造成的加工应力以及 因焊接造成的热应力与组织应力，使模具刚性提高。

本发明的一种水下消除金属模具应力的方法，包括以下步骤：

a)根据模具材料及处理要求制作相应宽度、厚度和密度的激光吸收膜；

b)根据模具处理要求编制工作台控制程序，用于控制工作台运动路径；

c)将模具安装到夹具上，激光吸收膜安装到吸收膜卷动系统上，水箱内注水并保持模具 待处理表面以上的水层厚度恒定；

d)根据模具处理要求设定激光光斑尺寸，激光功率、激光脉宽等参数；

e)根据模具处理要求调整激光吸收膜覆盖位置；

f)根据模具处理工艺优化设定的参数发射激光脉冲，使脉冲光束透过水层照射到激光吸 收膜上，使吸收层材料气化、电离产生等离子体冲击波，冲击波在水层约束下反冲到模具表 面，利用工作台控制系统控制待加工模具按一定轨迹移动，逐点进行冲击；

g)卸下加工好的模具，更换新的激光吸收膜，进行下一批次加工。

进一步地，发明提供了一种水下消除金属模具应力的装置，包括脉冲激光发生器、激光 控制系统、供水系统、工作台、工作台控制系统、吸收膜卷动系统，供水系统由水箱、水箱 上方的进水系统、水箱下部的排水系统组成；激光控制系统包括PLC控制系统及人机操作界 面，可在人机操作界面实现对激光输出功率等工艺参数进行控制及显示，并可对工艺参数进 行存储及自动运行；工作台控制系统包括PLC控制系统及人机操作界面，可在人机操作界面 实现对工作台高度、水封层厚度、吸收膜卷动速率等工艺参数进行控制及显示，并可对工艺 参数进行存储及自动运行；吸收膜卷动系统，安装在水箱内，主要包括吸收膜卷筒及电机， 吸收膜卷筒由电机带动，可实现激光吸收膜的匀速传输，同时传输速度可在显示屏上进行设 置及显示。

进一步地，利用水下激光-等离子体冲击波作为加工手段，对模具表面进行逐点冲击，使 模具清角时因冷挤压成形造成的加工应力、模具焊接时导致的热应力和组织应力得以均匀消 除，使模具的刚性增强。

进一步地，工作台主要包括底座、夹具及吸收膜卷筒支撑架，吸收膜卷动系统安装在所 述的吸收膜卷筒支撑架上。

进一步地，工作台控制系统可根据金属模具应力消除过程中所需不同工艺参数，自动对 激光输出功率进行调节，实现不同种类金属模具的连续处理。

进一步地，在线检测系统可对吸收膜传送状态、供水系统出、入口状态进行实时监测并 将检测值显示在人机操作界面。

综上所述，本发明提供的一种基于水下激光-等离子体冲击波技术消除金属模具应力的方 法及装置，可对模具表面进行逐点冲击，使模具清角时因冷挤压成形造成的加工应力、模具 焊接时导致的热应力和组织应力得以均匀消除，使得模具刚性增强，具有加工效率高、应力 消除效果好、加工成本低的特点，且可满足不同种类金属模具的连续处理。

附图说明：