[发明专利]一种模具表面激光淬火设备及控制方法

说明书

本发明公开了一种模具表面激光淬火设备及控制方法，所述方法实现了激光淬火区的温度闭环控制，在激光淬火过程中实时地、精确地获取淬火区域的淬火温度，以便于及时根据反馈的淬火温度控制激光输出功率，提高模具表面强化质量。同时，实现了激光光斑宽度自适应变化，在利用激光扫描模具表面进行淬火时，根据模具不同部位的结构特点，自适应调整激光光斑的宽度，减少或消除激光回火带。同时，结合温度闭环控制，能够根根据模具不同部位的结构特点，在获取各淬火区域反馈的温度后通过自适应调整激光光斑的宽度，进而控制激光光斑的大小控制淬火温度，使得淬火深度(即硬化层深度)与对应区域结构所需深度适配，减少热应力引起的收缩变形。

技术领域

本发明涉及激光淬火技术领域，特别涉及模具表面激光淬火设备及控制方法。

背景技术

很多重要的航空、航天、汽车工业中的大小零件都需要用弯曲的工艺来成形，其中弯曲模具的表面质量与状态直接影响到弯曲零件的质量和使用寿命，为了提高弯曲模具的使用寿命，传统的弯曲模具表面强化方法主要有气体氮化、离子氮化、电火花表面强化、渗硼法整体淬火、感应淬火和火焰淬火等方法，但是这些传统工艺方法普遍存在周期长、变形大、易开裂、硬度均匀性差、工作环境恶劣、工人劳动强度大、淬火质量不稳定等缺点，以火焰淬火为例，火焰淬火变形大、易开裂、硬度均匀性差且存在火后加工，极大地增加了弯曲模具的成本。现有弯曲模具多采用冷作模具钢、合金铸铁等高碳含量材料，模具表面的淬火加热温度区间较窄，淬火区温度难以精确控制，当模具表面淬火加热温度过高时，会导致模具碳化物材料过度分解，另外，弯曲模具不同部位导热能力存在差异，如刃口、冲头和凹模圆角部位导热较差，在激光强化淬火加热过程中热量积累，容易产生过热、熔化现象，对弯曲模具成形部位的结构造成破坏，甚至导致需要重新机加工，影响了模具的质量和寿命。

传统激光强化淬火技术由于受到激光光斑尺寸的限制，往往采用多道扫描搭接来实现大面积激光淬火强化，搭接道间容易形成二次淬火的回火带，导致硬度显著下降，影响了弯曲模具的硬度和寿命。另外，如果模具表面的激光强化淬火硬化层深度比较浅的话，快速冷却产生的淬火区体积收缩速度就会远大于马氏体相变引起的体积膨胀速度，从而导致热应力主导的弯曲模具收缩变形，并对弯曲模具零件内部产生弯曲力矩，甚至产生向淬火区部分凹陷的扭曲变形。弯曲件模具还存在外形尺寸大、各种不同曲面结构多的特点，激光淬火过程难以实现自动化轨迹编程，实际激光热处理过程中，往往采用手动定点编程，人工示教编程，热处理效率低、时间成本高。

因此，开发弯曲模具表面强化技术与装置，实现激光光斑宽度自适应变化、激光淬火区温度闭环控制、激光淬火离线编程，研制弯曲模具激光淬火的智能化装置，以解决上述工程难题是十分迫切的技术需求。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种模具表面激光淬火设备及控制方法。

第一个方面的目的是，实现激光淬火区的温度闭环控制，在激光淬火过程中实时地、精确地获取淬火区域的淬火温度，以便于及时根据反馈的淬火温度控制激光输出功率，提高模具表面强化质量。

第二个方面的目的是，实现激光光斑宽度自适应变化，在利用激光扫描模具表面进行淬火时，根据模具不同部位的结构特点，自适应调整激光光斑的宽度，减少或消除激光回火带。同时，结合温度闭环控制，能够根根据模具不同部位的结构特点，在获取各淬火区域反馈的温度后通过自适应调整激光光斑的宽度，进而控制激光光斑的大小控制淬火温度，使得淬火深度(即硬化层深度)与对应区域结构所需深度适配，减少热应力引起的收缩变形。

第三个方面的目的是，通过图像识别以及三维建模技术，利用计算机自动规划符合弯曲模具的形貌特征的激光淬火轨迹，相较于人工示教编程的方式，能够提高激光淬火的效率和精度。

为了实现本发明第一个方面的目的，提供一种模具表面激光淬火设备，所述设备包括激光头、比色测温仪、激光器和控制器；

所述激光器用于产生激光并通过光纤将产生的激光送入到激光头中；