一种超声冲击与微织构加工复合处理的冲压模具及方法技术

本发明专利技术公开了一种超声冲击与微织构加工复合处理的冲压模具及方法，包括：对冲压模具的凸模和凹模进行粗磨和精磨处理；对冲压模具进行三维立体扫描，根据三维点云数据进行超声冲击工具头的工作路径规划；将超声冲击工具头与冲压模具表面接触，对超声冲压工具头施加设定的静压力，同时对工具头施加超声频振动，使得工具头连续冲击模具表面，在冲击过程中按照设定速度使工具头沿规划路径运行；将冲压模具的凸模工作表面分为接触区和非接触区；将冲压模具的凹模工作表面分为接触区和非接触区；再将凸模和凹模的接触区分为圆角区、立面区、其他区；在凸模的圆角区和立面区加工微凸起织构，在凹模的圆角区和立面区加工微沟槽织构。在凹模的圆角区和立面区加工微沟槽织构。在凹模的圆角区和立面区加工微沟槽织构。

【技术实现步骤摘要】
一种超声冲击与微织构加工复合处理的冲压模具及方法


[0001]本专利技术涉及冲压模具表面处理
，具体为一种超声冲击与微织构加工复合处理的冲压模具及方法。

技术介绍

[0002]冲压模具是冲压工艺中通过压力压迫板料发生塑性变形的重要工具，冲压模具的表面处理技术决定着成形工件的质量。在冲压过程中，模具接触面积大，加之翻边过程中板料变形伴随巨大变形力，使得凹凸模具与板料之间容易发生剧烈摩擦，长时间摩擦易导致模具磨损，降低模具寿命。
[0003]目前的模具表面处理技术主要有渗碳、渗氮、镀铬、激光熔覆、TD、PVD、CVD等，这些表面处理技术存在各种缺点：渗碳技术的废气燃烧影响环境，处理后的模具易出现表面晶间氧化等问题；渗氮技术易产生疏松多孔的表面化合物层，且脆性较大；镀铬技术的废液会污染环境，且不适用于高强板；激光熔覆技术其冷却过程中熔覆层内会产生残余应力，缺乏专用材料适配于所有模具；TD覆层处理存在变形量，后期二次加热易导致成形件变形或开裂；PVD物理气相沉积技术的镀层耐热性普遍较差，成本较高；CVD化学气相沉积反应温度高，易导致模具变形，且沉积层界面易发生扩散。
[0004]针对冲压模具的摩擦磨损问题，中国专利“一种复合织构轧辊成形模具及其复合织构成形方法”，在轧辊冲压模具表面的不同区域设置微凸起织构和微凹坑织构，提高轧辊模具耐磨性能，改善材料流动。但其直接在光滑模具表面加工的微织构，并没有提高模具表面本身的耐磨性，微织构耐磨性较差，在实际工作中很容易快速被磨掉形貌，从而失去作用。
专利技术内容
[0005]为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术旨在提供一种冲压模具表面超声冲击与微织构复合处理方法。本专利技术对冲压模具进行三维形貌分析，规划工具头运行路径，使工具头与模具表面接触，按规划路径运行，施加超声频震动使得工具头连续冲击模具表面，使模具表面纳米晶化。根据模具三维形貌划分微凸起织构加工区和微沟槽织构加工区，在超声冲击后的模具表面上通过激光加工获得微凸起织构和微沟槽织构。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供了超声冲击与微织构加工复合处理冲压模具的方法，包括以下几个步骤：
[0008]步骤(1)对冲压模具的凸模和凹模进行粗磨和精磨处理；
[0009]步骤(2)对超声冲击工具头的工作路径进行规划；
[0010]步骤(3)将超声冲击工具头与冲压模具表面接触，对超声冲压工具头施加设定的静压力，同时对工具头施加超声频振动，使得工具头连续冲击模具表面，在冲击过程中按照设定速度使工具头沿规划路径运行；
[0011]步骤(4)将冲压模具的凸模工作表面分为接触区和非接触区；将冲压模具的凹模工作表面分为接触区和非接触区；再将凸模和凹模的接触区分为圆角区、立面区、其他区；
[0012]步骤(5)在凸模的圆角区和立面区加工微凸起织构，在凹模的圆角区和立面区加工微沟槽织构。
[0013]上述冲压模具表面超声冲击与微织构复合处理方法，通过该方法加工后的冲压模具表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性提高，同时模具表面摩擦特性和材料流动得到主动优化，模具工作过程中的摩擦磨损大幅降低，模具寿命增长，模具冲压获得的成形件质量有所提高。
[0014]作为进一步的技术方案，凸模圆角区需要带动材料向下流动，为了增强此区域的材料流动，减少板材的减薄，需要在此区域加工微凸起织构。凸模立面区的材料需要在凸模带动下流入凹腔，为了促进材料流动，减少板材减薄，需要在此区域加工微凸起织构。
[0015]作为进一步的技术方案，凹模圆角区需要更好地让材料流入凹腔，此区域的摩擦系数需要尽可能的小，所以需要在此区域加工微沟槽织构。同理凹模立面区摩擦系数也应尽可能的小，所以需要在此区域加工微沟槽织构。
[0016]作为进一步的技术方案，微凸起织构具体形貌为高与底面直径比例为2:3的椭球冠状织构，在凹模的圆角区和立面区加工微沟槽织构，微沟槽织构具体形貌为横截面是正方形(深度与宽度比例为1:1)且与凹凸模的相对运动方向垂直的沟槽织构，且微沟槽织构与凹凸模的相对运动方向垂直。通过激光刻蚀方法加工获得所需微织构，微沟槽织构通过激光直接刻蚀得到，微凸起织构通过激光照射同时辅助气体吹起得到。
[0017]第二方面，本专利技术还提供了一种冲压模具，其通过前面所述的复合处理方法获得。
[0018]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0019](1)将超声纳米表面改性技术和微织构技术结合起来，可以综合两项技术的优点，与直接在模具上加工微织构相比，在纳米晶层上加工微织构会使织构硬度和耐磨性大幅提高，延长微织构存在时间，提高微织构减摩抗磨、改善材料流动的功效。
[0020](2)冲压模具经超声冲击后的表面可以获得纳米晶体和残余压应力，模具表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性大幅提升，提升冲压模具疲劳性能，同时表面形貌更加平整规则。
[0021](3)冲压模具表面经激光加工后的微沟槽织构周围区域会出现显微硬度提高现象，提高冲压模具表面的整体硬度，增强模具耐磨性。
[0022](4)冲压模具表面加工微凸起织构可以增大接触界面摩擦系数，可抑制材料流动，能略微减小板料最大减薄率。冲压模具表面加工微沟槽织构能储存润滑油和摩擦产生的磨粒，在工作过程中持续给油，减小接触界面的摩擦系数，可促进材料流动。在冲压模具特定的曲面区域加工适配于该区域的特定种类、特定形貌、特定分布、特定参数的微织构，可以对模具表面的摩擦特性分布和材料流动属性进行主动控制及优化，提高模具使用寿命，提高成形件质量，避免或减少板料减薄、褶皱、回弹、均匀性差等问题的出现。
[0023](5)微凸起织构设置为高与底面直径比例为2:3的椭球冠状织构，微沟槽织构设置为横截面是正方形(深度与宽度比例为1:1)且与凹凸模的相对运动方向垂直的沟槽织构，是发挥织构功效的最佳形貌，能最大限度改善工件材料流动，降低模具表面摩擦磨损。
附图说明
[0024]图1为复合处理方法工艺流程图；
[0025]图2为超声冲击工作原理图；
[0026]图3为典型冲压模具表面区域划分图；
[0027]图4为微织构加工区域判定流程图；
[0028]图5为微沟槽织构加工示意图；
[0029]图6为微凸起织构加工示意图；
[0030]图7(a)为超声冲击路径规划中的凸模；图7(b)为超声冲击路径规划中的凸模路径规划示意图；图7(c)为超声冲击路径规划中的凹模；图7(d)为超声冲击路径规划中的凹模路径规划示意图；
[0031]图8(a)为微织构中的凸模加工区域划分示意图；图8(b)为微织构中的凹模加工区域划分示意图；
[0032]图9(a)为微凸起织构横截面示意图；图9(b)微沟槽织构横截面示意图；
[0033]图中：1为超硬工具头；2为纳米晶层；3为工件；4为竖直方向超声频振动；5为静压力；6为激光束；7为振镜；8为聚焦点；9为工作台；10为吹气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声冲击与微织构加工复合处理冲压模具的方法，其特征在于，如下：步骤(1)对冲压模具的凸模和凹模进行粗磨和精磨处理；步骤(2)对超声冲击工具头的工作路径进行规划；步骤(3)将超声冲击工具头与冲压模具表面接触，对超声冲压工具头施加设定的静压力，同时对工具头施加超声频振动，使得工具头连续冲击模具表面，在冲击过程中按照设定速度使工具头沿规划路径运行；步骤(4)将冲压模具的凸模工作表面分为接触区和非接触区；将冲压模具的凹模工作表面分为接触区和非接触区；再将凸模和凹模的接触区分为圆角区、立面区、其他区；步骤(5)在凸模的圆角区和立面区加工微凸起织构，在凹模的圆角区和立面区加工微沟槽织构。2.如权利要求1所述的超声冲击与微织构加工复合处理冲压模具的方法，其特征在于，所述的轮廓的算术平均偏差≤0.6μm，轮廓的最大高度≤3.2μm。3.如权利要求1所述的超声冲击与微织构加工复合处理冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚鹏，王鹏飞，褚东凯，屈硕硕，黄传真，王庆伟，何婉盈，刘莉，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：