[01431757]压铸模具失效表面激光熔注耦合仿生修复再造机理研究

提出基于机械仿生理论、计算机数值模拟技术、激光熔注技术、模具失效与实验分析相结合的实现压铸模具失效表面耦合仿生修复再造的技术路线,破解模具表面修复的不相关功能或矛盾功能采用同一技术无法解决的难题,实现模具修复表面耐磨、抗裂纹和强韧性等多问题一种技术解决,开辟解决模具失效表面修复的新途径。并在如下4方面取得一定成果： 1.利用ProCAST软件对压铸过程进行了模拟仿真,得出了模具最高点温度、模具最大温度梯度、热应力集中区域,并以此为判断依据,预测了模具易失效区域。并对模拟仿真结果进行了试验论证,结果表明,模拟预测的失效区域与实际出现的热裂纹区域分布相吻合,获得了应用CAE分析获取失效区域的方法,为新模具实施激光仿生强化技术来提高模具表面抗热疲劳性提供了依据。 2. 通过激光熔注耐磨工艺研究,控制激光束对注入颗粒的加热,降低激光熔注层中脆性相的数量和降低颗粒的分解,获得一些在平衡态所无法得到的组织和物相,完成压铸模具表面修复多尺度激光熔注层制备技术开发。 3. 利用激光熔注技术在模具表面制备仿生颗粒增强复合材料层,当裂纹正对熔注陶瓷颗粒中心线扩展时,裂纹首先在熔注陶瓷颗粒处受阻,进而形成耳状切口,随着循环次数的增加裂纹出现分叉,沿熔注陶瓷颗粒边缘扩展。当裂纹偏离熔注陶瓷颗粒中心线扩展时,裂纹在熔注陶瓷颗粒处转移,改变方向扩展一段距离,随后又回到循环方向上。即使裂纹路径存在很小的转移,也可能使裂纹扩展速率降低几个数量级,极大提高模具热疲劳寿命。 4. 针对压铸模具表面失效区域特征,利用激光熔注技术,在模具表面局部制备出由多条仿生强化层构成仿生纹理,试验表明,具有激光熔注仿生表面的模具使用寿命比强化前提高了50%以上。 5.发表论文3篇,申请发明专利1项。 项目成果突破了传统模具修复概念,对模具表面磨损、裂纹及其附近有失效倾向区域进行联合仿生修复再造,为压铸模具表面修复提供了一种新的理论和方法,对其它种类模具修复再造也具有一定指导意义。同时也可为发电、军工、航空、机械制造、石油化工等诸多领域金属制品功能表面激光修复再造提供理论和技术支持,创造面向机械部件表面工程的仿生修复再造新技术。