CN106521483A - 提升模板表面抵抗凹陷能力的方法及模板表面强化设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于压力成型机的模板生产技术领域，公开了提升模板表面抵抗凹陷能力的方法及模板表面强化设备，其中，提升模板表面抵抗凹陷能力的方法具体为：在模板的生产制造过程中，对模板完成精加工后，先在模板表面喷涂功能粉末，然后通过激光对模板的表面进行聚焦扫描以改变模板的表层材料成分，在模板的表面形成一强化层，强化层可提高模板表面的抗压强度，从而防止模板表面出现凹陷问题。本发明在压力成型机出厂前对完成精加工后的模板进行表面激光强化处理，进而可大幅提升模板表面抵抗凹陷的能力，其处理方便、处理成本低；同时由于其在处理过程中并没有改变模板的表面形状，故，其不会影响压力成型机的开模行程。

Description

提升模板表面抵抗凹陷能力的方法及模板表面强化设备

技术领域

本发明适用于压力成型机(含压铸机、注塑机等采用压力合紧模具成型的机器)的模板生产技术领域，尤其涉及提升模板表面抵抗凹陷能力的方法及模板表面强化设备。

背景技术

压铸机、注塑机等采用压力合紧模具成型的压力成型机在合模时会产生锁模力，该锁模力主要由动、静模板的动模安装表面、静模安装表面承载。具体应用中，在机器的长期开、合模往复运动中，动、静模板的动模安装表面、静模安装表面在锁模力的长期反复作用下会产生塑形变形，最终会出现表面凹陷现象；特别是在1000吨以上的大型压力成型机中，由于其合模力大，动模安装表面、静模安装表面承受的锁模力相应会很大，故，使得动模安装表面、静模安装表面更易出现表面凹陷问题。针对此问题，现有技术常采用以下两种方式解决：

1)在压力成型机出厂前，预先在动、静模板上配置高强度的模具垫板。其具体操作方式为：采用模具钢或其它高强度材质做成模具垫板，在压力成型机装配时，在动、静模板上安装此模具垫板。这种方式虽然可在一定程度上起到了防止动、静模板配合表面出现凹陷问题的作用，但是，由于模具垫板具有一定的厚度，故，在增设了模具垫板后，压力成型机原有的开模行程受此影响而缩小，同时也增加了压力成型机的成本。

2)在压力成型机出厂前不做处理，待压力成型机使用一段时间出现表面凹陷问题后再通过维修修复。而维修修复需要拆卸压力成型机的动、静模板等大型零件，并重新用专业机床对凹陷表面进行修复加工；且这些维修修复一般在压力成型机的使用厂家无法实现，往往需要运到压力成型机的生产厂家去完成，其维修工期长，成本高；另外，即使在压力成型机的生产厂家修复，动、静模板允许修复加工的余量也有限，一般不能超过2mm，否则会影响动、静模板的继续使用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的至少一个不足之处，提供了提升模板表面抵抗凹陷能力的方法及模板表面强化设备，其在压力成型机出厂前、且在不影响压力成型机开模行程的前提下，提高模板表面的抗压强度，大幅提升模板表面抵抗凹陷的能力。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提升模板表面抵抗凹陷能力的方法，其实施方式为：在模板的生产制造过程中，对所述模板完成精加工后，先在所述模板表面喷涂功能粉末，所述功能粉末为具有强化功能和/或防锈功能和/或耐磨功能的粉末；然后通过激光对所述模板的表面进行聚焦扫描以改变所述模板的表层材料成分，并在所述模板的表面形成一强化层，所述强化层可提高所述模板表面的抗压强度，从而防止模板表面出现凹陷问题。

可选地，所述激光的输出功率为1000W-10000W；且/或，所述激光的扫描进给速度为10mm/min-2000mm/min；且/或，所述激光的光斑为50mm²-200mm²的矩形光斑。

可选地，所述强化层的厚度为0.5mm-1mm。

可选地，所述模板为压力成型机的动模板或静模板。

可选地，所述强化层形成于所述动模板或所述静模板之用于与模具安装配合的模具安装面上。

本发明提供的提升模板表面抵抗凹陷能力的方法，通过对完成精加工后的模板进行激光聚焦扫描，从而可改变模板的表层材料成分，并在模板的表面形成一强化层，进而可利用该强化层提高模板表面的抗压强度，达到模板表面激光强化的目的，提升了压力成型机(尤其是大型压力成型机)的模板表面抵抗凹陷的能力，延长了模板的使用寿命。由于其是在压力成型机出厂前对模板进行处理操作，故，其具有处理方便、处理成本低的特点；同时由于其在处理过程中并没有改变模板的表面形状，故，其不会影响压力成型机的开模行程。此外，由于其在采用激光对模板1进行聚焦扫描之前，先在模板上喷涂了功能粉末，故，则可利于提高模板1的强度和/或防锈性能和/或耐磨性能。

进一步地，本发明还提供了模板表面强化设备，其包括用于放置固定模板的定位组件、具有激光头的激光器、用于驱动所述激光头运动的驱动机构和用于控制所述激光器与所述驱动机构运行的控制器，所述驱动机构包括可驱动所述激光头进行三维运动的三维动作组件，所述激光头安装于所述三维动作组件上。

可选地，所述三维动作组件为六轴联动智能机械手。

可选地，所述驱动机构还包括用于驱动所述三维动作组件前后水平移动的滑动组件，所述三维动作组件安装于所述滑动组件上。

可选地，所述滑动组件包括底座、安装于所述底座上的数控滑台和用于驱动所述数控滑台在所述底座上滑动的动力构件，所述三维动作组件固定于所述数控滑台上。

可选地，所述定位组件包括工作台和若干个设于所述工作台上的调整块，所述模板安放于所述调整块上。

本发明提供的模板表面强化设备，通过定位组件进行支撑固定模板，通过激光器的激光头对模板的表面进行聚焦扫描，通过驱动机构驱动激光头运动，这样，使得从激光头射出的激光可对模板的表面进行聚焦扫描，从而可改变模板的表层材料成分并在模板的表面形成一强化层，进而达到对模板表面进行激光强化的目的，利于防止模板在使用过程中出现表面凹陷问题，有效延长了模板的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的模板表面强化设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，以下实施例中的左、右、上、下、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图1所示，本发明实施例提供的提升模板表面抵抗凹陷能力的方法，主要用于提升压铸机或注塑机等压力成型机中模板1表面抵抗凹陷的能力，其实现方式具体为：在模板1的生产制造过程中，对模板1完成精加工后，先在模板1表面喷涂功能粉末，功能粉末为具有强化功能和/或防锈功能和/或耐磨功能的粉末；然后通过激光对模板1的表面进行聚焦扫描以改变模板1的表层材料成分，并在模板1的表面形成一强化层，强化层可提高模板1表面的抗压强度，从而可大幅提升模板1表面抵抗凹陷的能力。本发明实施例提供的提升模板表面抵抗凹陷能力的方法，通过对完成精加工后的模板1进行激光聚焦扫描，从而可改变模板1的表层材料成分，并在模板1的表面形成一强化层，进而可利用该强化层提高模板1表面的抗压强度，达到模板1表面激光强化的目的，提升压力成型机(尤其是大型压力成型机)的模板1表面抵抗凹陷的能力，延长了模板1的使用寿命。由于本发明实施例是在压力成型机出厂前对模板1进行处理操作，故，其具有处理方便、处理成本低的特点；同时由于其在处理过程中并没有改变模板1的表面形状，故，其不会影响压力成型机的开模行程。

具体地，功能粉末为具有强化功能(提升表面强度的功能)和/或防锈功能和/或耐磨功能的粉末，即功能粉末至少具有强化功能、防锈功能、耐磨功能中的至少一种功能；例如，功能粉末具体可为镍铬钼合金粉末，此时，功能粉末同时具有强化功能、防锈功能和耐磨功能这三种功能。此处，在采用激光对模板1进行聚焦扫描之前，先在模板上喷涂了薄层功能粉末，可利于提高模板1的强度和/或防锈性能和/或耐磨性能；尤其是当功能粉末具有防锈功能时，还可防止压力成型机在具体应用中由于脱模剂的使用而导致对模板1表面的腐蚀。喷涂功能粉末后的模板1表面，经过激光扫描后，表层材料发生改变，功能粉末中的合金元素在激光作用下，形成合金化表层，同时合金化表层与模板1基体材料形成冶金结合，即：激光扫描模板1后在模板1表面形成的强化层，既具有模板1基体材料组织改变后的强化性能，也具有合金材料的强化性能。

优选地，根据功能粉末材质情况和模板1材料情况的需要，如果模板1表面材质和功能粉末吸光效果都比较差，在喷涂功能粉末时，则同时混合喷涂吸光粉末，即先将功能粉末与吸光粉末混合后再一起喷涂于模板1上，这样，在激光扫描时可增强吸光效果，从而可利于提高模板1表面的激光强化效果。吸光粉末具体可为黑色涂料粉末或磷化处理粉末等。当然了，具体应用中，如果功能粉末和模板1材料表面吸光效果不是很差，则可以不用喷涂吸光粉末。

优选地，在对模板1进行激光扫描时，激光的输出功率为1000W-10000W，且/或，激光的扫描进给速度为10mm/min-2000mm/min；且/或，激光的光斑为50mm²-200mm²的矩形光斑。此处，通过对激光输出功率、激光扫描进给速度和激光光斑形状大小进行优化设置，一方面使得聚焦扫描于模板1上的激光可改变模板1的表层材料成分，从而可在模板1的表面上形成强化层，进而达到提高模板1表面抗压强度、提升模板1表面抵抗凹陷能力的目的；另一方面可使得大型模板1的表面激光强化处理工作效率比较高，且大型模板1的表面激光强化处理效果比较好。

优选地，强化层的厚度为0.5mm-1mm，这样可使得模板1的表面抗压能力在原有基础上(进行激光强化处理前)提高50％以上，从而可很好地防止模板1在使用过程中表面出现凹陷问题，且其不会对压力成型机的开模行程产生影响，其综合性能好。此外，采用上述的激光控制参数可易于在模板1的表面上形成厚度为0.5mm-1mm的强化层，其易于实现，且工作效率高。

优选地，模板1为压力成型机的动模板或静模板，即：本发明实施例提供的提升模板表面抵抗凹陷能力的方法，既可用于压力成型机的动模板表面强化，又可用于压力成型机的静模板表面强化。

优选地，强化层形成于动模板或静模板之用于与模具安装配合的模具安装面上。动模板的模具安装面和静模板的模具安装面是压力成型机锁模力的主要承载面，此处，有选择地对动模板和静模板的表面进行激光强化处理，既可有效提升压力成型机的动、静模板表面抵抗凹陷的能力，又可利于简化动、静模板的表面激光强化处理效率，避免了不必要的加工成本浪费。

优选地，模板1的材质为铸铁或者铸钢，即本发明实施例提供的提升模板表面抵抗凹陷能力的方法优选适用于采用铸铁材料或者铸钢材料制成的模板1，这样，采用本实施例中的激光扫描控制参数对模板1进行表面激光强化处理所取得的模板1表面硬化效果、模板1表面抗压强度提高效果、防止模板1表面凹陷问题效果比较显著。经试验证明，在上述提供的激光扫描控制参数范围内进行合适工艺参数调整分别对材质为铸钢ZG270的模板1和对材质为球墨铸铁QT500-7的模板1进行激光扫描时，可使模板1表面形成厚度为0.5mm-1mm的强化层，达到了期望表面强化效果，从而可在不影响压力成型机开模行程的前提下有效提升了压力成型机中模板1表面抵抗凹陷的能力。

如图1所示，本发明实施例提供的模板表面强化设备，用于实现对上述模板1进行表面激光强化处理，其包括定位组件2、激光器3、驱动机构4和控制器5，控制器5可控制激光器3和驱动机构4的运行，定位组件2主要用于放置、固定模板1，激光器3主要用于产生激光且其具有用于输出激光的激光头31，驱动机构4主要用于驱动激光头31进行运动。驱动机构4包括可驱动激光头31进行三维运动的三维动作组件41，激光头31安装于三维动作组件41上。三维运动具体指在三维空间(图中X、Y、Z三轴形成的立体空间)内任意方向的移动和转动，即三维动作组件41可驱动激光头31在三维空间内进行任意移动和转动，从而利于实现对大型模板1(模板1尺寸范围可达4000mmX4000mm)的激光扫描处理。本发明实施例提供的模板表面强化设备，通过定位组件2进行支撑固定模板1，通过激光器3的激光头31对模板1的表面进行聚焦扫描，通过驱动机构4驱动激光头31运动，这样，使得从激光头31射出的激光可对模板1的表面进行聚焦扫描，从而可改变模板1的表层材料成分并在模板1的表面形成一强化层，进而达到对模板1表面进行激光强化的目的，利于防止模板1在使用过程中出现表面凹陷问题，有效延长了模板1的使用寿命。

可选地，三维动作组件41为六轴联动智能机械手(又称工业机器人)，六轴联动智能机械手具体指具有六个伺服电机、六个控制轴的机械手，机械手各关节通过伺服电机带动可绕各控制轴进行转动，从而实现三维空间(图中X、Y、Z三轴形成的立体空间)内任意方向的移动和转动。六轴联动智能机械手控制方便、控制灵活性高、易于实现对激光头31运动轨迹的精确控制，更利于实现对大型模板1复杂形面的激光扫描控制。当然了，具体应用中，三维动作组件41不限于六轴联动智能机械手，也可采用其它设置方式，只要实现使激光头31在三维空间内实现三维运动即可，如，三维动作组件41也可采用数控电机与丝杠或者其它传动结构的组合结构。

优选地，激光头31通过法兰安装固定于六轴联动机械手的末端控制轴上，其安装方便、紧固可靠。当然了，具体应用中激光头31也可通过其它方式实现与六轴联动机械手的连接，如夹具等。

优选地，驱动机构4还包括用于驱动三维动作组件41前后水平(图中X轴方向)移动的滑动组件42，三维动作组件41安装固定于滑动组件42上。滑动组件42的设置，一方面可简化三维动作组件41前后水平移动的控制，另一方面可极大程度地提高激光头31前后水平方向的移动行程，从而更利于扩大对大型模板1的激光表面强化处理的空间范围。

优选地，滑动组件42包括底座421、安装于底座421上的数控滑台422和用于驱动数控滑台422在底座421上滑动的动力构件(图未示)，三维动作组件41安装固定于数控滑台422上。底座421上设有动力构件和用于对数控滑台进行导向滑动的线性导轨。动力构件具体可为数控伺服电机与滚珠丝杠传动副的组合。动力构件通过数控程序控制，即控制方便、易于实现对激光头31运动轨迹的精确控制。本实施方案中，六轴联动智能机械手采用壁挂式侧挂安装于数控滑台422上，其安装方便，六轴联动智能机械手可控制激光头31在六轴联动机械手活动空间内任意运动；且通过数控滑台422的移动，扩大了六轴联动机械手在前后水平方向(X轴方向)的活动范围。此处，选用机器人程序(六轴联动机械手控制程序)和数控程序控制激光头31运动，可使激光头31在面积3000mm×3000mm的范围内进行扫描运行工作，其工作范围大，并可通过机器人程序(六轴联动机械手控制程序)与数控程序的集成，实现三维空间任意轨迹的扫描动作，完成了对模板1复杂形面的扫描硬化处理；同时激光头31的行走速度范围大，可以在0至5000mm/min的范围内平稳动作，能满足模板1不同工艺参数的要求。当然了，具体应用中，滑动组件42也可采用其它设置方式，只要能实现大范围的前后水平移动即可。

优选地，定位组件2包括工作台21和若干个设于工作台21上的调整块22，模板1支撑于调整块22上。具体应用中，可采用调整块22对模板1进行调整，以使得模板1可水平放置、定位于定位组件2上。

优选地，本实施例的激光器3为大功率半导体激光器3，大功率半导体激光器3是以半导体材料为工作介质的大功率激光器3，其具有体积小、重量轻、驱动功率低、电流低、效率高、工作寿命长、可直接电调制、易于与各种光电子器件实现光电子集成的特点。此处，激光器3选用大功率半导体激光器3，可调节激光扫描功率在500W-6000W大范围内稳定输出，满足了模板1的激光扫描功率要求，具体应用中，激光功率大小可根据模板1处理要求进行预先设定。

优选地，定位组件2、驱动机构4、激光器3和控制器5呈流水线依次分布，激光头31通过光纤与激光器3连接，这种分布方式易于工作人员对模板1表面激光强化设备的操作控制。

本发明实施例提供的模板表面强化设备，集成了机器人程序(六轴联动机械手控制程序)和数控程序，能实现任意预先设定的扫描路径、扫描功率、扫描速度大小的变化，能根据模板1不同要求调整合适工艺参数对材料表面进行激光扫描，得到0.5mm至1mm厚度的强化层，使得模板1表面的抗压能力在原有基础上可提高50％以上。此外，由于这种工艺方法，只对模板1的表面进行强化处理，没有改变模板1的表面形状，且没有在模板1上添加任何附加件，故，其作业成本低，且能在不影响压力成型机开模行程的前提下大幅提升压力成型机动、静模板表面抵抗凹陷的能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.提升模板表面抵抗凹陷能力的方法，其特征在于：在模板的生产制造过程中，对所述模板完成精加工后，先在所述模板表面喷涂功能粉末，所述功能粉末为具有强化功能和/或防锈功能和/或耐磨功能的粉末；然后通过激光对所述模板的表面进行聚焦扫描以改变所述模板的表层材料成分，在所述模板的表面形成一强化层，所述强化层可提高所述模板表面的抗压强度，从而可大幅提升模板表面抵抗凹陷的能力。

2.如权利要求1所述的提升模板表面抵抗凹陷能力的方法，其特征在于：所述激光的输出功率为1000W-10000W；且/或，所述激光的扫描进给速度为10mm/min-2000mm/min；且/或，所述激光的光斑为50mm²-200mm²的矩形光斑。

3.如权利要求1或2所述的提升模板表面抵抗凹陷能力的方法，其特征在于：所述强化层的厚度为0.5mm-1mm。

4.如权利要求1或2所述的提升模板表面抵抗凹陷能力的方法，其特征在于：所述模板为压力成型机的动模板或静模板。

5.如权利要求4所述的提升模板表面抵抗凹陷能力的方法，其特征在于：所述强化层形成于所述动模板或所述静模板之用于与模具安装配合的模具安装面上。

6.模板表面强化设备，其特征在于：包括用于放置模板的定位组件、具有激光头的激光器、用于驱动所述激光头运动的驱动机构和用于控制所述激光器与所述驱动机构运行的控制器，所述驱动机构包括可驱动所述激光头进行三维运动的三维动作组件，所述激光头安装于所述三维动作组件上。

7.如权利要求6所述的模板表面强化设备，其特征在于：所述三维动作组件为六轴联动智能机械手。

8.如权利要求6或7所述的模板表面强化设备，其特征在于：所述驱动机构还包括用于驱动所述三维动作组件前后水平移动的滑动组件，所述三维动作组件安装于所述滑动组件上。

9.如权利要求8所述的模板表面强化设备，其特征在于：所述滑动组件包括底座、安装于所述底座上的数控滑台和用于驱动所述数控滑台在所述底座上滑动的动力构件，所述三维动作组件固定于所述数控滑台上。

10.如权利要求6或7所述的模板表面强化设备，其特征在于：所述定位组件包括工作台和若干个设于所述工作台上的调整块，所述模板安放于所述调整块上。