超精密制造激光熔覆冲压模具开发工艺 |
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| 申请号 | CN202311867643.1 | 申请日 | 2023-12-29 | 公开(公告)号 | CN117888102A | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 福建金杨科技股份有限公司; | 发明人 | 孙国民; 刘继文; 杨振华; | ||||
| 摘要 | 超精密制造 激光熔覆 冲压 模具开发工艺，本开发工艺包括：步骤1：冲压模具的基体材料和添加材料的 选定 ，并且对激光熔覆设备的参数设定；步骤2：单道熔覆形性建模；步骤3：多层多道熔覆形性建模；步骤4：等寿命激光熔覆再制造。开发出的冲压模具的寿命长并精准度高，非常适合在新 能源 汽车 动 力 电池 结构件的加工制造上应用，本超精密制造激光熔覆冲压模具开发工艺设计理想，整体开发工艺的新颖，利用激光 熔覆技术 并结合建立形性模型(如单道熔覆层形貌与性能数学模型、多层形性模型以及多道多层熔覆涂层的形貌与性能模型)，数字模型化的强度高，可直观地分析并筛选出符合要求的高寿命冲压模具，精确性好、可预测性、并且可重复性演练，节约研发成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.超精密制造激光熔覆冲压模具开发工艺，其特征在于，所述开发工艺包括：步骤1：冲压模具的基体材料和添加材料的选定，并且对激光熔覆设备的参数设定；步骤2：单道熔覆形性建模；步骤3：多层多道熔覆形性建模；步骤4：等寿命激光熔覆再制造。 |
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| 说明书全文 | 超精密制造激光熔覆冲压模具开发工艺技术领域背景技术[0002] 动力电池结构件是新能源汽车的核心部件，产品性能要求高，产品材料一般为特种低碳钢材料，厚度薄，约为0.25mm‑0.5mm，产品材料厚度的减薄率需要达到40％，并且成形制造后要求具有高的尺寸与壁厚精度、高的表面质量、以及高的物理稳定性与抗压性能。因此，制造动力电池结构件的冲压模具性能至关重要，现有冲压模具开发模式不够理想，数字化强度差、效率低能，难以筛选制造高寿命的冲压模具，如其表面的涂层(如钛层)一般采用电镀或热喷涂的方式将其附着在冲压模具上，现有冲压模具需要在高强度运行下，其寿命要求达到数十万次乃至百万次以上。但是由于成形载荷作用以及摩擦润滑工况不一，使得现有冲压模具难免因会出现磨损、破损甚至失效等问题，现有冲压模具的寿命会大打折扣。因此，在新能源汽车领域的高速发展的当下，如何设计开发冲压模具的长寿命以及再制造技术，使其适用于高速发展的新能源汽车动力电池结构件的加工与制作，实现高品质的动力电池结构件产业化应用，是当前生产上急需解决的问题。 发明内容[0003] 本发明提供了超精密制造激光熔覆冲压模具开发工艺与应用，其目的在于克服现有冲压模具开发不够理想，数字化强度差、难以筛选制造高寿命的冲压模具等技术问题。 [0004] 超精密制造激光熔覆冲压模具开发工艺，所述开发工艺包括：步骤1：冲压模具的基体材料和添加材料的选定，并且对激光熔覆设备的参数设定；步骤2：单道熔覆形性建模；步骤3：多层多道熔覆形性建模；步骤4：等寿命激光熔覆再制造。 [0005] 进一步地说，所述步骤1中基体材料为钨钢，添加材料包括碳化钨粉末、碳化钴粉末、碳化铌粉末、碳化钛粉末和碳化钽粉末；所述激光熔覆设备的参数包括粉末配比、激光功率、扫描速率、离焦量、气流量、俯仰角和侧倾角，这些参数构成主要影响因素。 [0006] 进一步地说，所述步骤2中根据激光熔覆设备的各个参数，设计单道响应面筛查试验，分析各个参数对形貌与性能指标的影响得到单道响应规律，并且建立单道熔覆层形貌与性能数学模型。。 [0007] 进一步地说，所述步骤3中根据单道响应规律，开展多层多道熔覆试验，并且根据搭接影响、已覆作用以及层叠影响进行分析后建立多层形性模型，再结合研究单道熔覆层形貌与性能数学模型得到的合理的路径规划，构建多道多层熔覆涂层的形貌与性能模型。 [0008] 进一步地说，所述步骤4中根据多层多道熔覆形性的规律得到的基体材料，需要对其进行待再制造拉深凸模制造冲压模具毛胚，并且对冲压模具毛胚进行失效分析、主要载荷分析、寿命分布分析、等寿命熔覆、损伤试验以及微观对证而开发得到的高寿命冲压模具。 [0009] 由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明的优点在于：本超精密制造激光熔覆冲压模具开发工艺设计理想，整体开发工艺的新颖，利用激光熔覆技术并结合建立形性模型(如单道熔覆层形貌与性能数学模型、多层形性模型以及多道多层熔覆涂层的形貌与性能模型)，数字模型化的强度高，可直观地分析并筛选出符合要求的高寿命冲压模具，精确性好、可预测性、并且可重复性演练，节约研发成本。附图说明 [0010] 图1为本发明的流程示意图。 [0011] 图2为本发明步骤3中的双层三道熔覆试验的交叠示意图。 [0012] 图3为本发明步骤4中的等寿命梯度性能二维矩阵示意图。 具体实施方式[0013] 参考说明书附图1、图2和图3。超精密制造激光熔覆冲压模具开发工艺，所述开发工艺包括：步骤1：冲压模具的基体材料和添加材料的选定，并且对激光熔覆设备的参数设定；基体材料为钨钢，添加材料包括碳化钨粉末、碳化钴粉末、碳化铌粉末、碳化钛粉末和碳化钽粉末；所述激光熔覆设备的参数包括粉末配比、激光功率、扫描速率、离焦量、气流量、俯仰角和侧倾角，这些参数构成主要影响因素(即明确主要影响因素)。 [0014] 步骤2：单道熔覆形性建模；根据激光熔覆设备的各个参数，设计单道响应面筛查试验，分析各个参数对形貌与性能指标的影响得到单道响应规律，并且建立单道熔覆层形貌与性能数学模型。具体地说，依次进行筛查试验、方差分析、根据主要影响因素影响进行响应试验以及对形貌影响、硬度影响以及围观结构进行分析后建立单道熔覆层形貌与性能数学模型。 [0015] 步骤3：多层多道熔覆形性建模；根据单道响应规律，开展多层多道熔覆试验，如双层三道(三角形)，分析搭接率、原有熔覆结构和层叠率对双层的形貌与性能指标的影响(如图2所示)，并且根据搭接影响、已覆作用以及层叠影响进行分析后建立多层形性模型；并且分析不同扫描路径对多道熔覆的涂层形貌与性能指标的作用，再结合研究单道熔覆层形貌与性能数学模型得到的合理的路径规划，构建多道多层熔覆涂层的形貌与性能模型。 [0016] 步骤4：等寿命激光熔覆再制造。根据多层多道熔覆形性的规律得到的基体材料，需要对其进行待再制造拉深凸模制造冲压模具毛胚，并且对冲压模具毛胚进行失效分析、主要载荷分析、寿命分布分析、等寿命熔覆、损伤试验以及微观对证而开发得到的高寿命冲压模具。所述载荷分析：根据再制造冲压模具毛坯的损伤断面，分析冲压模具的主要失效形式，进一步分析其载荷情况，明确主要影响载荷条件。所述寿命分布分析的计算方式：根据载荷分析中的载荷条件，结合冲压模具工作的边界条件，建立冲压模具的动力学有限元模型，分析其工作应力(应变)历程，结合相应失效形式的损伤模型，计算得到冲压模具的寿命分布情况。所述等寿命激光熔覆再制造的验证方式：选取2‑3个不同工况的失效冲压模具，根据寿命分布分析得到的寿命模型，开展基于步骤3：多道多层熔覆涂层技术的再制造，得到等寿命梯度性能矩阵图(如图3所示)，进行加速服役试验，分析损伤的断面微观情况，验证等寿命制造方法的准确性。 [0017] 上述超精密制造激光熔覆冲压模具开发工艺制得的高寿命冲压模具，由于其寿命长并精准度高，非常适合在新能源汽车动力电池结构件的加工制造上应用，作为加工制造新能源汽车动力电池结构件使用。 [0018] 上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。 |
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