基于激光沖擊強(qiáng)化的擠壓模具延壽方法及機(jī)理研究.pdf

1、本文以H13熱作模具鋼和H13擠壓模具為研究對(duì)象，從激光沖擊強(qiáng)化產(chǎn)生的機(jī)理、沖擊波在材料內(nèi)部的傳播和沖擊波與材料相互作用產(chǎn)生的響應(yīng)出發(fā)，結(jié)合數(shù)值分析和試驗(yàn)，研究了擠壓模具延壽機(jī)理。主要研究結(jié)論如下：
　　在其他參數(shù)不變的情況下改變沖擊次數(shù)和功率密度等參數(shù)，分析了激光沖擊的加載過(guò)程和激光沖擊之后的靜態(tài)回彈過(guò)程，探索這些參數(shù)的變化對(duì)激光沖擊H13熱作模具鋼的影響規(guī)律。結(jié)果表明：激光沖擊次數(shù)越大材料表面獲得的最大殘余壓應(yīng)力越大，得到的殘

2、余壓應(yīng)力層深度也越大，隨著次數(shù)的增大最大殘余應(yīng)力值和殘余壓應(yīng)力層深度的增幅逐漸減小，在激光沖擊3次時(shí)趨于飽和狀態(tài)，最大殘余壓應(yīng)力模擬值為765MPa，殘余壓應(yīng)力層深度為0.8mm；激光沖擊強(qiáng)化H13的最佳激光功率范圍為23~36GW/cm2，且在23~36GW/cm2范圍內(nèi)，隨著激光功率密度的增大材料表面最大殘余壓應(yīng)力值和殘余壓應(yīng)力層深度越大，功率密度低于23GW/cm2強(qiáng)化效果不夠充分，功率密度大于36GW/cm2，由于激光誘導(dǎo)沖擊波

3、波峰值壓力大于2.5HEL造成表面殘余壓應(yīng)力的降低。
　　試驗(yàn)研究了激光沖擊次數(shù)對(duì)H13材料表面形貌和粗糙度的影響，結(jié)果表明沖擊1次粗糙度值為0.14μm，2次和4次分別為0.23μm、0.35μm，沖擊3次為0.16μm，并且沖擊3次得到的表面平整度最高。通過(guò)對(duì)H13材料顯微組織的研究，發(fā)現(xiàn)隨著激光沖擊次數(shù)的增大晶粒隨之細(xì)化，且位錯(cuò)密度也越高，但當(dāng)沖擊4次時(shí)組織出現(xiàn)了新的夾雜物造成了沖擊效果的降低；通過(guò)對(duì)H13材料表面及深度方向

4、殘余應(yīng)力值的實(shí)測(cè)，結(jié)果表明沖擊3次時(shí)表面最大殘余壓應(yīng)力趨于飽和，約為750MPa，且殘余壓應(yīng)力層深度約為0.87mm，和模擬結(jié)果有較好的一致性，證明了數(shù)值分析的可靠性；通過(guò)對(duì)H13深度方向顯微硬度的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)隨著沖擊次數(shù)的增大，材料表面顯微硬度隨之增大，且增加的幅值逐漸減小，并慢慢趨于飽和狀態(tài)，結(jié)果表明激光沖擊強(qiáng)化對(duì)H13材料表層硬度的影響深度約為0.9mm。
　　H13擠壓模具激光沖擊延壽研究結(jié)果表明：未沖擊模具在工作次數(shù)達(dá)到4