【摘 要】
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随着制造业的迅猛发展,模具已成为主要的成型工具,对模具质量的要求也越来越高。H13是压铸模的主要原材料,传统的物理表面处理法提高其表面抗疲劳强度时存在工件变形的困难,
【机 构】
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中国海洋大学工程学院机电工程系; 中车青岛四方机车车辆股份有限公司; 青岛鼎信通讯股份有限公司;
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随着制造业的迅猛发展,模具已成为主要的成型工具,对模具质量的要求也越来越高。H13是压铸模的主要原材料,传统的物理表面处理法提高其表面抗疲劳强度时存在工件变形的困难,而利用激光表面淬火在克服这一困难的前提下,可以进一步改善模具的表面硬度、耐磨性、热稳定性、抗疲劳性以及临界断裂韧度等力学性能。激光表面淬火技术受到多种因素和参数的综合影响,难以通过实验分析激光相变硬化层具体变化过程。本文通过有限元分析方法,对激光表面淬火过程进行温度场数值模拟,利用温度场结果预测硬化层深度。采用CO2激光表面加工系统,对H13工件进行激光淬火实验,验证数值模拟结果对硬化层深度预测的准确性。本研究以H13热作模具钢为分析对象,运用有限元分析方法,模拟激光表面淬火过程H13长方体工件的温度场瞬态变化过程与分布。通过选择不同的激光工艺参数,分析激光扫描过程模型的温度场的变化规律。根据温度场中奥氏体相变等温线预测工件硬化层深和层宽,总体分析硬化型分布均匀性,提出改善硬化分布均匀性的方法。得出以下结论:（1）H13激光表面淬火硬化层深度与激光功率成正比,与激光扫描速度和激光直径成反比。（2）H13不同厚度试样,对工件温度有一定的影响,厚度越小影响越大,深度方向温度越高。工件越薄,深度方向热量越不易消散,使整个工件总体各部分温度都有所提高,对于薄壁类工件,必要时需增加辅助冷却设备,防止温度过高引起工件表面发生熔化。（3）恒定的激光扫描速度,会造成工件进出端硬化层过浅与过深,改变激光形状,使光斑能量分布均匀,可增大横截面内光斑边缘处硬化层深度。（4）通过数值模拟数据与实验结果对比,得出仿真分析得到的数据和实验得到的数据的变化趋势是相通的,在边界条件比较精确的条件下,可以用数值模拟的方法分析工件激光表面淬火工艺。
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