拉深模激光毛化表面的磨损性能研究

郭啸栋

（淮阴工学院机械工程学院，江苏 淮安223003）

作者：郭啸栋，男，1985年生，工学硕士，主要研究方向为模具设计与制造。

磨损是拉深模的主要失效形式之一，在国内外，除寻求新型抗磨损材料和从结构上对模具进行合理的设计外，激光表面改性则是提高模具使用寿命、改善其使用性能的重要方法。本文将作为激光表面改性技术之一的激光毛化技术应用在模具试样表面，并对其磨损性能进行了研究。

1 实验部分

通过激光毛化在试样表面加工出规则的微单元体，其具体尺寸与分布参数见表1，其中试样10为未毛化对比试样。摩擦磨损试验采用CETR—UMT—Ⅱ微观型销盘式多功能摩擦磨损试验机，试样选用45钢，经表面淬火后，表面硬度达到40～56 HRC，试样尺寸为30 mm×20 mm×8 mm。偶件销材料为40Cr，尺寸为φ6.4 mm，硬度为65 HRC，载荷为40 N。用精度为万分之一的FA2004型电子天平称量磨损前后的质量损失，并以此评价其耐磨性。摩擦系数通过计算机监控的摩擦力矩计算得出。

2 实验结果

表2列出了非毛化表面与毛化表面试样的磨损量试验结果。

表1 试样表面微单元体尺寸与分布

由表2可见毛化表面试样具有优良的耐磨性。与非毛化试样相比，磨损量大大减少。同时，毛化微单元体的直径与分布不同时，磨损量亦有很大差别。当微单元体、间距越大时，磨损量越小。这是由于磨损时，销首先与微单元体接触。间距越大，凸台越少，接触面积减少，故磨损量越少。

表2 试样磨损前后质量对比

图1为在UNT—Ⅱ型摩擦磨损试验机上，不同激光毛化单元体直径下试样的摩擦系数变化曲线。

从图1中可以看出微单元体的直径不同，摩擦系数亦差别很大。不同直径微单元体所产生的摩擦系数均高于未毛化表面。

图2为不同列间距下的摩擦系数。图2中可以看出，毛化试样表面的摩擦系数明显大于未毛化试样，且特定间距下的摩擦系数呈现稍微减小的趋势。

3 实验结果分析

通过激光毛化在试样表面加工的微单元体与基体相比，可见单元体处的组织致密，具有较高硬度，相当于在基体表面增加了许多强化质点并起到抗磨作用，使其耐磨性增加。当单元体的大小及分布间距不同时，其占基体的面积比例也不同，单元体越大，分布间距越小，非光滑单元体所占基体面积的百分比越大，耐磨性越佳。摩擦过程中，这些单元体与基体的高低位置有所不同，相当于增加了基体的表面粗糙度，增加了摩擦阻力，从而提高了摩擦系数。因此，试样毛化表面在提高拉深模耐磨性的同时，又能够提高板料成形时的摩擦系数。

4 结语

通过激光毛化在拉深模表面形成毛化表面，其耐磨性较非毛化表面大大提高，摩擦系数也同时得到提高。毛化微单元体直径越大，间距越小，耐磨性越好，摩擦系数也较大。激光毛化的微单元体相当于在基体表面增加了许多强化质点，比基体具有更高的硬度和致密性，能够提高抗磨性，增加表面粗糙度，故其耐磨性和摩擦系数均得到提高。因此，通过对拉深模表面进行激光毛化可提高其寿命，同时根据激光毛化对摩擦系数的影响，对拉深模不同成形要求部位毛化，可改善板料成形时的流动性。

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