基于激光冲击强化的挤压模具延寿方法及机理研究

发布时间：2017-11-13 23:04

  本文关键词：基于激光冲击强化的挤压模具延寿方法及机理研究

  更多相关文章： 激光冲击强化 H13 残余压应力 挤压模具 数值分析

【摘要】：本文以H13热作模具钢和H13挤压模具为研究对象,从激光冲击强化产生的机理、冲击波在材料内部的传播和冲击波与材料相互作用产生的响应出发,结合数值分析和试验,研究了挤压模具延寿机理。主要研究结论如下:在其他参数不变的情况下改变冲击次数和功率密度等参数,分析了激光冲击的加载过程和激光冲击之后的静态回弹过程,探索这些参数的变化对激光冲击H13热作模具钢的影响规律。结果表明:激光冲击次数越大材料表面获得的最大残余压应力越大,得到的残余压应力层深度也越大,随着次数的增大最大残余应力值和残余压应力层深度的增幅逐渐减小,在激光冲击3次时趋于饱和状态,最大残余压应力模拟值为765MPa,残余压应力层深度为0.8mm;激光冲击强化H13的最佳激光功率范围为23~36GW/cm2,且在23~36GW/cm2范围内,随着激光功率密度的增大材料表面最大残余压应力值和残余压应力层深度越大,功率密度低于23GW/cm2强化效果不够充分,功率密度大于36GW/cm2,由于激光诱导冲击波波峰值压力大于2.5HEL造成表面残余压应力的降低。试验研究了激光冲击次数对H13材料表面形貌和粗糙度的影响,结果表明冲击1次粗糙度值为0.14μm,2次和4次分别为0.23μm、0.35μm,冲击3次为0.16μm,并且冲击3次得到的表面平整度最高。通过对H13材料显微组织的研究,发现随着激光冲击次数的增大晶粒随之细化,且位错密度也越高,但当冲击4次时组织出现了新的夹杂物造成了冲击效果的降低;通过对H13材料表面及深度方向残余应力值的实测,结果表明冲击3次时表面最大残余压应力趋于饱和,约为750MPa,且残余压应力层深度约为0.87mm,和模拟结果有较好的一致性,证明了数值分析的可靠性;通过对H13深度方向显微硬度的测量,发现随着冲击次数的增大,材料表面显微硬度随之增大,且增加的幅值逐渐减小,并慢慢趋于饱和状态,结果表明激光冲击强化对H13材料表层硬度的影响深度约为0.9mm。H13挤压模具激光冲击延寿研究结果表明:未冲击模具在工作次数达到4000次左右要下线修模,激光冲击后的模具在工作次数达到6175次时才需修模,激光冲强化后未修模前的寿命提高了约54.4%,表明了激光冲击对模具使用寿命的提高有很好的效果。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG665;TG375.41

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本文编号：1182767