模具修复锤击力信号处理及激光熔覆工艺研究

发布时间：2020-08-10 23:10

【摘要】：热作模具在服役过程中,受工作介质及交变热载荷的影响。模具零部件表面易出现疲劳裂纹、腐蚀等,发生失效,降低了模具的使用寿命,增加生产成本。激光熔覆工艺是一种新型的表面改性技术,在模具失效表面熔覆一层具有优良的耐磨性、耐高温材料进行修复,能增加模具的寿命。激光熔覆的冷却速度较快,在熔覆层中存在较大的焊接残余应力。当残余应力呈现为拉应力且与外加载荷产生叠加时,就会促使模具修复区域出现裂纹的萌生和扩展。锤击法作为一种简单有效的焊接残余应力消除方法,可应用在激光熔覆层残余应力的消除中。但锤击力参数规范缺乏有效的标准,限制了其在模具修复中的使用范围。本文利用锤击力信号采集装置及Lab VIEW软件编制采集程序、设置采集参数,根据锤击方案进行锤击力信号数据的采集,实现初步量化。针对模具修复锤击力信号采集噪声干扰较大的问题,运用db N(db为Daubechies的简写,N表示小波阶数)小波对锤击力信号进行小波分解低频系数信号重构,保留信号的低频系数,舍弃高频系数,重构后信噪比为10.0778,均方根误差为0.6633,初步实现了模具修复锤击力信号的降噪。在db N小波分解的基础上进行阈值化处理,分析比较四种阈值选取原则下锤击力信号的降噪效果,同时分析比较软阈值‘s’与硬阈值‘h’的降噪效果。实验结果表明四种阈值原则中‘minimaxi’原则降噪效果最好,软阈值降噪效果优于硬阈值降噪;从宏观波形及降噪参数分析,两种方法都能实现对锤击力信号的噪声滤除,但阈值法要优于db N小波,db N小波降噪后出现了信号失真现象;此外软阈值法还能较大程度的还原原始信号在突变点处的细节特征,避免了信号的失真,保证了模具修复锤击力信号后续计算准确性。本文在锤击力降噪量化的基础上,利用小功率激光器先进行锤击消除焊接残余应力的初步激光陶瓷熔覆工艺实验,将Si C陶瓷颗粒熔覆在H13钢基体上,利用金相显微镜、扫描电镜及能谱分析,观察熔覆试样的宏观形貌、微观组织及成分变化。实验结果显示试样横截面上出现了明显的分区,熔覆层组织无方向性、致密、无明显的裂纹气孔,性能良好,结合区组织晶粒细小,熔覆层与基体形成了良好的冶金结合。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG665
【图文】：

热作模具,裂纹,堆焊修复

图 1-1 热作模具表面的裂纹Fig.1-1 Cracks on the surface of hot dies1.2.2 热作模具的修复现状及发展热作模具失效后，对于损伤区域需要进行修复，来增加模具的使用寿命，节约生产成本。目前模具修复常用的方法按照其工艺特点可分为以下几种形式。1. 堆焊修复：堆焊修复就是在模具的失效位置，利用焊接的方法，堆覆一层具有耐磨性、耐腐蚀、耐高温等性能的材料，来修复模具的损伤区域，延长模具的使用寿命。堆焊修复技术是最早应用在模具表面的改性技术。常用的堆焊修复方法包括：等离子堆焊、电弧堆焊、激光堆焊等。2. 电火花强化修复：电火花模具修复技术是利用电弧将具有特殊性能的导电材料涂覆到模具失效区域的工艺。堆积的导电材料在修复区域形成表面强化层，不仅能修复损伤区域，还能改变材料表面的物理及力学性能，产生强化作用[8]。3. 热喷焊修复：利用氧-乙炔火焰热源将待喷涂的具有特殊性能的合金粉末加热到熔融状态，然后使用特殊结构的喷枪将熔融状态的粉末合金喷射到模

送粉,激光熔覆,基体材料,熔覆

1.4 激光熔覆工艺的研究现状激光熔覆工艺的特点是将陶瓷颗粒、合金粉末等熔覆材料用不同的添加方式放置在基体材料表面。然后利用高能密度的激光使基体材料与熔覆层材料一起熔化，熔覆材料与基体形成良好的冶金结合，提高基体材料表面的硬度、耐磨性等特点[12, 13]。激光熔覆工艺按照送粉方式的不同，可以分为两种形式：预置粉末法和同步送粉法，如图 1-2 所示。a)b)

示意图,锤击力,信号采集装置,采集装置

程序编辑减少工作量同时又能满足使用要求，对于复杂的应用场更高级的 VIs，中级乃至高级。模拟量输出 VIs 与模拟量输入 V35]。击力信号的采集装置及程序锤击力信号的采集装置击力信号的采集装置主要由采集卡、接线端子、传感器、信号放件等组成，其示意图如图 2-1 所示。

【参考文献】