图1  产生拉毛的工件

冲压制件在成形过程中，很容易出现表面拉毛问题，导致制件大量返工或报废。本文围绕激光熔覆在汽车模具上的应用，探讨在新形势下表面拉毛处理的新技术应用。

研究表明，拉毛问题（见图1）的实质是由于板料和模具表面局部出现粘着的结果，要解决或改善拉毛问题有很多方法。对模具表面进行超硬化处理是解决工件表面拉伤问题经济而有效的方法。

表面处理方法有许多种，比较常用的有镀层处理方面的渗氮、渗硼及渗硫等；镀层方面有镀铬，化学镀镍及刷镀等特种合金等；表面超硬化处理方面有化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、物理化学气相沉积（PVD）、TD覆层处理、超音速火焰喷涂及激光熔覆等。

通过对拉延或翻边类模具进行激光熔覆处理，可有效解决模具表面拉伤、凹坑、砂眼及硬度低等问题。

激光熔覆技术

激光熔覆技术是21世纪最新研发出来的一种表面处理技术,其基本原理是将工件损坏的表面用研磨工具打磨后将金属粉末均匀放到磨后的工件表面凹坑中，利用高能密度激光束将合金材料熔覆在基层表面上得到具有与基体材料完全不同成分和性能的合金层。涂层材料与基体材料表面形成完全冶金结合，主要适用于模具、齿轮、轴承、轮毂、发动机、化工和冶金等方面。激光处理技术还包含激光淬火和激光强化等技术，它的成功开发大大提高了模具、金属零件的使用寿命，也提高了产品的质量，在国民经济各个部门中所占的地位也越来越显著。

图2  处理后的制件状态

由于电镀硬铬环境污染严重且不耐磨，激光熔覆技术已成为取代电镀硬铬工艺的主要方法之一。激光熔覆技术在涂层厚度、耐磨性和耐蚀性方面均优于电镀硬铬层，是替代电镀硬铬技术的优先技术。

激光熔覆工艺

模具领域应用激光熔覆技术的基本工艺流程为：模具表面检验及维修方案确认→模具表面油污清洗→结合硬度要求选择合理涂料及加工参数→熔覆加工→处理后模具表面修复和交货前的检验。每个工艺的步骤及注意事项为：

1. 模具表面检验及维修方案确认

检查模具是否有裂纹、拉伤、凹坑以及需处理的位置是平面还是R角，针对不同的问题来确定维修方案，对需要处理的地方适当打磨。

2. 模具表面油污清洗

用清洗液清洗，清除氧化皮、油渍、油脂和油漆等，提高表面熔覆的效果。

3.结合硬度要求选择合理涂料及加工参数

根据维修方案及客户要求选择合适的功率、焦距、光斑和涂料（例如铸铁使用铁机粉）。

图3  模具正在进行激光处理

4.熔覆加工

通过设备均匀地铺上涂料，激光器发出激光束，通过内部镜片折射激光束作用在加工表面，使涂料层与基体材料表面形成完全冶金结合。

5.处理后模具表面修复

钳工对已熔覆的表面进行打磨、抛光，确保其模具间隙及表面粗糙度符合要求。

6.交货前检验

检测处理后的硬度和表面粗糙度是否达到客户的要求，如果未达到要求就必须重做。

激光熔覆的工艺特点是：

1.涂层组织均匀、细化和缺陷率低。

2.涂层硬度高，可达50～62HRC，具有极好的耐磨性和抗腐蚀性。

3.涂层与基体之间为冶金结合，结合强度高。

4.涂层厚度视不同情况可达0～10mm。

5.涂层材料既可为金属及合金，又可为金属陶瓷。

6.基体材料为各类钢和铸铁，也可为其他金属及合金材料。

7.可形成打底层、中间层及外层组成的成分和硬度梯度涂层。

8.基体热影响区小，热变形小。

优势为具有较低稀释率；对基体热影响区小；与基面形成冶金结合，结合强度达95%以上；熔覆层与基体均匀无粗大的熔铸组织；熔覆层及其界面组织致细，晶粒细小；无空洞，无夹杂裂纹等缺陷；基体材料在激光加工过程中仅表面微熔,激光加工后无热变形；熔覆层与基体侵润性好，结合强度高，易于实现自动化。

图4  熔覆表面进行硬度测量

激光熔覆案例分析

图2～4所示为我公司生产的某车型使用的模具产品，板料材质是DCO3，料厚是1.0mm,模具本体材料为钼铬铸铁，R角处拉毛严重，年产量为8～15万台。此件为二级表面件，拉延较深，不能有一点拉毛。处理前每生产50～80台份就会产生拉毛，需要在线对模具进行抛光处理，严重影响生产效率且产生大量的返工件。

通过对模具相应部位进行了激光熔覆处理后，表面硬度由38HRC强化为52HRC，有效解决了制件表面拉毛的问题，大大提高了生产效率，降低了返工率。 

激光熔覆处理整个周期大概需要2～4天即可完成由处理到调试全部过程，但是对材料的选择有着很高的要求。钼铬铸铁或球墨铸铁做激光熔覆效果比较好，空冷钢（7CrSiMnMoV）也可以做，Cr12MoV 材料由于内应力集中易导致镶块开裂而不能做。

结语

本文简要介绍了激光熔覆处理的原理、工艺流程和工艺特点，并例举了激光熔覆在汽车模具行业中的使用情况。激光熔覆在汽车模具中的应用并不多见，但此次它的成功应用，值得我们对此类激光热处理技术进行更深层次的挖掘，也为我们今后在模具表面处理方面开辟了一条新的处理模式。