玻璃模具的激光合金化处理

　　1  引  言

　　玻璃模具是玻璃制品的主要成型工具，玻璃模具在使用过程中频繁交替地与高温玻璃熔体接触。目前，制造玻璃模具的常用材料是铸铁，但是，铸铁的抗氧化性能和耐腐蚀性能均不够理想，易造成模具合缝线处严重损坏。因此，在模具内腔尚可工作的情况下，因合缝线的损坏而导致玻璃制品出现次品或废品，也使模具过早失效。因而玻璃模具寿命低，消耗量极大。我国灰铸铁模具的寿命一般是5～7万只/模，合金铸铁模具的寿命为10～13万只／模。

　　针对玻璃模具的主要失效形式，国内外目前采用了合金铸铁、蠕墨铸铁等材质的模具。但这些材料的使用既提高了模具的成本，又使模具的铸造、机加工、导热性能等变差。然而利用高能激光束很容易在工件局部区域内实现合金化处理，使工件表面成分变化，以形成具有特殊性能的表面复合材料层,这样就可以在不改变工件整体性能的基础上，使模具的寿命大幅度提高。     

　　2  试验材料及设备

　　2．1  试验材料

　　试验用的玻璃模具为重庆红岩玻璃厂的640m1啤酒瓶初模，其材料为HT200。

　　激光合金化处理时采用Ni_Cr_B_Si粉末，其成分w(％)为：0.11～0.15Cr、0.02～0.03B、0.02～0.03Si、<0.17Fe、0．003～0．006C，余量为Ni。

　　2．2  试验设备

　　用横流CO2连续波JG_2型激光器对涂覆粉末进行单次扫描，激光加工机采用北京机床研究所生产的可三维连续运动的数控机床。

　　3  玻璃模具激光合金化处理工艺及结果

　　红岩玻璃厂生产的啤酒瓶需经过初模和精模两次成型，为保证啤酒瓶的质量，要求2副模具对应的尺寸必须有良好的配合。初模与精模的大口圆内径分别为φ480-0.01mm和φ490-0.01mm，而初模与精模的小口圆内径分别为φ25．40-0.01mm和φ25．70-0.01mm。若初模口径因磨损而变大至直径大于精模对应的口径，此模具即失效。为保证型腔及口圆尺寸的稳定性，选取模具的合缝线部位进行激光合金化处理，其处理过程为：

　　(1)预处理。先去掉模具表面的锈斑和氧化膜，再用丙酮清洗、去油。然后采用粘结剂涂覆法进行预涂覆。粘结剂为松香酒精溶液， 预涂层厚度为0．7～0．9mm。

　　(2)激光合金化处理。将预涂覆好的模具放在激光加工机工作台上，由于模具的外轮廓是半圆形的，因此，首先应调整好模具的位置，使其待处理面与工作台平行，再调整工作台位置，使模具的待处理面位于焦平面上。然后，根据玻璃模具合缝线的形状编制程序，使光速运动轨迹与合缝线轨迹拟合，最后调节光斑的位置，使光斑中心位于距合缝线1mm处，这样既可保证合金化区域有足够的宽度和深度，又可使合缝线不产生严重倒角。激光合金化处理时，输出功率为1200～1400W、扫描速度为100～130mm／min,光斑直径约为φ3mm，处理时用氩气保护。

　　(3)工业装机试验。将激光合金化处理的玻璃模具经机加工处理后，在重庆红岩玻璃厂QD6型行列式制瓶机上进行装机试验，其机速为6.2只／min，制瓶机的模具型腔内涂有石墨。生产现场对比考核结果为：①未经激光合金化处理的模具，连续使用16～20h，因合缝线磨损需将模具卸下修理，然后才可继续使用。总使用时间160～200h，模具报废。②经激光合金化处理的模具，连续使用100～120h后卸下清理油垢，此时模具的合缝线完好，不需修理可继续使用。模具总使用时间在1900～2200h。

　　4  结束语

　　通过以上对比可见，玻璃模具经激光合金化处理后寿命显著提高，这样不仅提高了产品质量，降低了生产成本，而且减少了操作工人在较恶劣的条件下更换模具的次数，从而降低了制瓶工人的劳动强度，因此该工艺具有较大的推广价值。

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