1.一种仿生梯度表面球铁冲头,用于超高压、高速推进压铸机,压力4000吨以上,冲头基材为球墨铸铁,表面带有耐磨、减阻、辅助脱附的仿生模型;冲头外壁经过高功率连续激光器进行激光熔凝强化处理,冲头外壁表面加工出异距、异深度的仿生单元体,构建耐磨、抗疲劳仿生耦合表面;不同的单元体间距和深度分布决定了冲头具有不同的耐磨性和抗疲劳性。
2.根据权利要求1所述的一种仿生梯度表面球铁冲头,其特征在于:所述仿生单元体界面宽度1—6mm,深度0.3—1.5mm,单元体基本为片状马氏体组织,硬度控制在800-920HRC。
3.根据权利要求2所述的一种仿生梯度表面球铁冲头,其特征在于:从冲头工作端面向连接端面位置延申50mm的柱面区域,由A1、B1两种单元体组合排布而成;其中A1单元体的宽度WA1:1—2mm,深度HA1:1.0—1.3mm,B1单元体宽度WB1:4—6mm,深度HB1:0.5—0.9mm,两种单元体硬度相同,排列方式为ABBABBA,其中A1和B1单元体的间距为0.8—2mm,B1和B1单元体的间距为0.3—0.5mm;从柱面50mm区域位置到冲头尾端,采用BAABAAB的排布方式,其中B1和A1单元体间距0.8—2mm,A1和A1单元体间距3—4mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种仿生梯度表面球铁冲头的加工方法,其特征在于:包括以下步骤:S1.分析设计,
分析失效冲头工作表面的失效形态,根据其表面工作温度、受力状态、工作过程中的磨损方式,以及各种失效形式对应的表面变化情况,结合冲头表面与套筒磨损面的配合机制,对冲头进行耦合仿生强化设计,建立冲头工作表面仿生强化表面模型;
S2.预磨,
对冲头表面进行预磨处理及清洁;
S3.强化,
采用激光熔凝的方法,将激光束在冲头表面沿着预定轨迹进行扫描,使其表面熔化并快速凝固;在冲头表面形成均匀分布、晶粒组织细化的仿生单元体。
5.根据权利要求4所述的一种仿生梯度表面球铁冲头的加工方法,其特征在于:对冲头进行耦合仿生强化设计,包括从应力和应变双重角度,根据冲头表面的磨损速度,铝液粘模情况以及冲头和铸件的失效情况特征进行差异性分布设计,设计异距、异深度仿生强化球墨铸铁冲头。
6.根据权利要求5所述的一种仿生梯度表面球铁冲头的加工方法,其特征在于:强化步骤时,激光器为功率2000w—5000w光纤连续激光器,熔凝强化激光输出功率800W-2000w,离焦量100±20mm,扫描速度0.5—20mm/s。
7.根据权利要求4或5所述的一种仿生梯度表面球铁冲头的加工方法,其特征在于:强化步骤时,冲头工作柱面分为α、β两个区域,计算每个区域单元体的加工条数,调整激光器参数,加工完成α区域和β区域的A类单元体;再调整激光器参数,加工完成α区域和β区域的B类单元体。
8.根据权利要求7所述的一种仿生梯度表面球铁冲头的加工方法,其特征在于:激光束在冲头表面进行扫描时,通过机械手臂和变位机动作。