CN113026014B - 一种玻璃模具及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种玻璃模具及其制作方法，涉及玻璃模具加工技术领域，用于解决现有技术中采用等离子堆焊制备玻璃模具的强化层时，工艺步骤繁琐，以及焊层厚度及其均匀性不易控制，很难稳定制备1mm以下厚度的强化焊层。本发明公开的玻璃模具的制作方法包括：提供玻璃模具基体和镍基激光熔覆合金粉末；对所述玻璃模具基体进行表面预处理，去除所述玻璃模具基体的表面污物；将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述玻璃模具基体的待强化部位形成表面强化层，得到玻璃模具。该制作方法用于简化玻璃模具的强化步骤，提高玻璃模具的使用寿命。本发明还公开了一种玻璃模具。

Description

一种玻璃模具及其制作方法

技术领域

本发明涉及玻璃模具加工技术领域，具体涉及一种玻璃模具及其制作方法。

背景技术

玻璃模具是玻璃制品的主要成型工具。铸铁和铜合金由于具有良好的铸造性、导热性和易加工性，被广泛用于制作玻璃模具。但铸铁和铜合金的耐磨性和抗高温氧化能力不佳，玻璃模具在使用过程中频繁接触1100℃左右的高温玻璃熔体，受频繁的冷热交变应力作用，模具各组件的接合线位置（主要包括合缝线、口脖接合线、底刃接合线，简称“三线”）会率先发生高温氧化和热疲劳失效。同时，玻璃模具的合缝面在玻璃模具启闭中相互摩擦和撞击，会进一步加快玻璃模具中合缝线的破坏速度。上述两种结果使得玻璃模具在型腔仍可工作的情况下，合缝线过早破坏，导致整个玻璃模具失效报废。

针对玻璃模具的主要失效形式，目前主要解决方式是采用等离子堆焊技术在玻璃模具易损部位堆焊一层合金强化层。这样可以克服玻璃模具的接合线耐磨性和抗高温氧化能力差的弱点，使玻璃模具寿命大大提高。

但是，等离子堆焊对玻璃模具基材的热输入大，导致玻璃模具表面的强化层开裂倾向大。现有技术中，常用的措施是焊前需要对玻璃模具基材在400℃以上进行高温预热，焊后又经常需要保温处理，由此带来工艺步骤繁琐，能耗大、生产效率低。另外，等离子堆焊熔深不易控制，成型精度低，导致焊层厚度及其均匀性不易控制，很难稳定制备1mm以下厚度的强化焊层，偏厚的强化焊层会因其与基材的导热系数和热膨胀系数的差异，使制备的玻璃制品壁厚不均匀，最终导致玻璃制品易碎、易爆。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玻璃模具及其制作方法，用于解决现有技术中采用等离子堆焊制备玻璃模具的强化层时，工艺步骤繁琐，以及焊层厚度及其均匀性不易控制，很难稳定制备1mm以下厚度的强化焊层。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种玻璃模具的制作方法。该玻璃模具的制作方法包括：提供玻璃模具基体；提供镍基激光熔覆合金粉末；对所述玻璃模具基体进行表面预处理，去除所述玻璃模具基体的表面污物；获取激光熔覆扫描路径信息，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述玻璃模具基体的待强化表面形成表面强化层，得到玻璃模具。

与现有技术相比，上述玻璃模具的制作方法中，采用激光熔覆工艺在玻璃模具基体的待强化表面形成激光熔覆层，由于激光能量相比较等离子体能量可控性更好，因此在形成表面强化层过程中，激光能量对玻璃模具基体的热输入较小，降低了表面强化层形成过程中裂纹发生倾向。基于此，本发明在制备表面强化层过程中，不需要对玻璃模具基体进行预热处理，也无需对形成表面强化层后的玻璃模具进行保温处理，简化了工艺流程，降低了生产能耗，同时还提高了生产效率。此外，激光熔覆工艺制备表面强化层时，熔深易控制，根据不同强化部位，可以制备厚度低于1mm的表面强化层，从而使制备得到的玻璃制品成品率高，且使用寿命长。

进一步地，获取激光熔覆扫描路径信息，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述玻璃模具基体的待强化表面形成表面强化层，得到玻璃模具包括：

先在玻璃模具基体的口脖接合线和/或底刃接合线的表面形成表面强化层，包括：从所述口脖接合线和/或底刃接合线的一端扫描至另一端，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述口脖接合线和/或所述底刃接合线的待强化表面形成表面强化层；

再在玻璃模具基体的合缝线的表面形成表面强化层，包括：确定所述合缝线的激光熔覆扫描路径的起始点，所述起始点与所述合缝线的第一端点之间的最近距离为2mm至20mm；

确定所述合缝线的激光熔覆扫描路径的终止点，所述终止点与所述合缝线的第二端点之间的最近距离为2mm至20mm；

控制激光熔覆扫描路径依次经过合缝线的所述起始点、所述合缝线靠近所述起始点一侧的第一端点，所述合缝线靠近所述终止点一侧的第二端点和所述终止点，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述合缝线的表面熔覆形成表面强化层。

进一步地，获取激光熔覆扫描路径信息，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述玻璃模具基体的待强化表面形成表面强化层，得到玻璃模具包括：

先在所述玻璃模具基体的合缝线的表面形成表面强化层，包括：从所述合缝线的一端扫描至另一端，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述合缝线的待强化表面形成表面强化层；

再在所述玻璃模具基体的口脖接合线和/或底刃接合线的表面形成表面强化层，包括：确定所述口脖接合线和/或底刃接合线的激光熔覆扫描路径的起始点，所述起始点与所述口脖接合线和/或底刃接合线的第一端点之间的最近距离为2mm至20mm；

确定所述口脖接合线和/或底刃接合线的激光熔覆扫描路径的终止点，所述终止点与所述口脖接合线和/或底刃接合线的第二端点之间的最近距离为2mm至20mm；

控制激光熔覆扫描路径依次经过所述起始点、所述口脖接合线和/或底刃接合线靠近所述起始点一侧的第一端点，所述合缝线口脖接合线和/或底刃接合线靠近所述终止点一侧的第二端点和所述终止点，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述口脖接合线和/或底刃接合线的表面熔覆形成表面强化层。

进一步地，对口脖接合线的表面进行激光熔覆形成表面强化层时，控制所述玻璃模具基体的中轴线从底刃部到口脖部逐渐升高，并控制所述中轴线与水平面夹角为15°至90°；

和/或，对底刃接合线的表面进行激光熔覆形成表面强化层时，控制所述玻璃模具基体的中轴线从口脖部到底刃部逐渐升高，并控制所述中轴线与水平面夹角为15°至90°。

进一步地，所述表面强化层通过采用摆动式熔覆的扫描路径形成。

进一步地，所述激光熔覆工艺形成的表面强化层的厚度为0.5~5mm。

进一步地，提供玻璃模具基体后，提供镍基激光熔覆合金粉末前，所述玻璃模具的制作方法还包括：

将所述玻璃模具基体可旋转地固定于工作台上；和/或，

将所述玻璃模具基体可旋转地固定于工作台后，在提供激光熔覆合金粉末前，所述玻璃模具的制作方法还包括：将用于激光熔覆的镍基激光熔覆合金粉末进行烘料作业；所述烘料温度为100℃~120℃，烘料时间为60min ~120min。

进一步地，所述玻璃模具激光熔覆形成表面强化层的工艺参数为：激光功率为1000至4000W、激光扫描速率为5mm/s至100mm/s、送粉速率为2g/min至60g/min，保护气体和送粉载气为氩气。

进一步地，以镍基激光熔覆合金粉末的质量百分比计，所述镍基激光熔覆合金粉末包括如下组分：C：≤0.25%、Si：2.2~3.5%、B：1.0~1.7%、Fe：≤2%、Cr：≤4%、Al：≤1%、Ni为余量。

第二方面，本发明还提供一种玻璃模具，由上述玻璃模具的制作方法制作得到。

与现有技术相比，本发明提供的玻璃模具的有益效果与上述技术方案的玻璃模具的制作方法的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1本发明实施例中摆动式熔覆路径示意图；

图2为本发明实施例中扫描路径示意图；

图3本发明实施例中铸铁玻璃模具表面激光熔覆层显微金相图；

图4本发明实施例中铜基玻璃模具表面激光熔覆层显微金相图；

图5本发明实施例中铸铁模具熔覆强化效果图；

图6本发明实施例中铸铁模具渗透探伤图；

图7本发明实施例中铜基玻璃模具强化效果及渗透探伤图。

图8本发明实施例中玻璃模具基体的中轴线升高示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如背景技术所言，玻璃模具是玻璃容器的主要成型工具。玻璃模具的完整生产过程包括：铸造，一般采用铸铁或铜合金进行铸造，获得玻璃模具铸坯；对铸造得到的玻璃模具铸坯进行粗加工，在玻璃模具铸坯的待强化部位，即口脖接合线、底刃接合线或合缝线，加工出凹槽，得到玻璃模具基体，在玻璃模具基体的凹槽处通过堆焊工艺形成表面强化层；通过车、铣、钻、雕刻、抛光等精加工工艺，对形成有表面强化层的玻璃模具基体进行精加工，制备得到玻璃模具。

上述玻璃模具表面强化层的强化处理方法为等离子堆焊工艺。然而，等离子堆焊对玻璃模具基材的热输入大，导致玻璃模具表面的强化层开裂倾向大。现有技术中，常用的措施是焊前需要对玻璃模具基材在400℃以上进行高温预热，焊后又经常需要保温处理，由此带来工艺步骤繁琐，能耗大、生产效率低。

为了解决现有技术中采用等离子堆焊工艺对玻璃模具待强化部位进行强化处理时存在的技术问题，本发明提供一种玻璃模具的制作方法。该玻璃模具的制作方法包括：

提供玻璃模具基体。应理解，玻璃模具基体可以包括玻璃模具的初型模、成型模等。玻璃模具基体的材质可以为铸铁合金，包括灰铸铁、球墨铸铁或蠕墨铸铁，也可以为铜合金。

提供镍基激光熔覆合金粉末。应理解，镍基激光熔覆合金粉末可以根据玻璃模具基体的材质进行具体选择。

对所述玻璃模具基体进行表面预处理，去除所述玻璃模具基体的表面污物。应理解，玻璃模具基体进行表面预处理的方法可以包括表面清洗。例如，采用物理清洗（包括超声波清洗、高压冲击清洗、机械摩擦清洗等）或化学清洗（利用化学药品或其它溶剂）的方式对玻璃模具基体表面进行预处理。本发明实施例中采用现有技术中常规的物理清洗进行清洗，在此不进行具体限定。

获取激光熔覆扫描路径信息，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述玻璃模具基体的待强化表面形成表面强化层，得到玻璃模具。应理解，本发明实施例中，玻璃模具基体的待强化表面包括玻璃模具基体的口脖接合线、底刃接合线及合缝线。还应理解，玻璃模具基体的口脖接合线、底刃接合线及合缝线处可以具有凹槽，镍基激光熔覆合金粉末通过激光熔覆工艺在凹槽处形成表面强化层。这样控制表面强化层的厚度，可以使表面强化层直接与玻璃模具基体的表面高度一致，易于玻璃模具的成型加工。采用激光熔覆工艺在玻璃模具基体表面形成的表面强化层的厚度可以控制为0.5mm~5mm。还应理解，激光熔覆工艺可以为同轴送粉激光熔覆工艺、旁轴送粉激光熔覆工艺或送丝激光熔覆工艺。上述各激光熔覆工艺均采用现有的激光熔覆设备。

与现有技术相比，上述玻璃模具的制作方法中，采用激光熔覆工艺在玻璃模具基体的待强化表面形成激光熔覆层，由于激光能量相比较等离子体能量可控性更好，因此在形成表面强化层过程中，激光能量对玻璃模具基体的热输入较小，降低了表面强化层形成过程中裂纹发生倾向。基于此，本发明在制备表面强化层过程中，不需要对玻璃模具基体进行预热处理，也无需对形成表面强化层后的玻璃模具进行保温处理，简化了工艺流程，降低了生产能耗，同时还提高了生产效率。此外，激光熔覆工艺制备表面强化层时，熔深易控制，根据不同强化部位，可以制备厚度低于1mm的表面强化层，从而使制备得到的玻璃制品成品率高，且使用寿命长。

现有技术中，在合缝线部位形成表面强化层时，玻璃模具口脖接合线、底刃接合线与合缝线交叉的四个顶点，由于边界坍塌的原因，极易在四个顶点处出现熔覆尺寸不足的情况。常规的方法是需要在坍塌点处进行短时间激光熔覆停留，增加熔覆层的厚度。而在该位置短时间停顿容易导致热量输入过大，熔深过大，从而在该位置形成气孔等缺陷。为了解决上述技术问题，如图2所示，本发明实施例提供的一种玻璃模具制作方法中，通过限定激光扫描路径解决上述技术问题，具体为：获取激光熔覆扫描路径信息，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述玻璃模具基体的待强化表面形成表面强化层，得到玻璃模具包括：

先在玻璃模具基体的口脖接合线和/或底刃接合线的表面形成表面强化层，包括：从所述口脖接合线和/或底刃接合线的一端扫描至另一端，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述口脖接合线和/或所述底刃接合线的待强化表面形成表面强化层；

再在玻璃模具基体的合缝线的表面形成表面强化层，如图2所示，包括：确定所述玻璃模具基体的合缝线的激光熔覆扫描路径的起始点3，所述起始点3与所述合缝线的第一端点1之间的最短距离为2mm至20mm；例如，起始点3与所述合缝线的第一端点之间的最短距离可以为2mm~5mm，5mm~10mm，10mm~15mm或15mm至20mm。示例的，起始点2与所述合缝线的第一端点1之间的最短距离可以为2mm，5mm，10mm 、15mm或20mm。实际使用时，可以根据玻璃模具基体合缝线的总长度，合理确定合缝线上扫描路径的起始点3的位置。

如图2所示，确定所述玻璃模具基体的合缝线的激光熔覆扫描路径的终止点4，所述终止点4与所述合缝线的第二端点2之间的最短距离为2mm至20m；例如，终止点4与所述合缝线的第二端点2之间的最短距离可以为2mm~5mm，5mm~10mm，10mm~15mm或15mm至20mm。示例的，终止点4与所述合缝线的第二端点2之间的最短距离可以为2mm，5mm，10mm 、15mm或20mm。实际使用时，可以根据玻璃模具基体合缝线的总长度，合理确定合缝线上扫描路径的终止点2的位置。

如图2所示，控制激光熔覆扫描路径依次经过合缝线的所述起始点3、所述合缝线靠近所述起始点3一侧的第一端点1，所述合缝线靠近所述终止点4一侧的第二端点2和所述终止点4。具体地，本实施方式中，激光熔覆扫描路径可参考图2中示出的激光熔覆扫描路径5 。将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述玻璃模具基体的合缝线的表面熔覆形成表面强化层。

上述技术方案中，激光熔覆扫描路径的起始点与终止点距离合缝线的两端点一定距离，按照上述激光扫描路径，从所述起始点至所述合缝线靠近所述起始点一侧的第一端点，再折回至合缝线的第二端点，最后折返至终止点进行扫描，该扫描路径下，相当于对合缝线与口脖接合线和底刃接合线相交的顶点均进行了二次激光熔覆扫描，二次激光熔覆扫描时不需要单独在顶点处停留，按规定的扫描速率、扫描功率等激光熔覆工艺参数沿合缝线长度依次进行激光熔覆扫描即可，这样即可以解决边界坍塌导致的顶点处熔覆尺寸不足的问题，又可以避免在顶点停留时间过长，导致顶点热量输入过大，从而在该位置形成气孔问题。采用本发明实施例制备得到的表面强化层熔深小，玻璃模具的表面强化层的熔深仅为0.05~0.3mm，表面强化层的厚度均匀，稀释率低，与基材可以形成良好的冶金结合，无裂纹、夹渣、气孔等缺陷。

作为上述实施方式的变形，进一步地，本实施方式中，也可以先在所述玻璃模具基体的合缝线的表面形成表面强化层，再在所述玻璃模具基体的口脖接合线和/或底刃接合线的表面形成表面强化层。具体为：先在所述玻璃模具基体的合缝线的表面形成表面强化层，包括：从所述合缝线的一端扫描至另一端，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述合缝线的待强化表面形成表面强化层；

再在所述玻璃模具基体的口脖接合线和/或底刃接合线的表面形成表面强化层，包括：确定所述口脖接合线和/或底刃接合线的激光熔覆扫描路径的起始点，所述起始点与所述口脖接合线和/或底刃接合线的第一端点之间的最近距离为2mm至20mm；

确定所述口脖接合线和/或底刃接合线的激光熔覆扫描路径的终止点，所述终止点与所述口脖接合线和/或底刃接合线的第二端点之间的最近距离为2mm至20mm；

控制激光熔覆扫描路径依次经过所述起始点、所述口脖接合线和/或底刃接合线靠近所述起始点一侧的第一端点，所述合缝线口脖接合线和/或底刃接合线靠近所述终止点一侧的第二端点和所述终止点，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述口脖接合线和/或底刃接合线的表面熔覆形成表面强化层。

与现有技术相比，本实施方式具有的有益效果与上述实施方式相同，在此不再赘述。

此外，现有技术中，玻璃模具基体一般水平固定于工作台上，玻璃模具基体的两个合缝线所在平面与水平面平行，此时口脖接合线和/或底刃接合线所在圆弧处于竖直平面，圆弧两端接近竖直向下。在口脖接合线和/或底刃接合线上通过激光熔覆工艺制备表面强化层时，熔覆层窄且厚，且圆弧两端的熔池没有凹槽壁的支撑，容易在重力作用下沿熔覆方向发生流动，从而在此处形成气孔、夹渣等缺陷，降低产品的合格率。为了解决上述技术问题，本发明实施例提供的一种玻璃模具制作方法，该方法通过控制玻璃模具的摆放方向，解决上述技术问题。具体为，对口脖接合线的表面进行激光熔覆形成表面强化层时，控制所述玻璃模具基体的中轴线从底刃部到口脖部逐渐升高，并控制所述中轴线与水平面夹角为15°至90°；

和/或，如图8所示，对底刃接合线的表面进行激光熔覆形成表面强化层时，控制所述玻璃模具基体的中轴线从口脖部到底刃部逐渐升高，并控制所述中轴线与水平面夹角为15°至90°。

与现有技术相比，在底刃接合线处激光熔覆形成表面强化层时，通过控制所述玻璃模具基体的中轴线从口脖部到底刃部逐渐升高，并控制所述中轴线与水平面夹角为15°至90°。此时，在底刃接合线的端点处熔覆镍基激光合金粉末时，端点处熔池切线方向受力

，其中G为端点处熔池所受重力，θ为熔池端点处切线方向与所受重力方向夹角，该夹角与玻璃模具基体的中轴线所在平面与水平面夹角大小相同。由此可知，玻璃模具基体的中轴线与水平面夹角越大，cosθ值越小，因此熔池切线方向的受力越小。切线方向受力越小，可以减小熔池的向下流动，进而减少了底刃结合线端点处的熔池形成气孔、夹渣等缺陷形成的可能性，提高此处熔覆层的冶金结合强度。当夹角θ为90度时，玻璃模具基体底刃接合线的圆弧所在平面与水平面平行，此时，切线方向的受力为0，重力方向受力与凹槽壁向上的支撑力相同，所以熔池不会沿重力方向垂直向下发生流动，同样可以避免底刃结合线端点处的熔池形成气孔、夹渣等缺陷形成的可能性，提高此处熔覆层的冶金结合强度。

与此同理，在口脖接合线处激光熔覆形成表面强化层时，也可以通过抬高口脖接合线，使口脖接合线端点处的熔池受力减小，进而可以减少口脖接合线端点处的熔池形成气孔、夹渣等缺陷，提高此处熔覆层的冶金结合强度。采用本发明实施例的玻璃模具的制备方法，即方便控制玻璃模具方向，自动化程度高，可控性强，又可以提高熔池的稳定性，得到致密的熔覆强化层。具有成型精度高，机加工余量小，节约了昂贵的高性能粉末材料，提高了玻璃模具的加工效率，降低了能源和材料的消耗，又延长了模具的使用寿命，提升了模具的工作性能，具有良好好的实用性、经济性和技术先进性。

进一步地，结合上述技术方案，本发明实施例的玻璃模具的制作方法中，进一步限定了所述表面强化层通过采用摆动式熔覆的扫描路径形成。应理解，摆动式熔覆的激光扫描路径，可以为现有技术中任意可以实现熔覆的激光扫描路径。举例说明，摆动式熔覆的扫描路径形成表面强化层包括：在激光前进过程中采用摆动式扫描路径在玻璃模具基体的待强化表面形成表面强化层。示例性的，如图1所示，摆动式扫描路径的参数可以为：摆动频率0.2Hz至4Hz，振幅为0.5mm至30mm，半径为0~8mm。应理解，当激光熔覆工艺选择的摆动式扫描路径的半径取值为0时，摆动式扫描路径为垂直于激光前进方向的激光扫描路径。扫描路径的半径大于0，小于等于8mm时，摆动式扫描路径为沿激光前进方向，以螺旋前进方式进行的激光扫描路径。

与现有技术相比，采用摆动式熔覆的扫描路径在玻璃模具基体的待强化表面形成表面强化层，可以有效减小熔池凝固的温度梯度，降低熔覆过程中的热输入和熔覆层裂纹发生倾向。熔覆层热应力小，无需熔覆后保温或其他热处理。尤其对于口脖线、底刃接合线和合缝线部位由于熔覆区域宽度较窄，沿宽度方向摆动扫描，可以快速形成宽度接近于焊槽的大熔池，沿焊槽曲线方向推进，实现焊层合金一次成型，熔覆层组织均匀，有效的避免了常规的多道搭接熔覆熔覆过程中裂纹和气孔等缺陷的产生。

此外，结合上述技术方案，本发明实施例的玻璃模具的制作方法中，进一步限定了提供玻璃模具基体后，提供镍基激光熔覆合金粉末前，所述玻璃模具的制作方法还包括：

将所述玻璃模具基体可旋转地固定于工作台上；具体地，通常可以采用夹具将玻璃模具基体固定在工作台上。和/或，

将所述玻璃模具基体可旋转地固定于工作台后，在提供激光熔覆合金粉末前，所述玻璃模具的制作方法还包括：将用于激光熔覆的镍基激光熔覆合金粉末进行烘料作业；烘料温度和时间根据实际使用选择即可。示例性的，所述烘料温度为100℃~120℃，烘料时间为60min ~120min。

进一步地，结合上述技术方案，本发明实施例的玻璃模具的制作方法中，进一步限定了激光熔覆工艺参数。具体为：激光功率为1000至4000W、激光扫描速率为5mm/s至100mm/s、送粉速率为2g/min至60g/min，保护气体和送粉载气为氩气。举例说明，激光功率可以为1000W至1500W、1500W至2000W、2000W至2500W、2500W至3000、3000W至3500或3500W至4000W。激光扫描速率可以为5mm/s至7mm/s、7mm/s至28mm/s、28mm/s至43mm/s、43mm/s至66mm/s、66mm/s至87mm/s或87mm/s至100mm/s。送粉速率可以为2g/min至7g/min、7g/min至18g/min、18g/min至28g/min、28g/min至45g/min、45g/min至58g/min或58g/min至60g/min。示例的，在某些具体实施例中，激光功率可以为1000W、1500W、2000W、2500W、3000W、3500W或4000W。激光扫描速率为5mm/s、7mm/ss、28mm/s、43mm/s、66mm/s、 87mm/s或100mm/s。送粉速率为2g/min、7g/min、18g/min、28g/min、45g/min、58g/min或60g/min。

与现有技术相比，上述实施例通过优化激光功率、送粉速度、扫描速度等工艺参数，可以控制熔覆层（表面强化层）稀释率保持较低水平，这样可以更好的控制熔覆层（表面强化层）的厚度，厚度最小可以控制为0.5mm，并使熔覆层（表面强化层）与基材形成良好的冶金结合。在上述工艺参数下，制备得到玻璃模具无裂纹、夹渣、气孔等缺陷。

进一步地，结合上述技术方案，本发明实施例的玻璃模具的制作方法中，进一步限定了镍基激光熔覆合金粉末的成分组成。具体为：以镍基激光熔覆合金粉末的质量百分比计，所述镍基激光熔覆合金粉末包括如下组分：C：≤0.25%、Si：2.2~3.5%、B：1.0~1.7%、Fe：≤2%、Cr：≤4%、Al：≤1%、Ni为余量。

应理解，镍基激光熔覆合金粉末采用上述配比的组分，其不仅可以用于铸铁玻璃模具，也可用于铜基玻璃模具。与现有技术相比，采用上述配比的镍基激光熔覆合金粉末，配合本发明采用的激光熔覆工艺方法，高功率在焊接性比较差的铸铁和铜合金表面制备了稳定的镍基合金熔覆层。经测试，如图3所示，上述镍基激光熔覆合金粉末用于铸铁玻璃模具时，熔覆层（表面强化层）无裂纹、夹渣和气孔等缺陷。如图4所示，上述镍基激光熔覆合金粉末用于铜基玻璃模具时，熔覆层（表面强化层）无裂纹、夹渣和气孔等缺陷。且相同技术参数下，本发明制备得到的熔覆层厚度起伏均小于0.5mm，所示镍基合金熔覆层在1000℃左右仍具有良好的耐腐蚀和热疲劳性能。

第二方面，本发明还提供一种玻璃模具，由上述玻璃模具的制作方法制作得到。

与现有技术相比，本发明提供的玻璃模具的有益效果与上述技术方案的玻璃模具的制作方法的有益效果相同，此处不做赘述。

以下结合具体实施例来进一步说明本发明的玻璃模具的表面强化方法。

具体实施案例中，激光熔覆设备为4000W半导体激光器，运动机构为FANUC六轴工业机械手，以氩气作为熔池保护气体和送粉载气。

实施例一

以灰铸铁啤酒瓶成型模为例，在合缝线、口脖接合线和底刃接合线部位，采用激光熔覆工艺形成镍基高温合金的表面强化层。其中，采用的镍基激光熔覆合金粉末成分为：C：0.13%、Si：2.55%、B：1.0%、Fe：1.9%、Cr3.3%、Al：0.4%，Ni-余量。

具体操作方法如下：

S1、用烘箱将所用镍基激光熔覆合金粉末在100~120℃烘干，加入送粉设备中待用。

S2、将待加工模具的表面清洗干净，保证无油污。再将清洗干净的灰铸铁玻璃模具装夹在工作台的固定工装上。应理解，固定工装可以为任意可实现固定作用的装置，例如，平口钳。利用模具上的加工基准面进行定位，可以实现批量化精准定位。

S3、示教六轴工业机器人摆动熔覆路径程序。具体为：利用六轴工业机器人，根据灰铸铁玻璃模具的形状、尺寸，规划熔覆路径程序。示例的，熔覆路径采用摆动式扫描路径的方式，根据所需熔覆位置的尺寸设计椭圆长轴（振幅），短轴（半径）长度，实现激光熔覆全覆盖。

S4、对灰铸铁玻璃模具待强化部位进行激光熔覆。由于“三线”部位所需要的熔覆强化的宽度、厚度各不相同，因此采用不同的熔覆参数，完成各部位熔覆，形成熔覆层厚度为2mm的表面强化层,得到表面强化的灰铸铁玻璃模具。其中，具体熔覆工艺和熔覆参数如下：

先在玻璃模具基体的口脖接合线的表面形成表面强化层，包括：控制所述玻璃模具基体的中轴线从底刃部到口脖部逐渐升高，并控制所述中轴线与水平面夹角θ为15°，从所述口脖接合线的一端扫描至另一端，所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述口脖接合线的待强化表面形成表面强化层。其中，激光扫描功率为2300W，激光扫描速率为6mm/s，送粉速率为28g/min。摆动式扫描路径中，摆动频率为3.5Hz，椭圆长轴（振幅）为2.5mm，短轴（半径）长度为3mm。

再在玻璃模具基体的底刃接合线的表面形成表面强化层，包括：控制所述玻璃模具基体的中轴线从口脖部到底刃部逐渐升高，并控制所述中轴线与水平面夹角15°，从所述底刃接合线的一端扫描至另一端，所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述底刃接合线的待强化表面形成表面强化层。其中，激光扫描功率为2300W，激光扫描速率为7mm/s，送粉速率为28g/min。摆动式扫描路径中，摆动频率为3.5Hz，椭圆长轴（振幅）为2mm，短轴（半径）长度为7mm。

最后，在玻璃模具基体的合缝线的表面形成表面强化层，合缝线的熔覆参数为：激光扫描功率为2400W，激光扫描速率为8mm/s，送粉速率为28g/min。摆动式扫描路径中，摆动频率为4Hz，椭圆长轴（振幅）为2mm，短轴（半径）长度为1mm；合缝线的激光熔覆路径如下：

确定所述合缝线的激光熔覆扫描路径的起始点，所述起始点与所述合缝线的第一端点之间的最近距离为20mm；

确定所述合缝线的激光熔覆扫描路径的终止点，所述终止点与所述合缝线的第二端点之间的最近距离为20mm；

控制激光熔覆扫描路径依次经过合缝线的所述起始点、所述合缝线靠近所述起始点一侧的第一端点，所述合缝线靠近所述终止点一侧的第二端点和所述终止点，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述合缝线的表面熔覆形成表面强化层。

应理解，上述实施例中，通过设定扫描路径中短轴（半径）长度为1~7mm，可以使摆动式扫描路径呈现椭圆线螺旋前进的扫描路径方式，实现激光熔覆工艺。

将经表面强化后的灰铸铁玻璃模具取下工作台，待冷却后进行显微金相测试和渗透探伤测试。由图3灰铸铁玻璃模具表面激光熔覆层显微金相图可知，采用本发明实施例的特定组成的镍基激光熔覆合金粉末形成的熔覆层与铸铁玻璃模具具有极佳的冶金结合性能，大大提高了表面强化层与玻璃模具之间的结合强度，使得利用该玻璃模具制备玻璃容器时，玻璃模具的表面强化层不易磨损，延长了玻璃模具的使用寿命。如图5所示，由灰铸铁玻璃模具表面熔覆层的强化效果图可知，强化区域熔覆层均匀饱满，成型精度高，既保证了足够的加工余量，又避免了强化层过厚导致的材料、能源和人工等资源的浪费。如图6所示，由灰铸铁玻璃模具表面渗透探伤测试图可知，经本发明实施例中的表面强化方法制得的玻璃模具表面强化层无裂纹、夹渣等缺陷。由以上测试结果可知，本发明实施例的表面强化方法不仅制备步骤简单，还可以大大提高灰铸铁玻璃模具的使用寿命，尤其是在骤冷骤热条件下，灰铸铁玻璃模具的合缝线部位仍具有良好的耐热性和热稳定性，且耐磨性好以及抗热裂性好。

实施案例二：

采用铜基玻璃模具初型模，在合缝线、口脖接合线和底刃接合线部位，采用激光熔覆工艺形成镍基高温合金的表面强化层。其中，所用粉末成分为（质量分数）： C:0.02%、Cr:0.42%、Si:2.38%、B:1.5%、Fe:0.09%、Ni为余量。具体操作步骤如下：

S1、用烘箱将所用镍基激光熔覆合金粉末在100~120℃烘干，加入送粉设备中待用。

S2、将铜基铁玻璃模具的表面清洗干净，保证无油污。再将清洗干净的铜基玻璃模具装夹在工作台的固定工装上。应理解，固定工装可以为任意可实现固定作用的装置，例如，平口钳。利用模具上的加工基准面进行定位，可以实现批量化精准定位。

S3、示教六轴工业机器人摆动熔覆路径程序。具体为：利用六轴工业机器人，根据铜基玻璃模具的形状、尺寸，规划熔覆路径程序。示例的，熔覆路径采用摆动式扫描路径，根据所需熔覆位置的尺寸设计椭圆长轴（振幅），短轴（半径）长度，实现激光熔覆全覆盖。

S4、对铜基玻璃模具待强化部位进行激光熔覆，形成熔覆层厚度为2mm的表面强化层,得到表面强化的铜基玻璃模具。具体熔覆参数如下：

先在玻璃模具基体的合缝线的表面形成表面强化层，合缝线的熔覆参数为：激光扫描功率为3000W，激光扫描速率为12mm/s，送粉速率为30g/min。摆动式扫描路径中，摆动频率为2Hz，椭圆长轴（振幅）为2.5mm，短轴（半径）长度为0mm；合缝线的激光熔覆路径如下：从所述合缝线的一端依次扫描至合缝线的另一端。

再在玻璃模具基体的底刃接合线的表面形成表面强化层，包括：控制所述玻璃模具基体的中轴线从口脖部到底刃部逐渐升高，并控制所述中轴线与水平面夹角30°（如图8所示）；所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述底刃接合线的待强化表面形成表面强化层。其中，激光扫描功率为2500W，激光扫描速率为28mm/s，送粉速率为45g/min。摆动式扫描路径中，摆动频率为3.5Hz，椭圆长轴（振幅）为2mm，短轴（半径）长度为7mm。激光扫描路径为：确定所述底刃接合线的激光熔覆扫描路径的起始点，所述起始点与所述底刃接合线的第一端点之间的最短距离为5mm；确定所述底刃接合线的激光熔覆扫描路径的终止点，所述终止点与所述底刃接合线的第二端点之间的最短距离为5mm；控制激光熔覆扫描路径依次经过底刃接合线的所述起始点、所述底刃接合线靠近所述起始点一侧的第一端点，所述底刃接合线靠近所述终止点一侧的第二端点和所述终止点，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述底刃接合线的表面熔覆形成表面强化层。

最后在玻璃模具基体的口脖接合线的表面形成表面强化层，包括：控制所述玻璃模具基体的中轴线从底刃部到口脖部逐渐升高，并控制所述中轴线与水平面夹角θ为45°；所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述口脖接合线的待强化表面形成表面强化层。其中，激光扫描功率为2300W，激光扫描速率为7mm/s，送粉速率为18g/min。摆动式扫描路径中，摆动频率为3.2Hz，椭圆长轴（振幅）为2.5mm，短轴（半径）长度为3mm。激光扫描路径为：确定所述口脖接合线的激光熔覆扫描路径的起始点，所述起始点与所述口脖接合线的第一端点之间的最短距离为2mm；确定所述口脖接合线的激光熔覆扫描路径的终止点，所述终止点与所述口脖接合线的第二端点之间的最短距离为2mm；控制激光熔覆扫描路径依次经过口脖接合线的所述起始点、所述口脖接合线靠近所述起始点一侧的第一端点，所述口脖接合线靠近所述终止点一侧的第二端点和所述终止点，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述口脖接合线的表面熔覆形成表面强化层。

将经表面强化后的铜基玻璃模具取下工作台，待冷却后进行显微金相测试和渗透探伤测试。如图4所示，由本发明实施例的特定组成的镍基激光熔覆合金粉末形成的熔覆层与铜基玻璃模具具有极佳的冶金结合性能，大大提高了表面强化层与玻璃模具之间的结合强度，使得利用该玻璃模具制备玻璃容器时，玻璃模具的表面强化层不易磨损，延长了玻璃模具的使用寿命。如图7所示，由铜基玻璃模具表面渗透探伤测试图可知，经本发明实施例中的表面强化方法制得的玻璃模具表面强化层无裂纹、夹渣等缺陷。由以上测试结果可知，本发明实施例的表面强化方法，不仅制备步骤简单，还可以大大提高铜基玻璃模具的使用寿命，尤其是在骤冷骤热条件下，铜基玻璃模具的合缝线部位仍具有良好的耐热性和热稳定性，且耐磨性好以及抗热裂性好。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种玻璃模具的制作方法，其特征在于，包括：

提供玻璃模具基体；

提供镍基激光熔覆合金粉末；

对所述玻璃模具基体进行表面预处理，去除所述玻璃模具基体的表面污物；

获取激光熔覆扫描路径信息，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述玻璃模具基体的待强化表面形成表面强化层，包括：先在所述玻璃模具基体的合缝线的表面形成表面强化层；再在所述玻璃模具基体的口脖接合线和/或底刃接合线的表面形成表面强化层，包括：确定所述口脖接合线和/或底刃接合线的激光熔覆扫描路径的起始点，所述起始点与所述口脖接合线和/或底刃接合线的第一端点之间的最近距离为2mm至20mm；确定所述口脖接合线和/或底刃接合线的激光熔覆扫描路径的终止点，所述终止点与所述口脖接合线和/或底刃接合线的第二端点之间的最近距离为2mm至20mm；控制激光熔覆扫描路径依次经过所述起始点、所述口脖接合线和/或底刃接合线靠近所述起始点一侧的第一端点，所述合缝线、口脖接合线和/或底刃接合线靠近所述终止点一侧的第二端点和所述终止点，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述口脖接合线和/或底刃接合线的表面熔覆形成表面强化层，得到玻璃模具；

或，先在玻璃模具基体的口脖接合线和/或底刃接合线的表面形成表面强化层；再在玻璃模具基体的合缝线的表面形成表面强化层，包括：确定所述合缝线的激光熔覆扫描路径的起始点，所述起始点与所述合缝线的第一端点之间的最近距离为2mm至20mm；确定所述合缝线的激光熔覆扫描路径的终止点，所述终止点与所述合缝线的第二端点之间的最近距离为2mm至20mm；控制激光熔覆扫描路径依次经过合缝线的所述起始点、所述合缝线靠近所述起始点一侧的第一端点，所述合缝线靠近所述终止点一侧的第二端点和所述终止点，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述合缝线的表面熔覆形成表面强化层，得到玻璃模具。

2.根据权利要求1所述玻璃模具的制作方法，其特征在于，先在玻璃模具基体的口脖接合线和/底刃接合线的表面形成表面强化层，包括：从所述口脖接合线和底刃接合线的一端扫描至另一端，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述口脖接合线和/或所述底刃接合线的待强化表面形成表面强化层。

3.根据权利要求1所述玻璃模具的制作方法，其特征在于，先在所述玻璃模具基体的合缝线的表面形成表面强化层，包括：从所述合缝线的一端扫描至另一端，将所述镍基激光熔覆合金粉末经激光熔覆工艺，在所述合缝线的待强化表面形成表面强化层。

4.根据权利要求2或3所述玻璃模具的制作方法，其特征在于，对口脖接合线的表面进行激光熔覆形成表面强化层时，控制所述玻璃模具基体的中轴线从底刃部到口脖部逐渐升高，并控制所述中轴线与水平面夹角为15°至90°；

和/或，对底刃接合线的表面进行激光熔覆形成表面强化层时，控制所述玻璃模具基体的中轴线从口脖部到底刃部逐渐升高，并控制所述中轴线与水平面夹角为15°至90°。

5.根据权利要求1所述玻璃模具的制作方法，其特征在于，所述表面强化层通过采用摆动式熔覆的扫描路径形成。

6.根据权利要求1所述玻璃模具的制作方法，其特征在于，所述激光熔覆工艺形成的表面强化层的厚度为0.5mm～5mm。

7.根据权利要求1所述玻璃模具的制作方法，其特征在于，提供玻璃模具基体后，提供镍基激光熔覆合金粉末前，所述玻璃模具的制作方法还包括：

将所述玻璃模具基体可旋转地固定于工作台上；和/或，

将所述玻璃模具基体可旋转地固定于工作台后，在提供激光熔覆合金粉末前，所述玻璃模具的制作方法还包括：将用于激光熔覆的镍基激光熔覆合金粉末进行烘料作业；所述烘料温度为100℃～120℃，烘料时间为60min～120min。

8.根据权利要求1所述玻璃模具的制作方法，其特征在于，所述玻璃模具经激光熔覆形成表面强化层的工艺参数为：激光功率为1000至4000W、激光扫描速率为5mm/s至100mm/s、送粉速率为2g/min至60g/min，保护气体和送粉载气为氩气。

9.根据权利要求1所述玻璃模具的制作方法，其特征在于，以镍基激光熔覆合金粉末的质量百分比计，所述镍基激光熔覆合金粉末包括如下组分：C：≤0.25％、Si：2.2～3.5％、B：1.0～1.7％、Fe：≤2％、Cr：≤4％、Al：≤1％、Ni为余量。

10.一种玻璃模具，其特征在于，由权利要求1～9任一所述玻璃模具的制作方法制作得到。

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