拉深模的耐磨损性能是影响其使用寿命的主要原因,是许多公司企业亟需解决的重大问题。目前,各国科学家已在提高模具耐磨性方面做了大量工作,但主要集中在开发新型模具材料、改进结构、表面改性等几个方面。本文首次利用激光毛化这种可控的表面改形改性新技术在模具钢表面制备出合理的微单元形貌,并对毛化表面的耐磨性进行了试验研究和理论分析。首先,在现有理论研究的基础上,本文建立了激光与物质相互作用时的热传导和温度场的数学模型,并对影响激光毛化微观形貌形成的因素进行了分析,为模具钢的激光毛化提供理论指导。其次,利用激光毛化技术进行工艺试验研究,对激光功率、脉冲宽度、离焦量和辅助气体压力等激光参数和辅助工艺参数采用单因素轮换法在光滑的模具钢试样表面分别加工出不同微球冠高度、微单元直径和间距的微单元。在分析测量数据的基础上,获得了激光工艺参数对激光毛化微单元几何尺寸的影响规律。对激光毛化微单元、基体的金相组织和显微硬度进行比较,结果表明:试样表面激光毛化微球冠的金相组织为针状和板条状混合马氏体组织,基体的金相组织为淬火马氏体和托氏体混合组织,微球冠的显微硬度比基体的硬度提高了30%～50%。再次,系统地研究不同微球冠高度、微单元直径和间距对拉深模耐磨性的影响。结果表明:激光毛化微单元直径相同时,微球冠高度愈大,材料耐磨性能愈好;微球冠高度相同时,微单元直径愈大,材料表面耐磨性能愈好;随着微单元间距的增大,毛化试样的耐磨性能变化不很明显,但均高于光滑表面试样。最后,对毛化表面的耐磨性能进行了理论分析。毛化试样表面磨损时,磨损过程相当于在断续的平面上进行,当磨料运动到微单元时,一部分被微单元凹环收集起来,另一部分继续运动到微球冠前沿时受到阻碍,犁削深度变浅。磨料在微球冠上的磨损分为两种情况,当微球冠较硬或磨料尖角被磨钝时,磨料在微球冠上滚动,反之磨料则在微球冠上滑动,且犁削深度较浅,由此减轻磨损程度。磨料越过微球冠后又有一部分磨料被微单元凹环收集起来,另一部分磨料继续运动到基体上,下一个磨损过程开始。由此可见,由于微单元凹环对磨料收集和微球冠对磨料磨损阻碍的双重作用,使毛化表面试样的耐磨性能明显提高。本文的研究成果为拉深模表面激光毛化微观形貌的制备提供了切实可行的试验数据,对激光毛化技术在模具表面的推广应用起到了技术保证作用,同时对丰富模具表面处理技术,提高模具使用寿命具有重要意义。