[發(fā)明專利]齒輪的激光表面硬化工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 02134414.0
• 申請日: 2002-07-22
• 公開（公告）號: CN1394969A
• 公開（公告）日: 2003-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬春印;趙欽
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州富通光科技術(shù)有限公司
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C21D9/32
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 林麗明

1、技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明是一種齒輪的激光表面硬化工藝，屬于齒輪表面硬化工藝的創(chuàng)新技術(shù)。

2、背景技術(shù)：

齒輪傳動是機械傳動的一種主要形式，齒輪是機器、機械產(chǎn)品中廣泛使用的重要基礎(chǔ)零件。機械傳動要求齒輪有良好的承載能力。齒輪的使用壽命與齒輪用料的質(zhì)量、機械加工和熱處理的質(zhì)量、以及使用條件有關(guān)。其中齒輪材料和熱處理是影響齒輪承載能力和使用壽命的關(guān)鍵因素，也是關(guān)系整個齒輪生產(chǎn)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。齒輪的使用實踐表明，齒輪的主要破壞形式有齒面疲勞點蝕、齒面磨損、齒面膠合和輪齒折斷。因此要求輪齒有很好的抗彎強度、接觸疲勞強度、齒面硬度，并要求心部的有很好的韌性。因而要求在齒輪整體調(diào)質(zhì)(要求不高的齒輪可采用正火)處理基礎(chǔ)上還要對齒輪的齒部進行表面硬化處理。

齒輪齒部的表面硬化處理的常規(guī)工藝方法有滲碳、滲氮、火焰淬火、感應(yīng)淬火。滲碳淬火齒輪的整個制造工藝過復(fù)雜，滲碳淬火引起的變形較大，為了控制變形，往往采用壓床淬火。有時用壓床淬火也不能控制變形，需再作精整處理；滲碳工藝所用的到加熱爐能耗高，液體滲碳還涉及NaCN劇毒物質(zhì)；對齒輪不需滲碳的部位還需作防滲處理。滲氮齒輪的制造工藝流程比滲碳簡單，滲氮后不用淬火就可得到高的硬度，但滲氮過程周期長，成本高，滲氮層薄而脆，對不需滲氮的部位需作防滲處理。火焰淬火的加熱溫度及淬硬層深度不易控制，淬硬層質(zhì)量不穩(wěn)定，噴嘴結(jié)構(gòu)復(fù)雜。齒輪感應(yīng)加熱淬火方法用得比較廣泛，但在采用回轉(zhuǎn)感應(yīng)加熱淬火時，對于模數(shù)稍大的齒輪，為了要達到加熱全齒，會引起齒尖過燒；而用單齒連續(xù)加熱淬火方法時，又不易得到沿全齒廓的均勻硬化層，特別是齒根硬度差；采用沿齒溝連續(xù)加熱淬火方法時，齒頂部位的淬火效果又差，況且感應(yīng)器制作復(fù)雜，通用性差，因而成本高。

3、發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服上述缺點而提供一種不僅淬火硬度高，而且齒面表層形成的硬化層為合金化表層，其晶粒細化，變形極小，無環(huán)境污染的齒輪激光表面硬化處理工藝。本發(fā)明所用的機床設(shè)備及工藝器件的通用性強，操作自動化程度高，工藝流程短，制造成本低。本發(fā)明可以部分替代用滲碳、滲氮、感應(yīng)淬火、火焰淬火等常規(guī)齒輪熱處理工藝。

本發(fā)明用激光束將齒輪的齒廓表面相變硬化，其按如下步驟進行：

(1)將待處理齒輪的表面進行清理，涂吸光涂料；

(2)用激光束對齒輪齒廓表面進行掃描運動，使齒廓表層得以快速加熱到相變溫度以上；

(3)將激光束離開齒輪的齒廓表面，齒輪因本身的熱傳導(dǎo)而隨即自身快速冷卻而淬火，在齒面表層形成硬化層。

上述激光束為CO₂激光束。

上述照射到齒面的光斑功率密度為10⁴～10⁵W/cm²。

上述硬化層的深度為0.4～1mm。

上述吸光涂料為復(fù)合吸光涂料。

上述復(fù)合吸光涂料是在常用CO₂吸光涂料中添加有鎳基合金粉和WC、TiC等硬質(zhì)碳化物粉末。

上述照射到齒面的激光光斑為窄帶圓形光斑或?qū)拵l形光斑；

上述所處理的齒輪在激光表面強化處理前已經(jīng)經(jīng)過調(diào)質(zhì)或正火或滲碳等預(yù)先熱處理和機械加工，經(jīng)過激光表面強化處理后可直接投入使用。對于限于熱處理條件而無法作齒輪調(diào)質(zhì)或正火的齒輪，亦可用激光表面硬化處理。

上述所用的激光束對齒輪的齒廓表面的掃描運動用數(shù)控激光加工機床來實現(xiàn)，對于直齒輪，激光束的掃描方式為齒輪不動，聚焦鏡沿齒廓表面作軸向進給運動；對于斜齒輪或人字齒輪，激光束沿齒廓表面的掃描運動由齒輪的旋轉(zhuǎn)運動和聚焦鏡的軸向進給運動合成；

上述激光束對齒輪的齒廓表面的掃描運動按齒的旋向依次逐齒掃描，而且是先掃完全齒輪一側(cè)的齒面，再掃描另一側(cè)的齒面；逐齒掃描的分齒方法有：用機械定位機構(gòu)控制定位，或用數(shù)控分度兩種方式。

本發(fā)明與常規(guī)的齒輪表面硬化處理工藝相比具有如下特點：

1、用激光表面硬化方法處理齒輪的齒面，可以做到不使齒面粗糙度變壞，而且激光表面硬化處理后工件的變形極小，可以忽略不計。因而對于常用的6、7、8級精度等級的齒輪，激光表面強化可以作為齒輪加工的最后工序，不需要再增加后續(xù)精整工序，也不需再作回火處理。

2、經(jīng)過激光表面硬化處理后，齒面硬化層內(nèi)存在的殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力，這有利于提高齒輪的使用壽命。