[發(fā)明專利]一種軸承表面無回火軟帶的激光淬火裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710019686.2
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN106755756B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 林學春;羅虹;李達;付金祥;于海娟;林培晨
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C21D1/62;C21D9/40
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種軸承表面無回火軟帶的激光淬火裝置，該裝置包括激光器(1)、光束傳輸系統(tǒng)(2)、激光加工頭(7)和機械手臂(8)，激光器(1)發(fā)出的激光光束依次經過光束傳輸系統(tǒng)(2)、激光加工頭(7)到達軸承工件(9)，機械手臂(8)控制激光加工頭(7)的平移和旋轉，使到達軸承工件(9)的激光光斑能夠覆蓋軸承工件(9)的整個表面，其特征在于：

所述激光加工頭(7)包括第一透鏡(3)、第二透鏡(4)、掃描振鏡(5)和平場聚焦透鏡(6)，激光器(1)發(fā)出的激光光束經過光束傳輸系統(tǒng)(2)進入激光加工頭(7)后，在激光加工頭(7)中依次經過第一透鏡(3)和第二透鏡(4)到達掃描振鏡(5)，被掃描振鏡(5)反射改變方向后透過平場聚焦透鏡(6)到達軸承工件(9)；其中，所述掃描振鏡(5)能夠旋轉一定角度，并配合機械手臂(8)控制激光加工頭(7)的平移和旋轉，使光斑在軸承工件(9)表面移動，實現(xiàn)對軸承工件(9)整個表面的線性來回高速掃描，掃描速度V在1000mm/min～10000mm/min；

所述平場聚焦透鏡(6)用于對激光光束進行聚焦，在軸承工件(9)表面得到激光聚焦后的矩形光斑；不同焦距的平場聚焦透鏡，在軸承工件(9)表面得到的矩形光斑的寬度不同，矩形光斑的寬度為D，激光掃描搭接間距為H，則H/D的比值與掃描寬度W成反比，H/D的比值選擇范圍在50％～80％。

2.根據(jù)權利要求1所述的軸承表面無回火軟帶的激光淬火裝置，其特征在于，所述激光器(1)是千瓦級連續(xù)激光器，其輸出功率1～10kW可調。

3.根據(jù)權利要求1所述的軸承表面無回火軟帶的激光淬火裝置，其特征在于，所述第一透鏡(3)和第二透鏡(4)組成透鏡組，對激光光束進行整形，將圓形激光整形成矩形光斑，光斑能量由近高斯分布改為平頂分布。

4.一種軸承表面無回火軟帶的激光淬火方法，應用于權利要求1至3中任一項所述的激光淬火裝置，其特征在于，該方法包括：

機械手臂(8)將激光加工頭(7)定位于軸承工件(9)表面焦距處上方；

激光器(1)發(fā)出的激光光束依次經過光束傳輸系統(tǒng)(2)、激光加工頭(7)到達軸承工件(9)，機械手臂(8)控制激光加工頭(7)的平移和旋轉，使到達軸承工件(9)的激光光斑按預設的方式沿著軸承工件(9)表面曲面進行掃描；

軸承工件(9)被激光掃描后的區(qū)域自行冷卻至常溫，完成淬火。

5.根據(jù)權利要求4所述的軸承表面無回火軟帶的激光淬火方法，其特征在于，所述機械手臂(8)將激光加工頭(7)定位于軸承工件(9)表面焦距處上方以后，還包括：

選擇適當焦距的平場聚焦透鏡(6)，以確保矩形光斑激光淬火橫向最大的幅面寬度和單次加工范圍。

6.根據(jù)權利要求4所述的軸承表面無回火軟帶的激光淬火方法，其特征在于，所述到達軸承工件(9)的激光光斑按預設的方式沿著軸承工件(9)表面曲面進行掃描，是通過計算機程序控制實現(xiàn)的，其中激光按預設的方式沿著軸承表面曲面完成掃描包括兩種方式，當淬火面積在平場聚焦透鏡(6)范圍內時，采用激光區(qū)域掃描、工件不動的加工方式；當淬火面積超出平場聚焦透鏡(6)范圍時，激光做線性來回掃描，工件以一定的相對速度沿與線性掃描垂直的方向運動，工件相對激光加工頭(7)運動速度等于HV/W，H為激光掃描搭接間距，V為光斑在軸承工件(9)表面線性來回高速掃描的掃描速度，W為掃描寬度。