[發(fā)明專利]一種用于旋挖齒錐形面強(qiáng)化的激光微織構(gòu)工藝方法

在審

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• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107138866A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙樹森;陳峰;趙釗;林學(xué)春;徐陳;段韌;成中庚
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇中科大港激光科技有限公司
• 主分類號: B23K26/60
• 分類號: B23K26/60;B23K26/352
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)32256
• 代理人: 任立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光表面加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于旋挖齒錐形面強(qiáng)化的激光微織構(gòu)工藝方法。

背景技術(shù)

隨著我國橋梁、道路、鐵路等基礎(chǔ)工程建設(shè)的不斷開展，旋挖鉆機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，在一些地質(zhì)情況較為嚴(yán)苛的地區(qū)，工程中經(jīng)常遇到比較硬的基巖地層、大的漂石層及硬質(zhì)永凍土層，使得施工作業(yè)對旋挖齒耐磨度和鉆削效率的要求越來越高。

為在錐形面獲得較高的耐磨性，目前常用的方法是在端部基材表面熔覆高硬度耐磨層，但由于熔覆層本身具有較大的脆性，且在熔覆過程中會產(chǎn)生較大的熱輸入，使得基材內(nèi)部存在應(yīng)力積累，在實(shí)際施工過程中又經(jīng)常受到來自巖體的擠壓和沖擊，熔覆層很容易剝落甚至導(dǎo)致整體斷裂，因此，需要提出一種新的截齒錐形面表面處理方法，在錐形面達(dá)到較高硬度的同時，保持基材的良好韌性，延長旋挖齒的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提出一種工藝簡單，節(jié)能環(huán)保，可提高旋挖齒錐形面耐磨性，同時保持整體韌性的旋挖齒錐形面強(qiáng)化方法，本發(fā)明主要是利用激光微織構(gòu)技術(shù)強(qiáng)化旋挖齒錐形面。

一種用于旋挖齒錐形面強(qiáng)化的激光微織構(gòu)工藝方法，其具體包括以下步驟：

S1：表面清潔：室溫下對旋挖齒錐形面表面進(jìn)行除油除銹，并利用酒精清洗干凈；

S2：速度設(shè)計：將步驟S1中清潔過的旋挖齒座固定在激光加工機(jī)床上，通過卡盤帶動旋挖齒座旋轉(zhuǎn)，卡盤旋轉(zhuǎn)與激光頭X線性軸的進(jìn)給運(yùn)動配合運(yùn)動，根據(jù)微凹坑的陣列方式調(diào)整卡盤轉(zhuǎn)速和激光頭的進(jìn)給速度；

微凹坑的陣列方式可為多道環(huán)形，螺旋線形，等距彌散點(diǎn)陣等形式：

當(dāng)陣列方式為多道環(huán)形時，環(huán)形數(shù)量為n，每道環(huán)形掃描時的卡盤旋轉(zhuǎn)速度為a，激光脈沖頻率為H，激光頭X軸進(jìn)給速度為零，完成單道環(huán)形掃描后，激光頭X軸移動距離為b，b＝(1～5)a/H。如此循環(huán)n次直到完成所有環(huán)形掃描；

當(dāng)陣列方式為螺旋線形時，卡盤與激光頭同時移動，卡盤旋轉(zhuǎn)速度為a，激光脈沖頻率為H，激光頭X軸進(jìn)給速度為d，且d＝(1～5)a/H；

當(dāng)陣列方式為等距彌散點(diǎn)陣時，應(yīng)保證卡盤完成一個圓周運(yùn)動后，微凹坑間距c與激光頭X軸移動距離b相等。

S3：激光照射：對步驟S2中固定好的旋挖齒使用激光器，在旋挖齒表面形成微凹坑，激光功率密度為103～108W/mm²，激光器的輸出波長為177nm～15000nm；

S4：自然冷卻：關(guān)閉脈沖激光束，待光束停止作用后，冷卻，該冷卻過程為自然冷卻，冷卻后每個微凹坑直徑為1μm～100μm；

S5：成型：在旋挖齒表面形成微凹坑陣列，完成制備。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明利用激光束高能量密度，方向高度集中的特性，在較低成本材料表面形成具有一定排列方式的微凹坑陣列，每個微凹坑處的硬度相比基材有明顯提升，凹坑周邊的微凸起可起到一定的耐磨作用。

2、本發(fā)明微凹坑周邊的基材保持良好的組織韌性，與微凹坑處的高硬度相間分布，可在保證旋挖齒基材優(yōu)良韌性的前提下，在錐形面獲得較好的耐磨性。

3、本發(fā)明加工方法操作簡單，節(jié)能環(huán)保，在盡量降低成本費(fèi)用的同時提高旋挖齒的綜合性能，提高其使用壽命。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為旋挖齒錐形面強(qiáng)化激光微織構(gòu)工藝方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖所示的一種用于旋挖齒錐形面強(qiáng)化的激光微織構(gòu)工藝方法案例，其具體步驟是：

第一步：室溫下對旋挖齒錐形面表面進(jìn)行除油除銹，并利用酒精清洗干凈。

第二步：將上述處理過的旋挖齒座固定在激光加工機(jī)床上，通過卡盤帶動旋挖齒座旋轉(zhuǎn)，卡盤旋轉(zhuǎn)與激光頭X線性軸的進(jìn)給運(yùn)動配合運(yùn)動，選擇環(huán)形陣列方式，環(huán)形數(shù)量為100道，每道環(huán)形掃描時的卡盤旋轉(zhuǎn)速度為2.8r/s，激光頭X軸進(jìn)給速度為零，完成單道環(huán)形掃描后，激光頭X軸移動距離為1mm。如此循環(huán)100次直到完成所有環(huán)形區(qū)域掃描；

微凹坑的陣列方式可為多道環(huán)形，螺旋線形，等距彌散點(diǎn)陣等形式：

當(dāng)陣列方式為多道環(huán)形時，環(huán)形數(shù)量為n，每道環(huán)形掃描時的卡盤旋轉(zhuǎn)速度為a，激光脈沖頻率為H，激光頭X軸進(jìn)給速度為零；完成單道環(huán)形掃描后，激光頭X軸移動距離為b，b＝(1～5)a/H，如此循環(huán)n次直到完成所有環(huán)形掃描；