[發明專利]基于齒輪成形法的激光表面淬火避免回火帶的方法

在審

• 申請號: 201810352386.0
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108411070A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 段佳偉;陸堰龍;余勤躍;吳韜;石淑琴;黃世凡
• 申請（專利權）人: 杭州盛鐳激光科技有限公司
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C21D9/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種針對齒輪表面激光淬火方法，避免光斑之間產生的回火帶。本發明基于齒輪的成形法，步驟如下：采用三束激光束同時垂直照射齒輪第一個齒槽的齒根與齒面，利用大光斑高能量，同時對齒輪齒根與齒面進行加熱，齒根淬火的寬度為W2，兩個齒面淬火寬度為W1、W3，激光束沿著平行于齒輪軸線方向直線掃描，完成一個齒槽表面的淬火后，齒輪轉過360°/z后再進行第二個齒槽的淬火，直至整個齒輪表面淬火結束。本發明通過調整光斑的掃描方式以及光斑的照射方向，避免了由于對齒頂齒根分別淬火而造成搭接處回火帶的產生而導致的齒輪表面淬硬層硬度不均勻的問題，從而提高齒輪表面整體硬度，縮短工時，滿足實際應用需求。

技術領域

本發明涉及激光表面改性、表面熱處理領域，具體是一種基于齒輪成形法的激光表面淬火避免回火帶的方法。

背景技術

齒輪是機械制造行業中應用廣泛的零件。為了提高齒輪的承載能力，延長使用壽命，需要對齒輪進行表面硬化處理。激光相變強化是用激光束掃描工件,使工件表層快速升溫到AC3臨界點以上,受熱層在光斑移開時,由于工件基體的熱傳導作用使溫度瞬間進入馬氏體區或貝氏體區,發生馬氏體相變或貝氏體相變,完成相變強化過程。激光具有加熱速度高，冷卻速度快，激光方向和參數可控等優點。因此將激光用于齒輪的表面處理，是齒輪硬化處理的新途徑。

然而針對齒輪齒面激光淬火方式，就目前來說由于齒輪齒廓的形狀較為復雜, 激光束很難在一次掃描中將整個齒面全部淬硬。只有激光束對每一齒面的齒頂及齒根掃描一次，才能使整個齒面全部淬硬。由于兩次掃描帶的搭接區為二次淬火區域，附近會出現一定程度的回火而形成回火帶，而一旦形成回火帶，就會降低齒輪表面局部的硬度，使得齒面的淬硬硬度分布不均勻，影響產品質量。另外，如采用周向連續掃描的方法（即齒輪連續轉動,光斑軸向移動,在齒面上形成螺旋形間隔硬化帶），則會存在幾個主要問題：1）在齒面上形成了硬化帶之間的窄小回火區，回火帶的硬度比硬化帶的硬度低10HRC左右；2）光斑從齒根移動到齒頂的過程中，功率密度逐漸增強，如果激光參數和掃描運動參數選擇不當，則齒頂部分容易燒熔，并且齒輪的模數越大，這種情況越顯著；3）采用周向連續掃描的最佳強化點很難控制在最需要強化的位置上。所以開發一種新型的針對齒輪表面激光淬火時避免產生回火帶的方法對齒輪齒面的激光表面硬化以及齒輪表面質量的提高具有重要的意義。

發明內容

為了在齒輪表面進行激光淬火時避免回火帶的產生，本發明提供了一種通過改變光斑及激光束的掃描方式，從而避免了由于對齒頂齒根分別淬火而造成搭接處回火帶的產生而導致的降低齒輪表面淬硬層硬度的問題的基于齒輪成形法的激光掃描和淬火的方法。

本發明的技術方案：一種基于齒輪成形法的激光表面淬火避免回火帶的方法，步驟如下：采用三束激光束同時垂直照射齒輪第一個齒槽的齒根與齒面，利用大光斑高能量，同時對齒輪齒根與齒面進行加熱，齒根淬火的寬度為W2，兩個齒面淬火寬度為W1、W3，激光束沿著平行于齒輪軸線方向直線掃描，完成一個齒槽表面的淬火后，齒輪轉過360°/z后再進行第二個齒槽的淬火，直至整個齒輪表面淬火結束。

優選地，三束激光束的光斑均為長條狀光斑，照射寬度與齒根齒面淬火的寬度等同，分別為W1、W2、W3，照射角度與齒根齒面始終保持垂直。

優選地，成形法齒輪激光淬火方式為一次完成，從而避免了分別對齒頂和齒根淬火時的搭接區域形成的回火帶，使淬硬層能夠很好地沿著齒輪表面均勻分布。

優選地，該方法適用于齒輪、花鍵齒形表面的激光淬火。

本發明利用三道激光束同時照射齒輪的底部和兩個側面，同時采用長條狀大光斑（光斑長度等同于齒底和齒面的寬度），并且沿著平行于齒輪軸線方向掃描，使得齒輪的底部和側邊齒面同時加熱，從而避免了分別對齒根齒頂兩次淬火而產生的回火帶。

本發明具有如下特點：