[發(fā)明專(zhuān)利]小軸的激光淬火方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811256966.6
• 申請(qǐng)日: 2018-10-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111100971A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳旭浩;王愛(ài)華;高炳獎(jiǎng);楊明燁;顏春杭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江久恒光電科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C21D1/09
• 分類(lèi)號(hào): C21D1/09;C21D9/28
• 代理公司: 杭州斯可睿專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 林元良

本發(fā)明公開(kāi)了一種小軸的激光淬火工藝，其特征在于調(diào)節(jié)激光光斑大小后，激光光斑對(duì)準(zhǔn)小軸的淬火起始部位，然后將小軸高速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速后開(kāi)啟激光器使之出光，使得小軸旋轉(zhuǎn)的周圈均達(dá)到淬火溫度，小軸旋轉(zhuǎn)后形成環(huán)形淬火光斑，在環(huán)形淬火光斑移動(dòng)方向后端具有隨動(dòng)冷卻裝置，同時(shí)使激光與小軸在軸向相對(duì)移動(dòng)，完成淬火過(guò)程。本發(fā)明的這種方法，使得小軸淬火后，能夠有合適的硬度和耐磨性，淬火層深便于控制，而且不易變形，工藝簡(jiǎn)單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熱處理工藝，特別涉及的是一種小軸的激光淬火方法。

背景技術(shù)

小軸一般泛指直徑小于20mm的細(xì)長(zhǎng)軸，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)軸、水泵上。為增強(qiáng)軸面的硬度和耐磨度，通常需要對(duì)小軸的表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。而提高軸表面的硬度和耐磨度的方法有很多，常見(jiàn)的有高頻淬火、鍍鉻、氮化、滲碳、PVD/CVD等。高頻淬火，是最常見(jiàn)的熱處理方法，由于熱輸入量大，導(dǎo)致軸變形大，需要進(jìn)行后道機(jī)加工處理，既不環(huán)保而且能耗大；鍍鉻工藝，易剝落易碎并且工藝過(guò)程不環(huán)保；氮化處理，氮化處理需要采用專(zhuān)門(mén)氮化鋼材料，這種方法成本較高，而且處理周期長(zhǎng)，易變形，也無(wú)法進(jìn)行局部處理；PVD/CVD物理或者化學(xué)氣相沉積法，而這兩種方法成本昂貴，還無(wú)法進(jìn)行普及。激光淬火是一種新型環(huán)保節(jié)能的表面熱處理方法，但目前常用激光淬火方法應(yīng)用到小軸上存在很大的局限性，一般采用螺旋軌跡淬火，受光斑的尺寸限制，需要進(jìn)行多道搭接。首先，由于激光特點(diǎn)，只有在光照射的當(dāng)下區(qū)域具有很高的溫度，照射區(qū)外通過(guò)基材快速冷卻，在前一圈淬火和后一圈淬火的搭接處由于二次加熱溫度不能達(dá)到淬火溫度而產(chǎn)生回火現(xiàn)象，導(dǎo)致整軸面的硬度不均勻；其次，由于小軸本身體積小，熱容量小，加工后期冷卻速度下降，存在硬度前后不一致的現(xiàn)象；第三，因?yàn)樾枰疃榷档退俣龋菀桩a(chǎn)生變形。國(guó)外采用一種光束整形技術(shù)，將光斑整形為環(huán)狀光斑，形成類(lèi)似高頻感應(yīng)圈的方法對(duì)軸類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行淬火，但這種激光淬火設(shè)備需要激光功率高，光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致成本太高，難以推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于背景技術(shù)存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種工藝簡(jiǎn)單而且效果好實(shí)用的小軸的淬火方法。

為此，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

小軸的激光淬火方法，其特征在于調(diào)節(jié)激光光斑大小后，激光光斑對(duì)準(zhǔn)小軸的淬火起始部位，然后將小軸高速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速后開(kāi)啟激光器使之出光，使得小軸旋轉(zhuǎn)的周圈均達(dá)到淬火溫度，小軸旋轉(zhuǎn)后形成環(huán)形淬火光斑，在環(huán)形淬火光斑移動(dòng)方向后端具有隨動(dòng)冷卻裝置，同時(shí)使激光與小軸在軸向相對(duì)移動(dòng)，完成淬火過(guò)程。

小軸的淬火層深由小軸的軸向移動(dòng)速度或光斑的大小來(lái)控制。

所述小軸的轉(zhuǎn)速大于等于5轉(zhuǎn)/秒。

產(chǎn)生激光的激光頭上具有測(cè)溫探頭，所述測(cè)溫探頭通過(guò)控制器與激光發(fā)生器連接。

本發(fā)明在淬火過(guò)程中，由于小軸軸向移動(dòng)，激光在軸向掃描作用下，其環(huán)形淬火光斑連續(xù)移動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生回火帶，其工藝非常簡(jiǎn)單，而且能夠有效提高小軸的硬度和耐磨度，激光加工時(shí)，隨動(dòng)的冷卻裝置可以迅速帶走環(huán)形光斑照射區(qū)域外的多余的熱量，解決由于小軸的體積小和熱容量不夠造成硬度低的問(wèn)題，而且淬火層深容易控制，對(duì)于小軸來(lái)說(shuō)，這種淬火工藝極易推廣。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明激光淬火設(shè)備的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的這種小軸的激光淬火方法，針對(duì)直徑為20毫米的小軸實(shí)施激光淬火，將小軸4固定在夾具上，調(diào)節(jié)激光頭2的激光光斑大小后，激光光斑對(duì)準(zhǔn)小軸的淬火起始部位，然后將小軸4高速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速后開(kāi)啟激光器使之出光，使得小軸4旋轉(zhuǎn)的周圈均達(dá)到淬火溫度，小軸4旋轉(zhuǎn)后形成環(huán)形淬火光斑，同時(shí)使激光與小軸4在軸向相對(duì)移動(dòng)，完成淬火過(guò)程。其中小軸4高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為大于或者等于5轉(zhuǎn)/秒，這種高速旋轉(zhuǎn)的小軸4，在激光的照射下，小軸表面形成一個(gè)“O”型加熱區(qū)，該“O”型加熱區(qū)就是環(huán)形淬火光斑，該區(qū)域內(nèi)的軸表面的溫度都在淬火溫度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)淬火過(guò)程。在小軸4軸向移動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于激光在軸向掃描作用下，環(huán)形淬火光斑連續(xù)移動(dòng)，因此不產(chǎn)生回火帶。在環(huán)形淬火光斑移動(dòng)方向后端具有隨動(dòng)冷卻裝置，該隨動(dòng)冷卻裝置隨著激光頭2移動(dòng)，具體的來(lái)說(shuō)，該隨動(dòng)冷卻裝置為一條冷卻水管3，該冷卻水管3隨著激光頭2同步移動(dòng)，在激光設(shè)備的工作臺(tái)6上放置水槽，在水槽內(nèi)放置水泵5，冷卻水通過(guò)水泵5泵到小軸4上，在激光將小軸淬火后，能夠迅速降溫，以保證淬火質(zhì)量。為了使得激光淬火的溫度穩(wěn)定，在激光頭2上設(shè)置了測(cè)溫探頭1，該測(cè)溫探頭1通過(guò)控制器與激光發(fā)生器連接。所述的測(cè)溫探頭1可以實(shí)時(shí)將小軸2表面的溫度發(fā)送給控制器，隨時(shí)調(diào)節(jié)激光器的出光功率，以保證小軸2表面淬火點(diǎn)溫度穩(wěn)定。本實(shí)施例中，激光光斑直徑尺寸調(diào)節(jié)為3mm，將激光功率設(shè)定為1500W，小軸的軸向移動(dòng)速度2mm/s，小軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度設(shè)置為10轉(zhuǎn)/秒，小軸的材料為2Cr13，激光淬火層深0.8mm，小軸的淬火層深由小軸的軸向移動(dòng)速度來(lái)控制，軸向移動(dòng)的速度越慢，層深越深，反之越淺；其淬火層數(shù)也可以控制光斑的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵诩す庹丈鋾r(shí)間相同的情況下，激光光斑的大小控制同樣可以達(dá)到控制淬火層深的目的。采用上述設(shè)定數(shù)據(jù)后，進(jìn)行激光淬火，其小軸的可達(dá)到表面硬度可達(dá)到450-520HV。本發(fā)明在小軸軸向移動(dòng)的過(guò)程中，相當(dāng)于在激光軸向掃描的作用下，其環(huán)形淬火光斑連續(xù)移動(dòng)，以達(dá)到完全消除回火帶的作用。這種淬火方法，當(dāng)小軸在軸向移動(dòng)到位時(shí)，便完成了淬火過(guò)程，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單，而且淬火效果好，便于應(yīng)用和推廣。