CN103498151A

CN103498151A - 一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法

Info

Publication number: CN103498151A
Application number: CN201310396994.9A
Authority: CN
Inventors: 季永清; 钱志强
Original assignee: Jiangsu Next Illuminate Energy Science And Technology Development Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Next Illuminate Energy Science And Technology Development Co Ltd
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2014-01-08

Abstract

本发明公开了一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法，所述方法如下：1）以同轴送粉的方式，将一种陶瓷合金粉末熔覆在蜗杆表面，通过激光束的扫描使粉末材料与蜗杆表面同时熔化，混合液体合金在室温下通过空冷快速凝固，从而形成一层合金熔覆层。2）通过机械加工方式，使熔覆层的表面达到蜗杆的工作要求。通过该激光熔覆方法有以下优点：熔覆后的蜗杆具有较强的耐磨性、硬度、抗疲劳强度，较小的热变形。

Description

一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法

技术领域

在本发明涉及的是一种激光熔覆的方法，具体的说，是一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法。

背景技术

激光具有高亮度、高方向性、高单色性、高相干性的特点，现在正被越来越多的领域所使用，激光熔覆就是表面处理技术中的一种。概括的说，激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金属材料表面，基材表面被迅速融化，液态的金属形成一个小规模的熔池，同时填注新的粉末材料，在这个熔池中，原本的金属材料与被添加的粉末相互混合，形成一层新的液态金属层。待激光光束经过以后，液态金属层迅速冷却由此在金属表面形成一层固态的熔覆层。激光熔覆可及大的改变该关键部位的金属性能，如硬度、耐磨性、耐热性、抗腐蚀性等。

蜗杆与蜗轮配合用于传递交错轴之间的运动和动力，蜗杆长期使用过程中容易出现变形、磨损等现象。为了提高蜗杆的耐磨性、强度和硬度，一般采用价格昂贵的高性能合金制作蜗杆，造成蜗杆的成本大大提高，此类蜗杆的实用性能就大大降低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法。使得熔覆后的蜗杆具有较强的耐磨性、硬度、抗疲劳强度，较小的热变形。

为了达到上述的目的，本发明提供的一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法进行下列步骤:

一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法，所述的方法进行下列步骤:

a．对蜗杆的表面进行预处理；

b．预制合金粉末；

c．将钴基陶瓷合金粉末在方形光斑和一定的线速度条件下采用光纤激光器将合金粉末熔覆在蜗杆的表面，熔覆过程中采用惰性气体对熔覆部位进行保护，然后在室温下通过空冷形成一层合金熔覆层；

d．后期机加工：利用机械加工的方法将上述的合金熔覆层的表层去除即可加工出表面带有合金熔覆层的蜗杆。

上述的步骤c由于蜗杆在工作时受到扭力和支撑力，所以激光束采用的是轴向和螺旋运动方式的加工走向；采用同轴送粉的方式对蜗杆表面进行熔覆，激光束与蜗杆表面间的交角为83°-87°。

上述的步骤b钴基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量为：包含12-14%碳化钛，0.1-0.3%碳，3-6%氟化钙，3-5%氮化硅，4-5%硼，3-5%硅，0.8-1.3%钒，6-7%铁，18-21%钼，余量为钴基，以上材料均为100-200目的金属合金粉末。

上述经过光路调制成方形光斑，其行走的的方向呈85°，激光能量比较均匀。

上述的光斑直径为4-6mm的方形光斑，激光扫描的速度为6-10mm/s，搭接率为30-40%，送粉速度为40-50g/min，光纤激光器的功率为1500～2500W。

上述的光斑直径为2-6mm的方形光斑，激光扫描的速度为6-10mm/s，搭接率为30-40%，送粉速度为40-50g/min，二氧化碳激光器的功率为2500～4000W。

上述的惰性气体为氮气、氩气或氦气，其作用是对熔覆部位进行保护。

上述的步骤d后期机加工:对蜗杆的表面精度、外形尺寸以及未符合要求的表面进行后期机加工，使之达到工作及装配要求，该加工方法为精加工磨削工艺。

上述的步骤a预处理包括去除蜗杆表面的油污、杂质和铁锈。

上述的熔覆层厚度为0.5-3mm。

该激光熔覆方法所获得的有益效果为：

1）蜗杆表面获得了较高的熔覆后的蜗杆具有较强的耐磨性、硬度、抗疲劳强度，延长了铰刀的使用寿命。

2）激光激光熔覆后的蜗杆，具有良好的内部组织结构，致密性好。

3）铰刀刀头能够一次成型使用。

5）降低了生产成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明提供的一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法进行详细说明。

实施例1：

1）在室温下对蜗杆表面进行丙酮除油及杂质处理；

2）选用数控机床作为工作台；

3）预制粉末：选用的钴基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量为12%的碳化钛，0.1%的碳，3%的氟化钙，3%的氮化硅，4%的硼，3%的硅，0.8%的钒，6%的铁，18%的钼，余量为钴。将蜗杆装夹在工作台上并随之转动，工作台的转速为250r/min，直径为4mm的高能激光束（即光斑），搭接率为30%，通过光纤激光发生器与机器人***同轴轴向移动，保持激光束到齿槽的距离一致，激光束与齿槽的角度为83°，配合蜗杆的旋转运动，实现激光束在齿槽的一道一道螺旋式的精确扫描，扫描速度为6mm/s，扫描过程中，使用功率为1500W的光纤激光器，激光束照射到齿槽，使齿槽表面熔化（熔化厚度约0.2mm），同时将自动同轴送粉***提供的钴基陶瓷合金粉末材料熔化，在熔化过程中选用氮气对熔化部位进行保护，两部分液态合金搅拌在一起，待激光束离开后，混合液体合金在室温下通过空冷快速凝固，形成一层合金熔覆层；熔覆层厚度为0.5mm，送粉量为40g/min；

4）检查熔覆层表面有无气孔裂纹等缺陷；

5）将熔覆后的蜗杆进行回火处理，防止热裂纹产生，同时去除了内应力；

6）对熔覆层进行后期加工，利用铣削等机械加工的方法去除多余的表层，以此来保证蜗杆的外形尺寸，采用精加工方式使齿槽的表面粗糙度达到装配和工作要求，加工过的表面应光滑无毛刺；

7）由于齿槽是与涡轮的凸齿装配在一起，承受很大的支撑力和扭转应力，齿槽表面不允许有任何缺陷，所以齿槽表面需要经过荧光探伤，此探伤是一种无损检测方法；

8）对蜗杆进行表面清洗，蜗杆清洗后将其吹干并浸上防锈油，做好防尘工作。

实施例2：

1）在室温下对蜗杆表面进行丙酮除油及杂质处理；

2）选用数控机床作为工作台；

3）预制粉末：选用的钴基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量为14%的碳化钛，0.3%的碳，6%的氟化钙，5%的氮化硅，5%的硼，5%的硅，1.3%的钒，7%的铁，21%的钼，余量为钴。将蜗杆装夹在工作台上并随之转动，工作台的转速为250r/min，直径为6mm的高能激光束（即光斑），搭接率为60%，通过光纤激光发生器与机器人***同轴轴向移动，保持激光束到齿槽的距离一致，激光束与齿槽的角度为87°，配合蜗杆的旋转运动，实现激光束在齿槽的一道一道螺旋式的精确扫描，扫描速度为9mm/s，扫描过程中，使用功率为2500W的二氧化碳激光器，激光束照射到齿槽，使齿槽表面熔化（熔化厚度约0.2mm），同时将自动同轴送粉***提供的钴基陶瓷合金粉末材料熔化，在熔化过程中选用氮气对熔化部位进行保护，两部分液态合金搅拌在一起，待激光束离开后，混合液体合金在室温下通过空冷快速凝固，形成一层合金熔覆层；熔覆层厚度为3mm，送粉量为50g/min；

4）检查熔覆层表面有无气孔裂纹等缺陷；

Claims

1. 一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法，所述的方法进行下列步骤:

a．对蜗杆的表面进行预处理；

b．预制合金粉末；

d．后期机加工。

2.如权利要求1中所述的一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的步骤c由于蜗杆在工作时受到扭力和支撑力，所以激光束采用的是轴向和螺旋运动方式的加工走向；采用同轴送粉的方式对蜗杆表面进行熔覆，激光束与蜗杆表面间的交角为83°-87°。

3.如权利要求1-2中所述的一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的步骤b钴基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量为：包含12-14%碳化钛，0.1-0.3%碳，3-6%氟化钙，3-5%氮化硅，4-5%硼，3-5%硅，0.8-1.3%钒，6-7%铁，18-21%钼，余量为钴基，以上材料均为100-200目的金属合金粉末。

4.如权利要求1-3中所述的一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述经过光路调制成方形光斑，其行走的的方向呈85°，激光能量比较均匀。

5.如权利要求1-4中所述的一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的光斑直径为4-6mm方形光斑，激光扫描的速度为6-10mm/s，搭接率为30-40%，送粉速度为40-50g/min，光纤激光器的功率为1500-2500W。

6.如权利要求1-4中所述的一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的光斑直径为2～6mm的方形光斑，激光扫描的速度为6-10mm/s、，搭接率为30-40%、，送粉速度为40-50g/min，二氧化碳激光器的功率为2500～4000W。

7.如权利要求1-6中所述的一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的惰性气体为氮气、氩气或氦气，其作用是对熔覆部位进行保护。

8.如权利要求1中所述的一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的步骤d后期机加工:对蜗杆的表面精度、外形尺寸以及未符合要求的表面进行后期机加工，使之达到工作及装配要求，该加工方法为精加工磨削工艺。

9.如权利要求1中所述的一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法，其特征在于：所述的步骤a预处理包括去除蜗杆表面的油污、杂质和铁锈。

10.如权利要求1-9所述的一种用于蜗杆表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述的熔覆层厚度为0.5-3mm。