齒輪模具激光表面強(qiáng)化技術(shù)是指在數(shù)控環(huán)境下耀即，利用高能量密度的激光束和涂料或熔覆材料對(duì)齒輪或模具表面進(jìn)行處理竭豺，改變其表層的組織或成分，實(shí)現(xiàn)表面相變強(qiáng)化或增強(qiáng)性修復(fù)的技術(shù)藻着。

　　激光相變強(qiáng)化的金屬材料學(xué)

　　所謂激光相變強(qiáng)化裤魔，是用激光束掃描工件，使工件表層快速升溫到Ac3臨界點(diǎn)以上奔豫，受熱層在光斑移開(kāi)時(shí)戚吕，由于工件基體的熱傳導(dǎo)作用使溫度舜間進(jìn)入馬氏體區(qū)或貝氏體區(qū)，發(fā)生馬氏體相變或貝氏體相變袄洁，完成相變強(qiáng)化過(guò)程员漩。

　　相變強(qiáng)化工藝具有表面質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)不同材質(zhì)晤泌、工件熱容量大小逝淹、以及激光處理工藝參數(shù)的不同，實(shí)現(xiàn)硬度桶唐、強(qiáng)化層深度可控栅葡。在傳統(tǒng)熱處理工藝中影響強(qiáng)化效果的技術(shù)因素，在激光相變強(qiáng)化中所起的作用發(fā)生了很大變化尤泽。

　　1.彌散強(qiáng)化和畸變強(qiáng)化

　　激光相變強(qiáng)化形成奧氏體欣簇，當(dāng)停止激光照射，金屬表面發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變坯约。在此工藝環(huán)境下形成的奧氏體熊咽，不管是表層，還是里層闹丐，奧氏體晶粒都沒(méi)有孕育長(zhǎng)大的機(jī)會(huì)横殴。彌散的奧氏體晶粒，形成彌散的馬氏體相或貝氏體相卿拴，使組織具有晶格強(qiáng)化的同時(shí)具有彌散強(qiáng)化效果衫仑。而且，在激冷條件下形成的馬氏體晶格堕花，比常規(guī)淬火有更高的缺陷密度满戒。與此同時(shí)枚从，殘余奧氏體也獲得極高的位錯(cuò)密度，使金屬材料具有畸變強(qiáng)化效果癣垛，強(qiáng)度大大提高泊铸。

　　2.無(wú)氧化脫碳淬火

　　在傳統(tǒng)熱處理中，工件在加熱過(guò)程如沒(méi)有保護(hù)措施瞻坊，便會(huì)發(fā)生氧化、脫碳現(xiàn)象愧棋，使工件的硬度兼峻、耐磨性、使用性能和使用壽命降低罗和。
激光相變強(qiáng)化所使用的吸光涂料具有保護(hù)工件表面免遭氧化的性能神深。

　　3.激光強(qiáng)化的抗疲勞機(jī)理

　　影響金屬材料抗疲勞性能的原因之一是疲勞裂紋的萌生時(shí)間。磨損和疲勞在材料損傷過(guò)程中交互促進(jìn)功哮，磨損溝痕可成為疲勞裂紋的萌生點(diǎn)仅谍，加速疲勞裂紋的萌生，材料表面出現(xiàn)疲勞裂紋后援奢，表面粗糙度嚴(yán)重惡化兼犯，磨損也將加劇。

　　激光強(qiáng)化層具有較強(qiáng)的抗塑性變形和抗粘著磨損能力集漾。

　　4.等強(qiáng)工作層

　　常規(guī)熱處理的冷卻方向是由表及里切黔，表面的冷卻速度最快，由表及里冷卻速度逐漸降低具篇，所以得到了由表及里硬度值下降的梯度分布纬霞。

　　激光相變強(qiáng)化的加熱方向雖然也相同，但表面溫度較高驱显，而且加熱時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)诗芜，可達(dá)0.2～0.25s，而里層奧氏體化則是舜間完成埃疫，使得表層奧氏體中有更高的碳濃度伏恐，有更強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效果。激光淬火冷卻方向卻與常規(guī)熱處理相反熔恢，是由里及表脐湾，里層溫度雖低，但冷卻速度最快叙淌，外層溫度雖高隶秒，有固溶強(qiáng)化優(yōu)勢(shì)，但冷卻速度最慢摆咽，雖然里層碳濃度稍低媒敲，但畸變強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化更強(qiáng)烈汇凌。這樣在硬化層內(nèi)就形成了幾乎不變的硬度值分布。

　　激光強(qiáng)化件等強(qiáng)工作層避免了常規(guī)熱處理件一旦表面出現(xiàn)磨損透鹊，其磨損速度便加速的現(xiàn)象蚪教。

　　齒輪激光相變強(qiáng)化工藝技術(shù)

　　1.材料問(wèn)題

　　激光齒輪宜采用中碳鋼，不宜采用低碳鋼召期。如果采用低碳鋼畅镐，齒輪的基體將沒(méi)有強(qiáng)度保證，降低彎曲疲勞強(qiáng)度编漆。

　　2.原始狀態(tài)

　　激光齒輪的最佳原始狀態(tài)是調(diào)質(zhì)狀態(tài)践桂，具體操作可與齒輪毛坯鍛造后的消除應(yīng)力熱處理相結(jié)合。鍛坯正火加高溫回火獲得激光齒輪所希望的調(diào)質(zhì)狀態(tài)跌蛔，是低成本之路级汹。

　　3.掃描方式

　　激光齒輪的掃描方式主要有周向連續(xù)掃描，軸向分齒掃描盒卸。

　　4.齒輪激光強(qiáng)化的預(yù)處理技術(shù)

　　合適的預(yù)處理劑是保證齒輪激光強(qiáng)化處理的關(guān)鍵之一,一直以來(lái)也是激光加工的難點(diǎn)問(wèn)題骗爆。合理適用的預(yù)處理劑和處理工藝，可以防止齒輪表面的淬火裂紋蔽介，降低表面燒損敏感性,保證激光處理后齒面精度,增加淬硬層厚度摘投。

　　5.無(wú)搭接技術(shù)和離焦差異問(wèn)題

　　由于齒輪工況要求，齒輪表面硬化層要求沿齒廓合理分布屉佳，而齒輪的形狀特殊谷朝，另外齒輪節(jié)圓面不能有淬火帶搭接，因此需要專用寬帶聚焦系統(tǒng)武花。

　　此外,由于激光束對(duì)齒面的照射不能保證齒面不同部位均有相同的離焦量圆凰，選擇焦點(diǎn)的照射位置是保證齒面硬度分布合理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　6.激光齒輪的性能

　　激光齒輪的性能主要是三方面：疲勞性能体箕；如果激光齒輪和調(diào)質(zhì)齒輪均未發(fā)現(xiàn)有斷齒現(xiàn)象专钉，證明其具有較高的抗彎曲疲勞性能；耐磨性能累铅；使用性能跃须。

　　模具材料替代技術(shù)

　　金屬材料激光表面強(qiáng)化技術(shù)可用于金屬材料的表面強(qiáng)化，解決整體強(qiáng)化和其他表面強(qiáng)化手段難以克服的矛盾禽岭；也可用于金屬材料的表面改性诉抱，獲得低等級(jí)材料的高性能表層。激光表面強(qiáng)化技術(shù)引發(fā)的模具材料替代技術(shù)為降低模具制造成本開(kāi)辟新途徑艘励。

　　1.冷作模具的材料替代技術(shù)

　　冷作模具要求材料具有強(qiáng)度聂闺、韌性、耐磨唆痪、抗疲勞和咬合抗力性能咨捕。

　　冷作模具采用中高碳碳素鋼闰收、低合金鋼或鑄鐵經(jīng)激光相變強(qiáng)化后代替用傳統(tǒng)工藝的高等級(jí)材料，存在廣泛的技術(shù)應(yīng)用空間础川。雖然冷作模具廣泛采用的高合金鋼具有合金碳化物的獨(dú)特耐磨效果，但是激光相變強(qiáng)化因其彌散強(qiáng)化韵绿、畸變強(qiáng)化狂篇、加工過(guò)程和熱處理過(guò)程無(wú)氧化無(wú)脫碳和具有等強(qiáng)工作層，可以彌補(bǔ)高合金鋼具有的合金碳化物的耐磨效果略裹。因而激光強(qiáng)化的工藝靈活優(yōu)勢(shì)在材料替代技術(shù)領(lǐng)域可得到更廣泛應(yīng)用竟坛。

　　塑料模具的工作溫度在350℃以下時(shí)具有冷作模具相同的材料替代技術(shù)空間。

　　2.熱作模具的材料替代技術(shù)

　　熱作模具材料除了要求具有強(qiáng)度、韌性涎跨、耐磨、抗疲勞和咬合抗力性能外撞牢，對(duì)紅硬性和抗回火性能有特殊要求屋彪。因而用低材質(zhì)激光相變強(qiáng)化代替不了高合金鋼所具有的抗高溫性能。模具再制造技術(shù)和激光熔覆可使碳素鋼绒尊、低合金鋼或鑄鐵具有抗高溫性能畜挥。

　　塑料模具的工作溫度在400℃以上時(shí)可用熱作模具相同的材料替代技術(shù)。

　　3.鑄鐵模具

　　鑄鐵模具的強(qiáng)化潛力取決于基體組織是否是珠光體婴谱。如果基體組織有太多的鐵素體，將降低材料的淬硬性决太，所以鑄鐵模具的材料替代以提高強(qiáng)化潛力為目標(biāo)蓉厕。以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，球墨鑄鐵需選QT600以上晴灿，蠕墨鑄鐵需選RT380以上杉漓，灰口鑄鐵需選HT200以上的牌號(hào)。目前市場(chǎng)大量存在HT150模具社芳，這類模具采用相變強(qiáng)化效果不佳沐喘。

　　齒輪和模具的再制造技術(shù)

　　在齒輪或模具損壞或缺陷部位采用激光熔覆工藝熔覆特定的合金材料，使其與基體金屬材料形成良好的冶金結(jié)合蘑劲，這種修復(fù)處理不僅僅對(duì)齒輪或模具形貌進(jìn)行修補(bǔ)虹限，而且提高了修復(fù)部位的性能檀巡，是一種增強(qiáng)型修復(fù)。目前把這種業(yè)已用于齒輪和模具修復(fù)的激光表面熔覆稱為齒輪或模具的再制造技術(shù)彭薪。

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