CN104294011B - 内孔激光淬火头及淬火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内孔激光淬火头及淬火方法，本发明中的激光束经过准直镜片后，经过第一全反镜片和全反聚焦镜片形成环形激光束，进入需要淬火的内孔零件中，经过内孔零件中的第二全反镜片，将环形激光束照射在内孔零件内壁上，从而达到内孔零件内壁圆周上同时激光淬火的目的。内孔移动设备7与外部激光淬火头运动一致。

Description

内孔激光淬火头及淬火方法
技术领域
本发明涉及激光淬火领域，具体地说是一种内孔激光淬火头及其淬火方法。
背景技术
激光淬火技术是利用高能量的激光热源将材料表面瞬间加热到相变温度点以上，随着材料冷却到相变温度点以下，奥氏体组织转变为马氏体组织，从而使材料表面发生硬化的一种方法。
采用激光淬火技术工艺周期短，工件变形小，工作环境洁净，处理后不需要进一步机加工，特别适合高精度要求的零件表面处理，是一种绿色环保淬火工艺。
目前由于激光头尺寸的局限性，在小直径的内孔壁上不可能实现激光淬火。因此小直径的内孔目前多为不淬火，降低了使用零件的寿命；或采用整个零件的全淬火，提高了生产成本。
发明内容
发明目的：本发明提供一种内孔激光淬火头及淬火方法，其目的是解决以往小直径内孔壁无法实现激光淬火工艺的问题及整个零件的全淬火生产成本高的问题。其提高了内孔激光淬火的效率。
技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：
一种内孔激光淬火头，其特征在于：该淬火头包括激光淬火头壳体、准直镜片、第一全反镜片、全反聚焦镜片和第二全反镜片；准直镜片、第一全反镜片和全反聚焦镜片均设置在激光淬火头壳体内，准直镜片设置在激光淬火头壳体上端的激光束入口处，第一全反镜片为圆锥形镜片，其设置在准直镜片的下端，顶角对着准直镜片的激光束的中心位置；全反聚焦镜片设置在第一全反镜片的侧面，该全反聚焦镜片为内倾斜的镜片，该内倾斜的镜片的倾斜方向与第一全反镜片的侧壁倾斜方向一致；全反聚焦镜片的内倾斜镜面对应第一全反镜片的斜镜面；第二全反镜片设置在内孔零件内的内孔移动设备上，第二全反镜片为顶角朝上的圆锥形镜面，其镜面与全反聚焦镜片的内斜镜面对应，经过全反聚焦镜片反射的激光束能辐射到第二全反镜片上。
第一全反镜片设置在环形全透玻璃镜片上。
利用上述的内孔激光淬火头所实施的内孔激光淬火方法，其特征在于：
该方法具体步骤如下：
（1）预处理内孔零件内表面，将其表面的油污和杂质清洗干净；
（2）将内孔零件固定在夹具上，主体激光淬火头位于内孔零件一侧，带有第二全反镜片的内孔移动设备置于内孔零件中，调节主体激光淬火头和内孔移动设备的距离；
（3)选好内孔零件需要淬火的工艺参数，保持内孔移动设备和主体激光淬火头同步运动；
（4）使激光束经过激光淬火头壳体内的准直镜片发射到第一全反镜片上，通过第一全反镜片的斜边镜面打到全反聚焦镜片的内倾斜斜边镜面上，进而通过全反聚焦镜片的反射使激光束形成环形桶状激光束照射至第二全反镜片的镜面上，通过第二全反镜片将激光束辐射在内孔零件的内孔壁上，激光淬火头移动，直至激光处理完内孔壁的待处理区域；
（5）激光束停止辐射，激光淬火头停止运动，同时取出内孔壁中的激光淬火头部分；
（6）将夹具上的内孔零件取下，完成一个工作周期。
优点及效果：本发明提供一种内孔激光淬火头及淬火方法，本发明中的激光束经过准直镜片后，经过第一全反镜片和全反聚焦镜片形成环形激光束，进入需要淬火的内孔零件中，经过内孔零件中的第二全反镜片，将环形激光束照射在内孔零件内壁上，从而达到内孔零件内壁圆周上同时激光淬火的目的。内孔移动设备7与外部激光淬火头运动一致。
其有益效果是：
1.本发明提出的内孔激光淬火头可实现小直径内孔壁淬火，处理后表面不需要进一步机加工。
2.该内孔激光淬火头将产生一个环形激光束,用环形激光束进行淬火，在内孔零部件的圆周上实现同时淬火的目的，改变了以往的激光束在圆周上扫描一周的淬火方法，提高了生产效率。
3.内孔壁经激光淬火后，内孔壁表面一定深度层发生硬化，有效提高耐磨性，减少零件更换周期，降低生产成本。
4.在本发明的装置中，主体激光头沿小孔轴向方向运动，带有全反镜片Ⅱ的内孔移动设备在内孔中运动，且两者的运动轨迹集成到数控系统中，可实现自动化生产过程。
5.与常规淬火方法相比，工艺简便、节省能源及绿色环保。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：
如图1所示，本发明涉及一种内孔激光淬火头，该淬火头包括激光淬火头壳体5、准直镜片2、第一全反镜片3、全反聚焦镜片4和第二全反镜片6；准直镜片2、第一全反镜片3和全反聚焦镜片4均设置在激光淬火头壳体5内，准直镜片2设置在激光淬火头壳体5上端的激光束1入口处，第一全反镜片3为圆锥形镜片，其设置在准直镜片2的下端，顶角对着准直镜片2的激光束1的中心位置；全反聚焦镜片4设置在第一全反镜片3的侧面，该全反聚焦镜片4为内倾斜的镜片，该内倾斜的镜片的倾斜方向与第一全反镜片3的侧壁倾斜方向一致；全反聚焦镜片4的内倾斜镜面对应第一全反镜片3的斜镜面；第二全反镜片6设置在内孔零件8内的内孔移动设备7上，第二全反镜片6为顶角朝上的圆锥形镜面，其镜面与全反聚焦镜片4的内斜镜面对应，经过全反聚焦镜片4反射的激光束能辐射到第二全反镜片6上。
第一全反镜片3设置在环形全透玻璃镜片上。
利用上述的内孔激光淬火头所实施的内孔激光淬火方法，该方法具体步骤如下：
（1）预处理内孔零件内表面，将其表面的油污和杂质清洗干净；
（2）将内孔零件固定在夹具上，主体激光淬火头位于内孔零件一侧，带有第二全反镜片6的内孔移动设备7置于内孔零件中，调节主体激光淬火头和内孔移动设备的距离；
（3)选好内孔零件需要淬火的工艺参数，保持内孔移动设备和主体激光淬火头同步运动；
（4）使激光束1经过激光淬火头壳体5内的准直镜片2发射到第一全反镜片3上，通过第一全反镜片3的斜边镜面打到全反聚焦镜片4的内倾斜斜边镜面上，进而通过全反聚焦镜片4的反射使激光束形成环形桶状激光束照射至第二全反镜片6的镜面上，通过第二全反镜片6将激光束辐射在内孔零件的内孔壁上，激光淬火头移动，直至激光处理完内孔壁的待处理区域；
（5）激光束停止辐射，激光淬火头停止运动，同时取出内孔壁中的激光淬火头部分；
（6）将夹具上的内孔零件取下，完成一个工作周期。
本发明应用激光淬火工艺实现内孔壁淬火，其通过调节带有第二全反镜的内孔移动设备和载有主体内孔激光淬火头的移动装置，可实现内孔壁在高效下完成淬火工艺。本发明提高了内孔壁的硬度，显著增加了内孔壁的耐磨性。
该方式可用于CO2气体激光器、YAG激光器、半导体激光器、光纤激光器及碟片激光器。

Claims (3)

1.一种内孔激光淬火头，其特征在于：该淬火头包括激光淬火头壳体（5）、准直镜片（2）、第一全反镜片（3）、全反聚焦镜片（4）和第二全反镜片（6）；准直镜片（2）、第一全反镜片（3）和全反聚焦镜片（4）均设置在激光淬火头壳体（5）内，准直镜片（2）设置在激光淬火头壳体（5）上端的激光束（1）入口处，第一全反镜片（3）为圆锥形镜片，其设置在准直镜片（2）的下端，顶角对着准直镜片（2）的激光束（1）的中心位置；全反聚焦镜片（4）设置在第一全反镜片（3）的侧面，该全反聚焦镜片（4）为内倾斜的镜片，该内倾斜的镜片的倾斜方向与第一全反镜片（3）的侧壁倾斜方向一致；全反聚焦镜片（4）的内倾斜镜面对应第一全反镜片（3）的斜镜面；第二全反镜片（6）设置在内孔零件（8）内的内孔移动设备（7）上，第二全反镜片（6）为顶角朝上的圆锥形镜面，其镜面与全反聚焦镜片（4）的内斜镜面对应，经过全反聚焦镜片（4）反射的激光束能辐射到第二全反镜片（6）上。
2.根据权利要求1所述的内孔激光淬火头，其特征在于：第一全反镜片（3）设置在环形全透玻璃镜片上。
3.利用权利要求1所述的内孔激光淬火头所实施的内孔激光淬火方法，其特征在于：
该方法具体步骤如下：
（1）预处理内孔零件内表面，将其表面的油污和杂质清洗干净；
（2）将内孔零件固定在夹具上，主体激光淬火头位于内孔零件一侧，带有第二全反镜片（6）的内孔移动设备（7）置于内孔零件中，调节主体激光淬火头和内孔移动设备的距离；
（3)选好内孔零件需要淬火的工艺参数，保持内孔移动设备和主体激光淬火头同步运动；
（4）使激光束（1）经过激光淬火头壳体（5）内的准直镜片（2）发射到第一全反镜片（3）上，通过第一全反镜片（3）的斜边镜面打到全反聚焦镜片（4）的内倾斜斜边镜面上，进而通过全反聚焦镜片（4）的反射使激光束形成环形桶状激光束照射至第二全反镜片（6）的镜面上，通过第二全反镜片（6）将激光束辐射在内孔零件的内孔壁上，激光淬火头移动，直至激光处理完内孔壁的待处理区域；
（5）激光束停止辐射，激光淬火头停止运动，同时取出内孔壁中的激光淬火头部分；
（6）将夹具上的内孔零件取下，完成一个工作周期。
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