CN104388929A

CN104388929A - 一种双光束激光熔覆刀具的加工方法

Info

Publication number: CN104388929A
Application number: CN201410700926.1A
Authority: CN
Inventors: 任远; 李达; 严志平; 林培晨; 林学春
Original assignee: JIANGSU ZKSX LASER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU ZKSX LASER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2015-03-04

Abstract

本发明公开了一种双光束激光熔覆刀具的加工方法，利用激光分束镜将激光分为能量相等的两束激光，经聚焦镜分别聚焦后同时作用于刀具基材两侧凹槽内，利用旁轴送粉嘴将高硬度铁基合金粉送至焦点处进行熔覆，达到设定的宽度、厚度要求。本发明，激光加工效率相对常规的刀具制造技术可提高20倍，操作方便，自动化程度高，双光束同时对刀具基材两侧熔覆，确保在熔覆的过程中无需复杂的夹具，刀具基材熔覆后几乎无变形。

Description

一种双光束激光熔覆刀具的加工方法

技术领域

本发明涉及一种双光束激光熔覆刀具的加工方法，属于激光加工技术领域。

背景技术

刀具行业是整个机械制造行业的基础产业，先进的切削工具是生产优质、高效、低耗刀具的必要条件和保证，一般来讲，刀具的材料及刃口的加工方式对其耐用度、加工效率、加工质量影响很大，因此刀具材料的选用和刃口的加工方式显得尤为重要。

激光熔覆技术是一种新兴的表面强化技术，利用这种技术在刀具基材表面添加熔覆材料，并利用高能量密度的激光使其与刀具表面一起熔化，并快速凝固结晶形成高硬度涂层，从而提升刀具的自身性能。但在实际加工过程中，激光熔覆并未在刀具生产中得到广泛应用，其关键原因有两个：一是由于激光能量密度较高的原因，在对刀具进行激光熔覆的过程中往往导致刀具基材产生形变，对刀具外观产生很大影响；二是由于粉末材料及工艺问题，熔覆层易断裂，综合熔覆效率偏低，限制了该技术在刀具领域内的实际应用。因此寻求一种稳定高效的激光熔覆刀具的方法成为了该领域研究人员一直追寻的目标。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种双光束激光熔覆刀具的加工方法，该方法利用激光分束镜将一束激光分为两束，同时经聚焦镜聚焦后作用于刀具基材两侧凹槽内，利用旁轴送粉嘴将粉末送至两焦点处进行熔覆。该方法中采用两束激光同时熔覆，避免了单侧熔覆产生热变形的影响，降低熔覆过程中的温度梯度对基材的影响，从而可以在高效率的条件下获得高质量的刀刃涂层。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种双光束激光熔覆刀具的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、对基材表面进行除油除锈等处理，基材为碳钢；

2）、采用具有定分光比的激光器，其激光分束镜将一束激光分成两束，同时聚焦后作用于基材两侧的凹槽内；

3）、利用旁轴送粉嘴将粉末送至基材两侧凹槽的焦点处进行熔覆，两束激光熔化基材表面和高硬度铁基合金粉末，并在机械臂的作用下向前移动；

4）、两侧道同时熔覆完后，检查涂层是否达到设定的宽度、厚度要求，若未达标，沿与激光扫描垂直的方向调整机械臂，移动距离为光斑直径的50%~80%，然后重复上述步骤，直到涂层精度达到要求。

所述的步骤1）中，两束激光同时对刀具基材两侧进行熔覆，两个激光熔覆头夹角为60°。

所述的步骤2）中，激光器为全固态光纤激光器，激光分束镜为光面抛光的K9玻璃，分光比50%：50%，分光后两束激光的功率为1300~1400W，两束激光经聚焦后在基材表面的光斑直径为2~3mm，两个光斑中心间距为5mm~10mm。

所述的步骤3）中，控制两束激光在熔覆过程中的光斑中心间距不变，为5mm~10mm; 激光扫描速度为200~250mm/min，粉末流量为30~60g/min；合金粉末掺有重量百分比为38%~43%的强化相颗粒Cr基合金粉末，使熔覆层有足够的硬度及抗磨擦性，强化相颗粒为SiC、Cr₇C₃碳化物或CrB₂硼化物，合金硬化层宽度为4~6mm，厚度为1.4~1.6mm。

所述的步骤2）或步骤3）中，两激光头间的夹角为40°~60°，送粉嘴与激光头夹角为30°~50°，如熔覆后未达到指定宽度，控制机械臂移动激光头5，确保两道次间的搭接率为50%~80%。

本发明的优点：1、激光加工效率相对常规的刀具制造技术可提高20倍，操作方便，自动化程度高，双光束同时对刀具基材两侧熔覆，确保在熔覆的过程中无需复杂的夹具，刀具基材熔覆后几乎无变形；2、刀刃涂层组织致密，无气孔和裂纹，具有超高硬度及耐磨性特点，熔覆层刃口部分显微硬度与刀具基材相比提高了2倍左右，用此方法加工的木工刀具与传统刀具加工产品相比性能有很大提高。；3、对基材要求不高，小部分区域使用高硬度铁基合金可使加工成本大幅度降低，在刀具制造及其修复行业具有广泛的应用潜力。

附图说明

图1为本发明的双光束激光熔覆刀具的装置示意图。

具体实施方式

如图1所示，在刀具基材为45号钢表面采用双光束激光熔覆的方法制备铁基合金Fe62涂层，该涂层宽度为6mm，厚度为1.48mm。

1、采用打磨机对45号钢的基材8表面进行除锈处理，然后用浓度为99%的工业酒精对表面进行擦拭去油。

2、采用定分光比50%：50%的激光分束镜2，将一束由全固态光纤激光器1发出的激光分为L1、L2两束激光，L2激光经全反镜3反射，L1、L2两束激光经光纤4、固定在机械臂10上的激光头5、焦距为200mm的聚焦透镜7后，作用在刀具基材8上，激光功率设为2800W，分到L1、L2处的能量分别为1400W，两激光头之间夹角为60°，光斑直径为3mm，两光斑间距为8mm。

3、利用旁轴送粉嘴6将粉末送至两焦点处，设定机械臂运动速度，使激光熔覆速度为220mm/min，粉末流量为60g/min，熔覆层快速凝固并结晶形成涂层9，旁轴送粉头与激光头夹角为30°。

铁基合金的化学成分以重量百分比计为C<5%, Si<1%, B< 1.8%, Cr<43%, Fe:bal，其粒度为45~109μm。

4、当激光熔覆完一道工序后检测涂层厚度是否达到要求，如没有重复上述步骤。

5、熔覆结束后观察其表面无明显形变，探伤后无裂纹。采用金相切割机取部分试样，进行打磨抛光，用无水乙醇清洗并吹干，在DHV-1000Z型数显显微维氏硬度计下测量其硬度，熔覆层刃口部分显微硬度与刀具基材相比提高了2倍左右，用此方法加工的木工刀具与传统刀具加工产品相比性能有很大提高。

本发明加工的木工刀具适用于切削各种软木、硬木等各种类型木质材料。

Claims

1.一种双光束激光熔覆刀具的加工方法，包括以下步骤：其特征在于：

1）、对基材表面进行除油除锈等处理，基材为碳钢；

2.根据权利要求1所述的一种双光束激光熔覆刀具的加工方法，其特征在于：所述的步骤1）中，两束激光同时对刀具基材两侧进行熔覆，两个激光熔覆头夹角为60°。

3.根据权利要求1所述的一种双光束激光熔覆刀具的加工方法，其特征在于：所述的步骤2）中，激光器为全固态光纤激光器，激光分束镜为光面抛光的K9玻璃，分光比50%：50%，分光后两束激光的功率为1300~1400W，两束激光经聚焦后在基材表面的光斑直径为2~3mm，两个光斑中心间距为5mm~10mm。

4.根据权利要求1所述的一种双光束激光熔覆刀具的加工方法，其特征在于：所述的步骤3）中，控制两束激光在熔覆过程中的光斑中心间距不变，为5mm~10mm; 激光扫描速度为200~250mm/min，粉末流量为30~60g/min；合金粉末掺有重量百分比为38%~43%的强化相颗粒Cr基合金粉末，使熔覆层有足够的硬度及抗磨擦性，强化相颗粒为SiC、Cr₇C₃碳化物或CrB₂硼化物，合金硬化层宽度为4~6mm，厚度为1.4~1.6mm。

5.根据权利要求1所述的一种双光束激光熔覆刀具的加工方法，其特征在于：所述的步骤2）或步骤3）中，两激光头间的夹角为40°~60°，送粉嘴与激光头夹角为30°~50°，如熔覆后未达到指定宽度，控制机械臂移动激光头5，确保两道次间的搭接率为50%~80%。