CN105907923B - 一种粉末冶金激光淬火结构和方法 - Google Patents

一种粉末冶金激光淬火结构和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种粉末冶金激光淬火结构和方法。在CNC压机上压制成形；通过1120℃在烧结炉中烧结，得到足够强度的物件；VVT链轮锁销孔热处理采用4000W光纤激光器加机械臂进行可编程激光扫描，可以获得10mm宽度的线型光束；工艺参数为：扫描速度9mm,激光输出功率2800W,保护气份6‑8m3/h。本发明利用先进的激光淬火技术来实现粉末冶金链轮局部淬火需求，同时解决了采用高频生产效率低、自动化程度不高、质量不稳定等问题。实现了大批量生产，提高了生产率、降低了产品生产成本且节能环保。

Description

一种粉末冶金激光淬火结构和方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种粉末冶金激光淬火结构和方法。
背景技术
现有技术的缺陷在于：
目前VVT链轮锁销孔热处理普边采用高频淬火方式，由于感应线圈的限制不能达到所要求的热处理硬化层，硬度有偏低现象。
发明内容
发明的目的：为了提供一种效果更好的粉末冶金激光淬火结构和方法，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。
为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：
方案一：
一种粉末冶金激光淬火结构，其特征在于，包含双工位工作台，双工位工作台的台面上中部包含分隔结构，分隔结构将台面分为两部分，两部分分别为传输部分和淬火部分，台面的两部分上各自包含承载结构，承载结构固定在台面上，承载结构下方包含伺服电机，伺服电机的电机轴上端为卡装台面，双工位工作台下方包含旋转结构，旋转结构能带动双工位工作台的台面转动。
本发明进一步技术方案在于，所述淬火部分为激光淬火部件。
本发明进一步技术方案在于，所述承载结构为旋转工位，台面分的两部分各自包含一个单独的旋转工位，旋转工位上包含卡具，卡具能将物件固定在卡装台面上。
本发明进一步技术方案在于，所述激光淬火部件为半导体激光淬火结构。
本发明进一步技术方案在于，所述传输部分包含环形的传输皮带，环形的传输皮带边侧包含机械手，所述机械手包含可转折手臂，可转折手臂端部能夹持或者套住物件并将其移动到承载结构上。
本发明进一步技术方案在于，所述分隔结构为不透光材质。
方案二：
一种粉末冶金激光淬火的方法，其特征在于，采用如上任意所述的结构，包含如下步骤；
C 0.6%；Cu 1.8%;Ni 3%;Mo 0.5%;Fe余量 ；把上述成份的粉末加入Exlube润滑剂后混合80分钟；在CNC压机上压制成形；通过1120℃在烧结炉中烧结，得到足够强度的物件；VVT链轮锁销孔热处理采用4000W光纤激光器加机械臂进行可编程激光扫描，可以获得10mm宽度的线型光束；工艺参数为：扫描速度9mm,激光输出功率2800W,保护气份6-8m3/h。
采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：激光热处理后马氏晶粒较细小，可以达到淬火深度及宽度。工艺参数稳定，生产效率高成本低等特点。把激光淬火处理应用于高性能粉末冶金链轮，可以显著提高其硬度，是扩大其应用领域的最为经济有效的途。
附图说明
为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：
图1为发明结构示意图；
图2为双工位工作台的结构示意图；
图3为承载结构的结构示意图；
图4为上料机械手结构示意图；
1.激光电源；2.机器人控制柜；3.冷却柜；4.控制柜；5.淬火机器人；6.激光头；7.双工位工作台；8.上料结构；9.料仓；10.传输带；11.分隔结构；12.承载结构；13.伺服电机；14.轴承；15电机轴；16.卡具；17.卡装台面；18.固定部分；19.机械手；20.卡装凸起；21.物件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行说明，实施例不构成对本发明的限制：
方案一：
一种粉末冶金激光淬火结构，其特征在于，包含双工位工作台，双工位工作台的台面上中部包含分隔结构，分隔结构将台面分为两部分，两部分分别为传输部分和淬火部分，台面的两部分上各自包含承载结构，承载结构固定在台面上，承载结构下方包含伺服电机，伺服电机的电机轴上端为卡装台面，双工位工作台下方包含旋转结构，旋转结构能带动双工位工作台的台面转动。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：一侧能够上料，另一侧直接进行激光淬火，互不影响，自动化程度高。
所述淬火部分为激光淬火部件。
结合图1到图4；所述承载结构为旋转工位，台面分的两部分各自包含一个单独的旋转工位，旋转工位上包含卡具，卡具能将物件固定在卡装台面上。
所述激光淬火部件为半导体激光淬火结构。
更具体的实现为：
包含德国进口4000瓦光纤激光器单元、操作光纤、水冷机组、激光淬火头、机器人系统、安全防护房、排尘系统、变位机系统、上料环形料仓、PLC电气控制系统等，可实现的激光加工工艺为激光链轮淬火，满足激光淬火加工的生产需要。
设备特点：
1、半导体直接产生激光，并采用光纤耦合后经光纤输出至淬火加工头，该头集成在机器人系统上，可实现光束的柔性加工，便于实现三维激光加工。
2、光纤激光发生器产生激光为短波激光，波长为：1070~1080nm，反射小，在金属类零部件加工过程中，其吸收率可达到35%，约为普通二氧化碳激光吸收率的两倍之多，能量利用率高，淬火效果好。
3、半导体光纤激光设备，光路封闭，使用过程中仅需对出光口保护镜片进行定期清洗和更换即可。激光器满负荷使用寿命不低于3万小时。设备稳定性较好，故障率低。
4、半导体光纤激光设备使用过程中的综合消耗较低，综合使用和维护成本费用约为二氧化碳激光设备的85%。
5、高能激光束通过光纤传导与机器人六轴系统同步移动，配合工件的旋转运动，实现激光束在工件表面的精确扫描，做到柔性淬火加工。
作为优选，激光淬火头包括投射准直系统、45度折射模块、积分聚焦模块、防尘保护模块，具有光纤连接方便、聚焦方便等特点，淬火头自带冷却水路。
具体指标如下：
l 可用于机床、机械手配置；
l 可用于光纤激光器、YAG激光器、半导体激光器；
l 最大承受激光功率：4kw
l 淬火光斑宽度：根据聚焦积分镜规格而定，本方案拟采用规格为F300mm，15×2mm 。另外，也可以配备圆形光斑的聚焦镜，以实现小孔、局部小面积的淬火；
机器人系统
l 1.本系统配备两套机器人系统，一台用于装载激光淬火头，实现激光柔性淬火；另一台用于工件的自动上下料。
l 2.系统使用的机器人为沈阳新松 10公斤6轴机器人。
旋转工作台
旋转工作平台有主±180度分度盘及两个单独旋转工位组成，每个工位上根据不同工件可以快速更换卡具，满足不同链轮产品淬火的需要。
旋转工作台主要技术指标如下：
l 水平状态最大负载为50KG
l 工作台面直径为800mm
l 旋转角度为±180°
l 双工位，上件与淬火同时进行。
l 平台配备遮光隔断，保证上下料与加工同时进行
淬火卡具
主要技术指标如下：
●具有通用性，不同工件可以通过变换卡具上定位销的位置来满足定位要求。（卡具预留不同工件定位孔）降低设备工装成本，节省更换工装时间。
●卡具具有自转功能，采用伺服电机控制，可任意角度旋转，配合机器人淬火头可满足齿轮上任意形状淬火要求。
●卡具上配有可带通水冷却的遮光板，并预制成淬火区域所需形状，通过气缸连接压紧，保证激光淬火时区域形状要求并防止对齿轮的其他部分造成损伤。
●卡具座安装光电传感器，防止无件误操作造成的卡具损坏。
本发明进一步技术方案在于，所述传输部分包含环形的传输皮带，环形的传输皮带边侧包含机械手，所述机械手包含可转折手臂，可转折手臂端部能夹持或者套住物件并将其移动到承载结构上。机械手
本设备采用机器人上料方式，机械手采用内孔加定位销方式定位，夹持靠中心孔胀紧且带凸台，防止工件掉落。机械手采用双抓手方式，下料同时上料，节省时间。双爪采用90°方向布置，以防干涉。机械手到位后通过卡具双定位销定位。
上料环形料仓
上料环形料仓主要功能如下：
●料仓采用环形循环料线式结构，可一次性储存足够量的零件，供工作站工作。
●料仓配有到位顶升装置，保证机器人每次取件同一位置（到位传感器检测工件处于取料位）。
取料工位配备视觉传感器，检测工件放置角度是否正确，以保证工件淬火部位正确。
本发明进一步技术方案在于，所述分隔结构为不透光材质。
方案二：
一种粉末冶金激光淬火的方法，其特征在于，采用如上任意所述的结构，包含如下步骤；
C 0.6%；Cu 1.8%;Ni 3%;Mo 0.5%;Fe余量 ；把上述成份的粉末加入Exlube润滑剂后混合80分钟；在CNC压机上压制成形；通过1120℃在烧结炉中烧结，得到足够强度的物件；VVT链轮锁销孔热处理采用4000W光纤激光器加机械臂进行可编程激光扫描，可以获得10mm宽度的线型光束；工艺参数为：扫描速度9mm,激光输出功率2800W,保护气份6-8m3/h。
VVT链轮锁销孔热处理采用4000W光纤激光器加机械臂进行可编程激光扫描，可以获得10mm宽度的线型光束。工艺参数为：扫描速度9mm,激光输出功率2800W,保护气份6-8m3/h。
锁销孔热处理数据对比：通过以下激光淬火数据与高频淬火数据对比我们可以看出采用10mm宽光斑进行激光扫描淬火，硬度区域比较稳定。硬度为HRC42 ～45；采用高频加热时受到感应线圈、导磁体、加热面与线圈距离等因素影响，硬度偏低且不均匀。
开创性地，以上各个效果独立存在，还能用一套结构完成上述结果的结合。
需要说明的是，本专利提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不相互制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互组合，达到多个效果共同实现。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (7)

1.一种粉末冶金激光淬火结构，其特征在于，包含双工位工作台，双工位工作台的台面上中部包含分隔结构，分隔结构将台面分为两部分，两部分分别为传输部分和淬火部分，台面的两部分上各自包含承载结构，承载结构固定在台面上，承载结构下方包含伺服电机，伺服电机的电机轴上端为卡装台面，双工位工作台下方包含旋转结构，旋转结构能带动双工位工作台的台面转动;采用10mm宽光斑进行激光扫描淬火。
2.如权利要求1所述的一种粉末冶金激光淬火结构，其特征在于，所述淬火部分为激光淬火部件。
3.如权利要求1所述的一种粉末冶金激光淬火结构，其特征在于，所述承载结构为旋转工位，台面分的两部分各自包含一个单独的旋转工位，旋转工位上包含卡具，卡具能将物件固定在卡装台面上。
4.如权利要求2所述的一种粉末冶金激光淬火结构，其特征在于，所述激光淬火部件为半导体激光淬火结构。
5.如权利要求1所述的一种粉末冶金激光淬火结构，其特征在于，所述传输部分包含环形的传输皮带，环形的传输皮带边侧包含机械手，所述机械手包含可转折手臂，可转折手臂端部能夹持或者套住物件并将其移动到承载结构上。
6.如权利要求1所述的一种粉末冶金激光淬火结构，其特征在于，所述分隔结构为不透光材质。
7.一种粉末冶金激光淬火的方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任意所述的结构，包含如下步骤；
C 0.6%；Cu 1.8%;Ni 3%;Mo 0.5%;Fe余量 ；把上述成份的粉末加入Exlube润滑剂后混合80分钟；在CNC压机上压制成形；通过1120℃在烧结炉中烧结，得到足够强度的物件；VVT链轮锁销孔热处理采用4000W光纤激光器加机械臂进行可编程激光扫描，可以获得10mm宽度的线型光束；工艺参数为：扫描速度9mm,激光输出功率2800W,保护气份6-8m3/h。
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