CN108130402A - 一种齿条的激光淬火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种齿条的激光淬火方法，其中，包括步骤：向齿条上的任一齿两侧的待淬火齿面，同时发射激光束进行激光扫描淬火；淬火时，控制激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉，并控制激光束照射整个待淬火齿面。本发明齿条的激光淬火方法，能够改变激光束输入的传热方式，有效解决单面淬火时，对齿面的加热导致与其相对的相邻一面淬火层重复受热而产生退火的问题，克服了齿面采用激光淬火易发生退火的工艺问题，同时能够有效保证了齿条淬火的质量，效益显著。

Description

一种齿条的激光淬火方法
技术领域
本发明涉及表面激光热处理领域，尤其涉及一种齿条的激光淬火方法。
背景技术
激光淬火技术是利用激光作用在金属工件表面时，使金属表面急速升温降温的过程。由于金属表面的升温非常迅速，使得材料表面迅速达到奥氏体温度，材料原珠光体组织转变为奥氏体组织后，随着材料自身的热传导急速降温冷却，将奥氏体转变为马氏体组织，从而完成组织转变。
与传统热处理工艺相比，激光表面淬火的发展历史很短，但从其技术的特性和使用效果来看，激光热处理的效率非常高，有利于提高生产效率。但是现有的激光淬火方式，参见图1所示，基本都是采用单束激光9单独对齿条8进行淬火的方式，图中箭头7所指的方向为热传导方向，而齿条由于其结构的特殊性，采用单束激光单独加工一个齿面，可以将此齿面的硬度提高，但加工与其相对的相邻面时，由于齿条结构的原因，此时激光束输入的热量会传导至之前加工好的一面，引起前一齿面形成的淬火层6重复受热而导致硬度下降。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种齿条的激光淬火方法，从而克服现有技术中对齿条采用单面淬火的方式，存在激光束输入的热量会传导至之前加工好的一面，引起前一齿面重复受热而导致硬度下降的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种齿条的激光淬火方法，其中，包括步骤：
向齿条上的任一齿两侧的待淬火齿面，同时发射激光束进行激光扫描淬火；
淬火时，控制激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉，并控制激光束照射整个待淬火齿面。
所述的齿条的激光淬火方法，其中，通过调节设置在齿两侧的激光淬火头的倾斜角度，使激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉。
所述的齿条的激光淬火方法，其中，所述通过调节设置在齿两侧的激光淬火头的倾斜角度，控制激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉的步骤具体包括：
预先确定待淬火齿面的倾斜角度；
根据待淬火齿面的倾斜角度调节两侧激光淬火头的倾斜角度，使激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉。
所述的齿条的激光淬火方法，其中，通过控制激光光斑的直径大小，使激光束照射到整个待淬火齿面。
所述的齿条的激光淬火方法，其中，所述通过控制激光光斑的直径大小，使激光束照射到整个待淬火齿面的步骤具体包括：
预先确定待淬火齿面的长度；
根据待淬火齿面的长度设置激光光斑的直径，确保激光光斑的直径不小于待淬火齿面的长度，以保证激光束照射到整个齿面。
所述的齿条的激光淬火方法，其中，淬火时，激光的功率为1500～2000W。
所述的齿条的激光淬火方法，其中，淬火时，激光的扫描速度为3～6mm/s。
所述的齿条的激光淬火方法，其中，淬火时，激光光斑的尺寸为2～6×10mm2。
所述的齿条的激光淬火方法，其中，淬火时，激光光斑的尺寸为4×10mm2。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种齿条的激光淬火方法，通过向齿条上的任一齿两侧的待淬火齿面，同时发射激光束进行激光扫描淬火；淬火时，同时控制激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉，并控制激光束照射整个待淬火齿面，从而能够改变激光束输入的传热方式，有效解决单面淬火时，对齿面的加热导致与其相对的相邻一面淬火层重复受热而产生退火的问题，克服了齿面采用激光淬火易发生退火的工艺问题，同时能够有效保证了齿条淬火的质量，效益显著。
附图说明
图1为现有技术单面淬火产生的热量对相邻面的淬火层退火的示意图。
图2为本发明实施例的齿条的激光淬火方法的流程图。
图3为本发明实施例的齿条的激光淬火方法的原理示意图。
图4是本发明实施例的齿条的激光淬火方法的加工热量传导示意图。
具体实施方式
本发明提供一种齿条的激光淬火方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明较佳实施例的齿条的激光淬火方法，如图2所示，包括：
步骤S100、向齿条上的任一齿两侧的待淬火齿面，同时发射激光束进行激光扫描淬火；
步骤S200、淬火时，控制激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉，并控制激光束照射整个待淬火齿面。
一并参见图3、图4所示，其中，图3中箭头4所指的是热传导方向，本发明针对齿条的激光淬火方法，采用两个激光淬火头：第一激光淬火头1、和第二激光淬火头2从齿条3的某一个齿的两侧齿面同时发出第一激光束11、第二激光束21，对两侧齿面进行激光扫描淬火，能够改变激光束输入的传热方式，有效解决单面淬火时，对齿面的加热导致与其相对的相邻一面淬火层重复受热而产生退火的问题，克服了齿面采用激光淬火易发生退火的工艺问题，同时能够有效保证齿条淬火的质量，淬火后不发生变形，效益显著。
进一步的，需要说明的是，所述步骤S200中，控制激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，指的是尽量做到使激光束与待淬火齿面的夹角接近90°，夹角为90°是最佳状态，但是因为还要考虑使激光束与相邻的齿顶不产生干涉，以及使激光束照射到整个待淬火齿面，所以具体实施时可能无法达到90°，如此只要做到最大角度尽量接近90°即可，例如可以为88°、85°、80°、75°等等。
进一步的，本实施例中，所述步骤S200具体实施时，可以通过调节设置在齿两侧的激光淬火头的倾斜角度，使激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉，以避免激光扫描淬火时，激光束照射到相邻的齿顶而对相邻齿条造成不良影响。
进一步的，本实施例中，所述步骤S200具体包括：
步骤S201、预先确定待淬火齿面的倾斜角度；
步骤S202、根据待淬火齿面的倾斜角度调节两侧激光淬火头的倾斜角度，使激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉。
进一步的，本实施例中，所述步骤S200具体实施时，可以通过控制激光光斑的直径大小(长度)，使激光束照射到整个待淬火齿面，以保证待淬火齿面能够全部被激光照射到，从而完成对完整齿面的激光淬火处理。
进一步的，本实施例中，所述步骤S200具体还包括：
步骤S203、预先确定待淬火齿面的长度；
步骤S204、根据待淬火齿面的长度设置激光光斑的直径，确保激光光斑的直径不小于待淬火齿面的长度，以保证激光束照射到整个齿面。
进一步的，本实施例中，利用激光淬火头对齿面进行激光扫描时，需要预先确定激光淬火的工艺参数，其中，可以控制激光的功率为1500～2000W，激光的扫描速度为3～6mm/s，激光光斑的尺寸为2～6×10mm2。其中，优选的激光光斑的尺寸为4×10mm2。
采用本发明齿条的激光淬火方法对齿条进行淬火时，当激光束照射到齿面时使温度急速升高，材料的珠光体组织转变成奥氏体组织，随着激光束离开照射表面，在材料自身冷却的作用下，温度急速降低，使得奥氏体组织向马氏体组织转变，激光淬火后的组织由于晶粒细小、马氏体位错密度高、碳的固溶度高等原因，使得材料表面的硬度达到HRC60以上，从而延长了工件的使用寿命。同时，通过多次试验发现，随着激光功率的增大、扫描速度的降低，淬火层的深度会发生逐步变大的趋势，但具体数值并不会影响试验的结果。
进一步的，本发明所述齿条的激光淬火方法，在具体应用实施时，可以按照以下步骤进行：
步骤S700：激光淬火前需先确定待淬火齿面的倾斜角度；
步骤S800：根据齿面的倾斜角度调节两侧淬火头的倾斜角度，确保从淬火头出来的激光束尽量与齿面垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉；
步骤S900：确定激光淬火的工艺参数，根据齿面的长度设置激光光斑的直径(长度)，确保激光光斑长度不小于齿面的长度，以保证待淬火齿面能够全部被激光照射到，从而完成对齿面的激光淬火处理。
采用本发明所述齿条的激光淬火方法对齿条进行淬火时，淬火后的齿面硬度可以达到HRC60以上，相比传统热处理硬度要高出5％～15％，淬火后工件的表面质量好、硬化层组织均匀、工件的变形小，齿条具有良好的质量保证。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种齿条的激光淬火方法，其特征在于，包括步骤：
向齿条上的任一齿两侧的待淬火齿面，同时发射激光束进行激光扫描淬火；
淬火时，控制激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉，并控制激光束照射整个待淬火齿面。
2.根据权利要求1所述的齿条的激光淬火方法，其特征在于，通过调节设置在齿两侧的激光淬火头的倾斜角度，使激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉。
3.根据权利要求2所述的齿条的激光淬火方法，其特征在于，所述通过调节设置在齿两侧的激光淬火头的倾斜角度，控制激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉的步骤具体包括：
预先确定待淬火齿面的倾斜角度；
根据待淬火齿面的倾斜角度调节两侧激光淬火头的倾斜角度，使激光束与待淬火齿面达到或接近垂直，且与相邻的齿顶不产生干涉。
4.根据权利要求1所述的齿条的激光淬火方法，其特征在于，通过控制激光光斑的直径大小，使激光束照射到整个待淬火齿面。
5.根据权利要求4所述的齿条的激光淬火方法，其特征在于，所述通过控制激光光斑的直径大小，使激光束照射到整个待淬火齿面的步骤具体包括：
预先确定待淬火齿面的长度；
根据待淬火齿面的长度设置激光光斑的直径，确保激光光斑的直径不小于待淬火齿面的长度，以保证激光束照射到整个齿面。
6.根据权利要求1所述的齿条的激光淬火方法，其特征在于，淬火时，激光的功率为1500～2000W。
7.根据权利要求1所述的齿条的激光淬火方法，其特征在于，淬火时，激光的扫描速度为3～6mm/s。
8.根据权利要求1所述的齿条的激光淬火方法，其特征在于，淬火时，激光光斑的尺寸为2～6×10mm2。
9.根据权利要求8所述的齿条的激光淬火方法，其特征在于，淬火时，激光光斑的尺寸为4×10mm2。
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