CN110039263A - 一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺 - Google Patents

一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺 Download PDF

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer

Abstract

本发明公开了一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺，具体为：首先，固定并清洗工件，将超高速激光熔覆粉末预热，过筛后装入送粉器中；调节激光光斑和粉末聚焦斑点在同一直线上，采用同轴送粉，调节送粉喷嘴；之后通过机床粗加工超高速熔覆层，使所加工的熔覆层表面粗糙度Ra为0.4～0.6，并预留0.01mm～0.03mm的豪克能加工区域；最后，将豪克能加工设备固定在机床上，对超高速熔覆层进行豪克能加工。通过豪克能加工可提高表面光洁度的同时，使熔覆层加工表面呈压应力，且提高了熔覆层的疲劳性能，改善熔覆层性能。

Description

一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺
技术领域
本发明属于熔覆层制备技术领域，具体涉及一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺。
背景技术
激光熔覆是通过在基材表面添加熔覆材料，以激光为热源使之与基材表面薄层熔凝，形成冶金结合的熔覆层，从而显著改善基体表面特性，激光熔覆有重要的用途和应用前景，几乎可以覆盖整个机械制造业。
常规激光熔覆速率较低，熔覆层粗糙度较大，车削量大，导致材料浪费严重，生产效率低。为了提高熔覆效率，通过提高激光功率、增加光斑面积，但是会导致工件的变形量增加，需预留更大的机加预留；且常规的激光熔覆层的稀释率高，降低熔覆层性能。超高速激光熔覆技术改变激光与粉末的作用过程，利用高功率密度的激光将粉末在熔池之上熔融或半熔融，并快速凝固后形成稀释率极低，与基体呈冶金结合的熔覆层，与传统的激光熔覆相比，极大提高熔覆速率，且熔覆层稀释率低。超高速激光熔覆层表面光洁度好，熔覆层无需车削，直接可磨抛加工，节约材料，降低成本。
对表面有光洁度要求的常规熔覆层，轴类工件的常规加工方法是粗车-精车-磨，平板类工件常规加工方法是铣-磨，要求更高的工件甚至需要研磨，加工周期长，劳动强度大，因要切换加工设备而要多次装夹工件。虽然超高速激光熔覆层表面光洁度好，仍需对表面进行磨抛处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺，使熔覆层加工表面呈压应力，且提高了熔覆层的疲劳性能，改善了熔覆层性能。
本发明所采用的技术方案是，一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺，具体按照以下步骤实施：
步骤1，采用卡盘或夹具将工件固定在工作台上，采用角磨机或砂纸去除工件表面的污渍锈蚀，之后用酒精擦拭干净；
步骤2，将超高速激光熔覆粉末预热，过筛后装入送粉器中；
步骤3，调节激光光斑和粉末聚焦斑点在同一直线上，采用同轴送粉，调节送粉喷嘴，使熔覆头到工件的光斑工作距离为12mm～26mm；
步骤4，通过机床粗加工超高速熔覆层，使所加工的熔覆层表面粗糙度Ra为0.4～0.6，并预留0.01mm～0.03mm的豪克能加工区域；
步骤5，将豪克能加工设备固定在机床上，对超高速熔覆层进行豪克能加工。
本发明的特点还在于，
步骤2中，激光熔覆粉末为铁基自熔性粉末、镍基自熔性粉末、钴基自熔性粉末、陶瓷复合粉末中的任意一种。
步骤2中，激光熔覆粉末的预热温度100℃～120℃，保温时间0.5h～1h，激光熔覆粉末的粒度区间为20μm～75μm，球形度≥90％。
步骤2中，过筛时，采用200目的筛网。
步骤3中，设置激光熔覆功率为2KW～6KW，送粉速度35g/min～70g/min；熔覆层搭接率60％～85％；保护气选用氩气或氮气，保护气压8L/min～15L/min，激光光斑直径Φ1mm～Φ3mm，熔覆线速度5m/min～80m/min。
步骤5中，豪克能加工的线速度30m/min～70m/min，走刀速度为0.2mm/r～0.5mm/r。
本发明的有益效果是：
对于激光熔覆层，豪克能加工可提高表面光洁度的同时，使熔覆层加工表面呈压应力，且提高了熔覆层的疲劳性能，改善熔覆层性能。将豪克能加工设备装夹在车床或铣床上，作为车或铣的后一道工序，可实现工件一次装夹即可加工到位。豪克能可实现对轴类、内孔、平面甚至曲面熔覆层的加工，适用范围广。
附图说明
图1为本发明实施例1中的轴类工件激光熔覆示意图；
图2为本发明实施例2中的板类工件激光熔覆示意图。
1.卡盘，2.豪克能加工设备，3.刀座，4.机床车刀，5.工件，6.顶尖，7.固定夹具，8.工作平台，9.磨床固定板，10.磨床砂轮，11.超声波高频冲击头，12.熔覆层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺，具体按照以下步骤实施：
步骤1，采用卡盘或夹具将工件固定在工作台上，采用角磨机或砂纸去除工件表面的污渍锈蚀，之后用酒精擦拭干净；
步骤2，将超高速激光熔覆粉末预热，过筛后装入送粉器中；
激光熔覆粉末为铁基自熔性粉末、镍基自熔性粉末、钴基自熔性粉末、陶瓷复合粉末中的任意一种；
激光熔覆粉末的预热温度100℃～120℃，保温时间0.5h～1h，激光熔覆粉末的粒度区间为20μm～75μm，球形度≥90％；
过筛时，采用200目的筛网；
步骤3，调节激光光斑和粉末聚焦斑点在同一直线上，采用同轴送粉，调节送粉喷嘴，使熔覆头到工件的光斑工作距离为12mm～26mm，设置激光熔覆功率为2KW～6KW，送粉速度35g/min～70g/min；熔覆层搭接率60％～85％；保护气选用氩气或氮气，保护气压8L/min～15L/min，激光光斑直径Φ1mm～Φ3mm，熔覆线速度5m/min～80m/min；
步骤4，通过机床粗加工超高速熔覆层，使所加工的熔覆层表面粗糙度Ra为0.4～0.6，并预留0.01mm～0.03mm的豪克能加工区域；
步骤5，将豪克能加工设备固定在机床上，对超高速熔覆层进行豪克能加工；
豪克能加工的线速度30m/min～70m/min，走刀速度为0.2mm/r～0.5mm/r。
实施例1
参见图1，对于轴类工件超高速激光熔覆层车削后进行豪克能加工，具体步骤如下：
步骤1，把轴类工件5装入卡盘1内，移动顶尖6顶紧工件5并夹紧卡盘1；使用角磨机去除工件表面的污渍锈蚀，然后用酒精将工件5表面擦拭干净；
步骤2，预热Rockit 401粉末，用200目的筛子筛粉后装入送粉器中，预热温度100℃，保温时间0.5h～1h，粉末的粒度区间为48μm～75μm，球形度≥90％；
步骤3，调节激光光斑和粉末聚焦斑点在同一直线上，采用同轴送粉，调节送粉喷嘴，使熔覆头到工件的光斑工作距离为24mm，设置激光熔覆功率为3KW～4KW，送粉速度35g/min～70g/min；熔覆层搭接率80％；保护气选用氩气，保护气压12L/min，激光光斑直径Φ2mm，熔覆线速度30m/min～40m/min；
步骤4，通过机床车刀4粗加工超高速熔覆层，使所加工的熔覆层表面粗糙度Ra达到0.4，给豪克能加工预留0.02mm的加工余量；
步骤5，将豪克能加工设备固定在机床固定刀座3上，对超高速熔覆层进行豪克能加工；豪克能加工的线速度60m/min，走刀速度为0.3mm/r；加工后表面粗糙度Ra达到0.2。
对车床机加工后的熔覆层和进行豪克能加工的熔覆层进行残余应力测试，用盲孔法对其测试残余应力，参照标准为GBT31310-2014《金属材料残余应力测定钻孔应变法》，每个区域随机进行3个点的测量，应力测量结果如下表：
σ1和σ2为第一和第二主应力，进行豪克能加工后，熔覆层的应力绝对值整体上大幅度变小，显著的降低熔覆层的残余应力，熔覆层加工表面呈压应力，提高了熔覆层的疲劳性能，改善熔覆层性能。
实施例2
参见图2，对于板类工件超高速激光熔覆层车削后进行豪克能加工，具体步骤如下：
步骤1，把45钢板工件5通过固定夹具7固定在工作平台8上；使用角磨机去除工件表面的污渍锈蚀，然后用酒精将工件5表面擦拭干净；
步骤2，选用Co40自熔性粉末，熔覆粉末的粒度区间为20μm～53μm，球形度≥90％，预热温度120℃，保温时间1h，之后用200目的筛子筛粉后装入送粉器中；
步骤3，调节激光光斑和粉末聚焦斑点在同一直线上，采用同轴送粉，调节送粉喷嘴，使熔覆头到工件的光斑工作距离为14mm，设置激光熔覆功率为1KW～2KW，送粉速度20g/min～30g/min；熔覆层搭接率80％；保护气选用氮气，保护气压12L/min，激光光斑直径Φ1mm，熔覆线速度15m/min～25m/min；
步骤4，通过磨床砂轮10加工超高速熔覆层，使所加工的熔覆层表面粗糙度Ra达到0.4，给豪克能加工预留0.02mm的加工余量；
步骤5，将豪克能加工设备固定在磨床固定板9上，对超高速熔覆层进行豪克能加工；
豪克能加工的线速度40m/min，走刀速度为0.3mm/r；加工后表面粗糙度Ra达到0.2。
对磨床机加工后的熔覆层和进行豪克能加工的熔覆层进行残余应力测试，用盲孔法对其测试残余应力，参照标准为GBT31310-2014《金属材料残余应力测定钻孔应变法》，每个区域随机进行3个点的测量，应力测量结果如下表：
σ1和σ2为第一和第二主应力，进行豪克能加工后，熔覆层的应力绝对值整体上大幅度变小，显著的降低熔覆层的残余应力，熔覆层加工表面呈压应力，提高了熔覆层的疲劳性能，改善熔覆层性能。

Claims (6)

1.一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，采用卡盘或夹具将工件固定在工作台上，采用角磨机或砂纸去除工件表面的污渍锈蚀，之后用酒精擦拭干净；
步骤2，将超高速激光熔覆粉末预热，过筛后装入送粉器中；
步骤3，调节激光光斑和粉末聚焦斑点在同一直线上，采用同轴送粉，调节送粉喷嘴，使熔覆头到工件的光斑工作距离为12mm～26mm；
步骤4，通过机床粗加工超高速熔覆层，使所加工的熔覆层表面粗糙度Ra为0.4～0.6，并预留0.01mm～0.03mm的豪克能加工区域；
步骤5，将豪克能加工设备固定在机床上，对超高速熔覆层进行豪克能加工。
2.根据权利要求1所述的一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺，其特征在于，所述步骤2中，激光熔覆粉末为铁基自熔性粉末、镍基自熔性粉末、钴基自熔性粉末、陶瓷复合粉末中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺，其特征在于，所述步骤2中，激光熔覆粉末的预热温度100℃～120℃，保温时间0.5h～1h，激光熔覆粉末的粒度区间为20μm～75μm，球形度≥90％。
4.根据权利要求1所述的一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺，其特征在于，所述步骤2中，过筛时，采用200目的筛网。
5.根据权利要求1所述的一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺，其特征在于，所述步骤3中，设置激光熔覆功率为2KW～6KW，送粉速度35g/min～70g/min；熔覆层搭接率60％～85％；保护气选用氩气或氮气，保护气压8L/min～15L/min，激光光斑直径Φ1mm～Φ3mm，熔覆线速度5m/min～80m/min。
6.根据权利要求1所述的一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺，其特征在于，所述步骤5中，豪克能加工的线速度30m/min～70m/min，走刀速度为0.2mm/r～0.5mm/r。
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