CN110093480A - 数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法 - Google Patents

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intensified technique
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王晓翔
徐鸿林
徐翔
冯珂
周康杰
钱慧萍
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
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Abstract

本发明公开了一种数控刀具刀刃的激光表面强化工艺，通过选择一定的激光扫描条件，对刀刃表面进行强化处理，有效提高其表面硬度、耐磨性、耐蚀性以及强度和高温性能等，能有效延长零部件的使用寿命。包括下述步骤：1)对需要强化的刀具刀刃部位进行表面清理；2)选用激光光斑可调的激光头，并设定激光器作业参数；3)控制激光器按照上一步骤中设定的参数对刀具刀刃部位进行扫描；4)一次完成扫描并快速冷却形成均匀的激光淬火层。本发明的工艺方法，能适用于其他淬火技术不能完成或难以实现的某些刀具或刀具局部部位的表面强化，其具有自动化程度较高，硬化层深度和硬化面积可控性好等特点。

Description

数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法
技术领域
本发明涉及激光表面强化技术，具体为一种数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法。
背景技术
目前，数控刀具，比如折弯刀是折弯机上用于板料折弯的工作部件，工作时承受冲击、摩擦和局部刻划等，工作条件较为苛刻。现很多折弯机刀具都采用T8、T10和42CrMo材料，为了达到较高的硬度和抗磨性等性能要求，需要对刀具进行淬火处理。传统淬火技术不能完成或难以实现某些刀具或刀具局部部位的表面强化，且存在自动化程度较低，硬化层深度和硬化面积不可控性等问题。
因此提高对刀具表面处理的可操控性，提高刀具的硬度、抗磨性、耐蚀性的能力，有效增加刀具的使用寿命，避免在生产过程中出现的各类风险，降低生产成本，是需要进一步研究的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服了现有技术对刀具局部表面强化处理难以操作，自动化程度低，且硬化层深度和硬化面积不可控的问题，提供了一种数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
本发明提供了一种数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法，其包括下述步骤：
1)对需要强化的刀具刀刃部位进行表面清理；
2)选用激光光斑可调的激光头，并设定激光器作业参数；
3)控制激光器按照上一步骤中设定的参数对刀具刀刃部位进行扫描；
4)激光器一次完成扫描并快速冷却形成均匀的激光淬火层。
步骤1)所述表面清理为在需要强化的刀具刀刃部位进行酒精清理，如有油漆等材料包覆或不平整需要打磨处理。以防止激光表面强化不均匀，导致淬硬层不一致。
步骤2)所述激光头光斑大小设定与要强化的部位宽度一致。选用激光光斑可调的激光头，激光头光斑大小可跟据要强化的部位宽度一致。尽量使激光一次完成，避免激光搭接不均匀，导致淬硬厚度不一。光斑不能太大，其一会有安全隐患，其二会导致能量密度变小。
步骤2)所述激光器作业参数设定如下：功率为2KW，扫描速度为17mm/s，激光光斑为7*10mm(长方形)。
步骤3)中利用柔性机器人对激光器进行控制作业，也可以利用平面三轴设备对激光器进行控制作业。
所述激光器功率范围为2.5-8KW，可以根据需要处理的材料，厚度等选择。
所述激光器为半导体激光器、光纤激光器、YAG激光器或CO2激光器。
所述数控刀具为数控折弯机刀具，采用T8、T10和42CrMo材料。如果采用42CrMo材料，淬硬层厚度为0.8-1.2mm，表面平均硬度可达到HRC61以上。
刀具经过表面强化处理后可以进一步检测，可以切割样品，用显微镜观察其淬硬层厚度。
本发明的积极进步效果在于：
本发明采用激光表面强化技术是以高能量激光束快速扫描刀具，使被照射的金属或合金表面温度以极快速度升高到相变点以上，激光束离开被照射部位时，由于热传导作用，处于冷态的基体使其迅速冷却而进行自冷淬火，得到较细小的硬化层组织，硬度一般高于常规淬火硬度。处理过程中刀具变形极小，能适用于其他淬火技术不能完成或难以实现的某些刀具或刀具局部部位的表面强化，具有自动化程度高，硬化层深度和硬化面积可控性好等特点。
附图说明
图1为实施例1数控刀具刀刃激光表面强化示意图。
图2为实施例1数控刀具刀刃激光表面强化部位剖面宏观金相图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
一种数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法，具体包括以下步骤：
1)对需要强化的刀具刀刃部位用酒精进行表面清理，如有油漆需要打磨处理。以防止强化不均匀，导致淬硬层不一致。本实施例中数控刀具为数控折弯机刀具，采用42CrMo材料。
2)选用激光光斑可调的激光头，激光头光斑大小可跟据要强化的刀刃宽度一致。尽量使激光一次完成，避免激光搭接不均匀，导致淬硬厚度不一。光斑不能太大，其一会有安全隐患，其二会导致能量密度变小。经多次实验，优选最好的参数如下：2KW功率，扫描速度为17mm/s，激光光斑为7*10mm
3)利用柔性机器人按照上一步骤中的参数设定对激光器进行联动控制作业。
4)激光器一次完成扫描并快速冷却形成均匀的激光淬火强化部位，(见附图1)。
强化后从淬火强化部位切割多组样品进行检测，用显微镜观察其淬硬层厚度为0.8-1.2mm，(见附图2)。取样进行硬度检测，以0.1mm间距为参考，进行多组硬度测试，结果从母材HRC52提升到HRC61，提升近10％。
检测数据如下：

Claims (9)

1.数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法，其特征在于，其包括下述步骤：
1)对需要强化的刀具刀刃部位进行表面清理；
2)选用激光光斑可调的激光头，并设定激光器作业参数；
3)控制激光器按照上一步骤中设定的参数对刀具刀刃部位进行扫描；
4)激光器一次完成扫描并快速冷却形成均匀的激光淬火层。
2.如权利要求1所述的数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法，其特征在于，步骤1)所述表面清理为在需要强化的刀具刀刃部位进行酒精清理，和/或打磨处理。
3.如权利要求1所述的数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法，其特征在于，步骤2)所述激光头光斑大小设定与要强化的部位宽度一致。
4.如权利要求1所述的数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法，其特征在于，步骤2)中，所述激光器作业参数设定如下：功率为2KW，扫描速度为17mm/s，激光光斑为7*10mm。
5.如权利要求1所述的数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法，其特征在于，步骤3)中利用柔性机器人对激光器进行控制作业。
6.如权利要求1所述的数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法，其特征在于，步骤3)中利用平面三轴设备对激光器进行控制作业。
7.如权利要求1所述的数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法，其特征在于，所述激光器为半导体激光器、光纤激光器、YAG激光器或CO2激光器。
8.如权利要求1所述的数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法，其特征在于，所述激光器功率范围为2.5kw-8kw。
9.如权利要求1所述的数控刀具刀刃激光表面强化工艺方法，其特征在于，所述数控折弯机刀具采用42CrMo材料，淬硬层厚度为0.8-1.2mm。
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