CN110184421A - 一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法。所述强化方法包括：粗磨机床固定顶尖至粗磨尺寸，使用工业酒精擦拭机床固定顶尖表面，去除油污等表面附着物；将固定顶尖固定在变位器卡盘上，用高功率的激光束快速扫描固定顶尖锥体和固定顶尖锥柄表面，使其表面自冷淬火，然后浸入液氮；完成固定顶尖锥体和固定顶尖锥柄表面强化后，精磨顶尖至成品尺寸。本发明的激光表面强化方法始终保持激光束与固定顶尖表面垂直，固定顶尖表面受热均匀，强化后表面硬度均一性高，采用液氮深冷处理，固定顶尖表面组织马氏体转变充分，硬度和耐磨性显著提高。

Description

一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法
技术领域
本发明涉及一种激光强化工艺，一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法，属于激光热处理技术领域。
背景技术
机床固定顶尖，机械加工中的机床部件，用于固定机床上的旋转工件。固定顶尖的主要工作部位为固定顶尖锥体3 和固定顶尖锥柄4。固定顶尖锥体3长期与工件中心孔接触，需要很高的硬度和耐磨性；固定顶尖锥柄4需要与机床过盈配合，需要很高的硬度。目前机床固定顶尖主要通过感应淬火强化提高硬度和耐磨性，与激光强化相比有以下缺点：（1）感应淬火强化成本高；（2）感应淬火强化加工余量大，造成原材料浪费；（3）感应淬火强化污染环境。
针对上述强化工艺或方法存在的诸多问题，有必要提供一种提高固定机床顶尖硬度和耐磨性的强化方法，可以提高机床固定顶尖硬度和耐磨性，降低生产制造成本，并减少环境污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法，可以提高机床固定顶尖硬度和耐磨性，降低生产制造成本，并减少环境污染。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
步骤A、粗磨机床固定顶尖至粗磨尺寸，使用工业酒精擦拭机床固定顶尖表面，去除油污等表面附着物；
步骤B、将固定顶尖锥柄4固定在变位器卡盘5上；
步骤C、倾斜激光头1，保证激光束2与固定顶尖锥体3表面垂直；
步骤D、用高功率的激光束2快速扫描固定顶尖锥体3表面，使固定顶尖锥体3表面珠光体奥氏体化并自冷淬火；
步骤E、固定顶尖锥体3表面激光强化后，松开固定顶尖锥柄4并取下顶尖，立刻浸入液氮；
步骤F、将固定顶尖浸在液氮中一定时间后，从液氮中取出；
步骤G、将固定顶尖锥体3固定在变位器卡盘5上；
步骤H、调整激光头1，保证激光束2与固定顶尖锥柄4表面垂直；
步骤I、用高功率的激光束2快速扫描固定顶尖锥柄4表面，使固定顶尖锥柄4表面珠光体奥氏体化并自冷淬火；
步骤J、固定顶尖锥柄4表面激光强化后，松开固定顶尖锥体3并取下顶尖，立刻浸入液氮；
步骤K、将固定顶尖浸在液氮中一定时间后，从液氮中取出；
步骤L、完成固定顶尖锥体3和固定顶尖锥柄4表面强化后，精磨顶尖至成品尺寸。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述固定顶尖的材质为含碳量0.8%以上的高碳钢、含碳量0.8%以上的高碳合金钢的任一种。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤D和步骤I中的高功率的激光束的光斑宽度为5mm～40mm，搭接量为1mm～3mm，。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤D和步骤I中的高功率的激光束的扫描速度为3mm/s ～10mm/s。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤D和步骤I中的目标温度范围为高于奥氏体化相变温度而低于材质熔点温度。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤D和步骤I中的目标温度范围为1000℃～1300℃。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤F和步骤K中的浸在液氮中的一定时间为20～60分钟。
本发明技术方案的进一步改进在于：先强化固定顶尖锥体3，然后强化固定顶尖锥柄4，固定顶尖锥体3的深冷时间是固定顶尖锥柄4的2倍。
本发明技术方案的进一步改进在于：顶尖的淬硬层深度为1～3mm，固定顶尖锥体3淬硬层硬度为≥61HRC，固定顶尖锥柄4淬硬层硬度为≥55HRC。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果有：
本发明中利用高功率密度的激光束对于固定顶尖表面进行表面热处理的方法实现对固定顶尖表面硬度和耐磨性的强化。
本发明中采用液氮深冷处理，促进马氏体组织转变，得到更细更硬的硬化层, 顶尖表面晶粒度提高3～4级，硬度提高3HRC以上，耐磨性提高20%以上。
本发明中先强化固定顶尖锥体3，然后强化固定顶尖锥柄4，固定顶尖锥体3的深冷时间是固定顶尖锥柄4的2倍，使固定顶尖锥体3的强化效果优于固定顶尖锥柄4。
本发明中采用激光束扫描固定顶尖表面，强化效率是传统工艺的3～4倍，强化速度提升的同时节省了强化成本。
本发明中仅对顶尖表面进行激光淬火，氧化层浅，工件变形小，可以减少加工余量，降低原材料成本。
本发明中整个淬火工序无任何污染，避免了环境污染。
附图说明
图1是本发明的固定顶尖锥体3强化过程示意图；
图2是本发明的固定顶尖锥柄4强化过程示意图；
其中，1、激光头，2、激光束，3、固定顶尖锥体，4、固定顶尖锥柄，5、变位器卡盘。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明：
本发明公开了一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法，用于对机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化，其中固定顶尖的材质为含碳量0.8%以上的高碳钢、含碳量0.8%以上的高碳合金钢的任一种。下面是具体的实施例，该方法包括以下步骤，
步骤A、粗磨机床顶尖至粗磨尺寸，使用工业酒精擦拭机床顶尖表面，去除油污等表面附着物；
步骤B、将固定顶尖锥柄4固定在变位器卡盘5上；
步骤C、倾斜激光头1，保证激光束2与固定顶尖锥体3表面垂直；
在本发明的技术方案中，倾斜激光头1，保证激光束2与固定顶尖锥体3表面垂直，可以使激光束2以均匀的能量密度辐照固定顶尖锥体3表面，使固定顶尖锥体3表面受热均匀，使后续淬火后固定顶尖锥体3表面硬度均一性高。
步骤D、用高功率的激光束2快速扫描固定顶尖锥体3表面，使固定顶尖锥体3表面珠光体奥氏体化并自冷淬火；
在本发明的技术方案中，所述高功率的激光束的光斑宽度5mm～40mm，搭接量1mm～3mm。所述高功率的激光束的扫描速度为3mm/s～10mm/s，目标温度范围为1000℃～1300℃。利用高功率密度的激光束2快速扫描固定顶尖锥体3表面，使固定顶尖锥体3表面快速受热；利用激光束2的集中性和高能量性，提高了热处理的精确性，并提高了后续淬火效果，使淬火部位获得较大的残余压应力，提高了固定顶尖锥体3的硬度、耐磨性和抗疲劳性。
步骤E、固定顶尖锥体3表面激光强化后，松开固定顶尖锥柄4并取下顶尖，立刻浸入液氮；
步骤F、将固定顶尖浸在液氮中一定时间后，从液氮中取出；
在本发明中，浸在液氮中的一定时间为20～60分钟。采用液氮深冷处理，促进固定顶尖锥体3表面马氏体转变，进一步增加固定顶尖锥体3表面硬度和耐磨性。
步骤G、将固定顶尖锥体3固定在变位器卡盘5上；
步骤H、调整激光头1，保证激光束2与固定顶尖锥柄4表面垂直；
在本发明的技术方案中，调整激光头1，保证激光束2与固定顶尖锥柄4表面垂直，可以使激光束2以均匀的能量密度辐照固定顶尖锥柄4表面，使固定顶尖锥柄4表面受热均匀，使后续淬火后固定顶尖锥柄4表面硬度均一性高。
步骤I、用高功率的激光束2快速扫描固定顶尖锥柄4表面，使固定顶尖锥柄4表面珠光体奥氏体化并自冷淬火；
在本发明的技术方案中，所述高功率的激光束的光斑宽度5mm～40mm，搭接量1mm～3mm。所述高功率的激光束的扫描速度为3mm/s～10mm/s，目标温度范围为1000℃～1300℃。利用高功率密度的激光束2快速扫描环类工件固定顶尖锥柄4表面，使固定顶尖锥柄4表面快速受热；利用激光束2的集中性和高能量性，提高了热处理的精确性，并提高了后续淬火效果，使淬火部位获得较大的残余压应力，提高了固定顶尖锥柄4的硬度、耐磨性和抗疲劳性。
步骤J、固定顶尖锥柄4表面激光强化后，松开固定顶尖锥体3并取下顶尖，立刻浸入液氮；
步骤K、在液氮中存在一定时间后，从液氮中取出；
在本发明中，浸在液氮中的一定时间为20～60分钟。采用液氮深冷处理，促进固定顶尖锥柄4表面马氏体转变，进一步增加固定顶尖锥柄4表面硬度和耐磨性；同时延长了固定顶尖锥体3的液氮深冷时间，使固定顶尖锥体3液氮深冷时间为固定顶尖锥柄4的2倍，从而使固定顶尖锥体3表面的硬度和耐磨性优于固定顶尖锥柄4表面的硬度和耐磨性。
步骤L、完成固定顶尖锥体3和固定顶尖锥柄4表面强化后，精磨顶尖至成品尺寸。
经测试利用本发明强化固定顶尖锥体3和固定顶尖锥柄4表面后，顶尖的淬硬层深度为1～3mm，固定顶尖锥体3淬硬层硬度为≥61HRC，固定顶尖锥柄4淬硬层硬度为≥55HRC，并将本发明强化的固定顶尖锥体3和固定顶尖锥柄4的表面进行各类耐磨试验，耐磨性比感应淬火提高了1.5倍以上；本发明所用操作时间平均为55分钟，感应淬火强化平均需要90分钟以上，与感应淬火相比，大大提高了工作效率。
实施例1
以含碳量0.8%以上的高碳钢固定顶尖为例，材质为T8。
步骤A、粗磨机床固定顶尖至粗磨尺寸，使用工业酒精擦拭机床固定顶尖表面，去除油污等表面附着物；
步骤B、将固定顶尖锥柄4固定在变位器卡盘5上；
步骤C、倾斜激光头1，保证激光束2与固定顶尖锥体3表面垂直；
步骤D、用高功率的激光束2快速扫描固定顶尖锥体3表面，使固定顶尖锥体3表面珠光体奥氏体化并自冷淬火,激光束的光斑宽度20mm，搭接量1.5mm。所述高功率的激光束的扫描速度为4mm/s,目标温度为1150℃；
步骤E、固定顶尖锥体3表面激光强化后，松开固定顶尖锥柄4并取下顶尖，立刻浸入液氮；
步骤F、将固定顶尖浸在液氮中20分钟后，从液氮中取出；
步骤G、将固定顶尖锥体3固定在变位器卡盘5上；
步骤H、调整激光头1，保证激光束2与固定顶尖锥柄4表面垂直；
步骤I、用高功率的激光束2快速扫描固定顶尖锥柄4表面，使固定顶尖锥柄4表面珠光体奥氏体化并自冷淬火，激光束的光斑宽度40mm，搭接量2.5mm。所述高功率的激光束的扫描速度为4mm/s,目标温度为1150℃
步骤J、固定顶尖锥柄4表面激光强化后，松开固定顶尖锥体3并取下顶尖，立刻浸入液氮；
步骤K、将固定顶尖浸在液氮中20分钟后，从液氮中取出；
步骤L、完成固定顶尖锥体3和固定顶尖锥柄4表面强化后，精磨顶尖至成品尺寸。
经测试利用本发明强化固定顶尖锥体3和固定顶尖锥柄4表面后，顶尖的淬硬层深度为2.5mm，固定顶尖锥体3淬硬层硬度为66HRC，固定顶尖锥柄4淬硬层硬度为64HRC。
实施例2
以含碳量0.8%以上的高碳合金钢固定顶尖为例，材质为9Cr2Mo。
步骤A、粗磨机床固定顶尖至粗磨尺寸，使用工业酒精擦拭机床固定顶尖表面，去除油污等表面附着物；
步骤B、将固定顶尖锥柄4固定在变位器卡盘5上；
步骤C、倾斜激光头1，保证激光束2与固定顶尖锥体3表面垂直；
步骤D、用高功率的激光束2快速扫描固定顶尖锥体3表面，使固定顶尖锥体3表面珠光体奥氏体化并自冷淬火,激光束的光斑宽度15mm，搭接量1mm。所述高功率的激光束的扫描速度为8mm/s,目标温度为1280℃；
步骤E、固定顶尖锥体3表面激光强化后，松开固定顶尖锥柄4并取下顶尖，立刻浸入液氮；
步骤F、将固定顶尖浸在液氮中25分钟后，从液氮中取出；
步骤G、将固定顶尖锥体3固定在变位器卡盘5上；
步骤H、调整激光头1，保证激光束2与固定顶尖锥柄4表面垂直；
步骤I、用高功率的激光束2快速扫描固定顶尖锥柄4表面，使固定顶尖锥柄4表面珠光体奥氏体化并自冷淬火，激光束的光斑宽度25mm，搭接量2mm。所述高功率的激光束的扫描速度为8mm/s,目标温度为1280℃；
步骤J、固定顶尖锥柄4表面激光强化后，松开固定顶尖锥体3并取下顶尖，立刻浸入液氮；
步骤K、将固定顶尖浸在液氮中25分钟后，从液氮中取出；
步骤L、完成固定顶尖锥体3和固定顶尖锥柄4表面强化后，精磨顶尖至成品尺寸。
经测试利用本发明强化固定顶尖锥体3和固定顶尖锥柄4表面后，顶尖的淬硬层深度为1.5mm，固定顶尖锥体3淬硬层硬度为63HRC，固定顶尖锥柄4淬硬层硬度为59HRC。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A、粗磨机床固定顶尖至粗磨尺寸，使用工业酒精擦拭机床固定顶尖表面，去除油污等表面附着物；
步骤B、将固定顶尖锥柄4固定在变位器卡盘5上；
步骤C、倾斜激光头1，保证激光束2与固定顶尖锥体3表面垂直；
步骤D、用高功率的激光束2快速扫描固定顶尖锥体3表面，使固定顶尖锥体3表面珠光体奥氏体化并自冷淬火；
步骤E、固定顶尖锥体3表面激光强化后，松开固定顶尖锥柄4并取下顶尖，立刻浸入液氮；
步骤F、将固定顶尖浸在液氮中一定时间后，从液氮中取出；
步骤G、将固定顶尖锥体3固定在变位器卡盘5上；
步骤H、调整激光头，保证激光束2与固定顶尖锥柄4表面垂直；
步骤I、用高功率的激光束2快速扫描固定顶尖锥柄4表面，使固定顶尖锥柄4表面珠光体奥氏体化并自冷淬火；
步骤J、固定顶尖锥柄4表面激光强化后，松开固定顶尖锥体3并取下顶尖，立刻浸入液氮；
步骤K、将固定顶尖浸在液氮中一定时间后，从液氮中取出；
步骤L、完成固定顶尖锥体3和固定顶尖锥柄4表面强化后，精磨顶尖至成品尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法，其特征在于：所述固定顶尖的材质为含碳量0.8%以上的高碳钢、含碳量0.8%以上的高碳合金钢的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法，其特征在于：步骤D和步骤I中的高功率的激光束的光斑宽度为5mm～40mm，搭接量为1mm～3mm。
4.根据权利要求1所述的一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法，其特征在于：步骤D和步骤I中的高功率的激光束的扫描速度为3mm/s ～10mm/s。
5.根据权利要求1所述的一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法，其特征在于：步骤D和步骤I中的目标温度范围为高于奥氏体化相变温度而低于材质熔点温度。
6.根据权利要求5所述的一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法，其特征在于：步骤D和步骤I中的目标温度范围为1000℃～1300℃。
7.根据权利要求1所述的一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法，其特征在于：步骤F和步骤K中的浸在液氮中的一定时间为20～60分钟。
8.根据权利要求1所述的一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法，其特征在于：先强化固定顶尖锥体3，然后强化固定顶尖锥柄4，固定顶尖锥体3的液氮深冷时间是固定顶尖锥柄4的2倍。
9.根据权利要求1所述的一种提高机床固定顶尖硬度和耐磨性的强化方法，其特征在于：顶尖的淬硬层深度为1～3mm，固定顶尖锥体3淬硬层硬度为≥61HRC，固定顶尖锥柄4淬硬层硬度为≥55HRC。
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Title
艾永旭: "卧式车床顶尖淬火工艺试验研究", 《齐齐哈尔大学学报(自然科学版)》 *

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