[发明专利]一种激光局部熔凝仿生耦合处理机械部件方法

说明书

技术领域

本发明涉及在机械零部件的急冷急热工况条件下的抗热疲劳技术的设计与制造加工技 术，涉及一种提高零件热疲劳寿命的方法。

背景技术

对于急冷急热或反复摩擦条件下服役的部件(如轿车的制动盘、卡车制动毂、列车制动 盘、玻璃模具、锻造模具、压铸模具、塑料模具、轧制各种型材的轧辊等)，其表面因反复 加热膨胀、冷却收缩，而产生疲劳裂纹造成部件失效。以卡车制动毂为例当各种工程车辆制 动时，绝大摩擦功转化为热能被制动零件吸收，导致其工作表面温度迅速升高(持续制动时 最高温度可达600-700℃)，随后因金属导热工作表面又被快速冷却。频繁制动使制动毂经 常受反复加热和冷却，温度梯度的变化将引起材料自由膨胀、收缩受到约束而形成循环应力 或应变，最终在制动表面产生热疲劳裂纹。我国汽车用铸铁件的生产发展很快，其中制动毂 是经常更换的易损件，需求量很大。我国每年因疲劳产生部件失效造成的浪费价值几百亿元， 能源和动力费高达几十亿，额外生产、维修和更换部件的人工费用不计其数。另一方面，随 着公路建设的日新月异，重载汽车开始向高速、重载方向发展，车辆的制动力矩增大、单次 制动时间增长，使得制动毂热疲劳失效更加频繁、严重，现有制动毂的使用寿命已远远不能 满足要求。我国每年因制动毂失效引发的重大交通事故上千起，给人民生命、财产造成了巨 大的伤害，给国家带来严重的经济损失。此外，汽车制动毂属于劳动密集型产品，在国外生 产成本大多高于国内。目前，我国生产的制动毂主要出口到美国、日本和欧洲各国。有数据 表明，美国汽车制动毂配套市场年需求量4000万件以上，配件市场则多达6000万件至7000 万件；欧洲汽车制动毂对美国出口额已达3000万美元以上，但是只占美国市场份额的5％左 右。这是由于国产制动毂抗热疲劳性能较差，使用寿命低，缺乏市场竞争力。

发明内容

本发明的目的在于解决在急冷急热或反复摩擦工况下，机械部件表层抗疲劳特性以及表 层耐磨性的问题，依据仿生原理提出一种激光局部熔凝仿生耦合处理机械部件方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种激光局部熔凝仿生耦合处理机械部件方法，采用以下步骤：

a)在工件表面结共填充槽或填充坑

填充槽的几何形状：宽度：0.5-5mm，深度：0.5-3mm；

填充坑的几何形状：直径：0.5-5mm，深度：0.5-3mm；

填充槽或填充坑在按与机械部件轴线呈0-90°呈网格状或平行条状排列分布，分布间距 为0.5-3mm；

b)按部件的使用性能要求选择预置合金材料

预置合金材料的种类包括：Fe30A、Ni45和Co50的自熔合金粉末，或WC、SiC、TiC 陶瓷粉末，或包括高铬铸铁、高速钢的特定合金粉末；

c)对预置合金材料激光熔敷

在加工好的工件填充槽或填充坑内预置准备熔凝的合金粉末，将工件放在工作台上，工 作台按照预定的程序进行运动，在工作台运动开始时，用激光对工件填充槽或填充坑内的合 金材料进行熔敷加工成单元体，熔敷过程采用一次或多次进行，每次熔敷金属厚度为 0.1-0.6mm，完成熔敷后的部件表面的单元体略高于母体，完成仿生耦合单元体的制作；

所述的填充槽或填充坑按网格状分布为：填充槽或填充坑单一分布，或填充槽与填充坑 交叉混和分布。

所述的填充槽或填充坑按平行条状排列分布为：填充槽或填充坑按平行条状排列分布， 填充槽与填充坑按等数或不等数交替排列分布。

所述的填充槽或填充坑的几何尺寸为同一尺寸分布或不同尺寸分布，分布间距： 0.5-3mm。

本发明的技术效果是：提出一种更为合理、行之有效的提高机械部件抗热疲劳性能的方 法，其突破传统从整体或整个表面进行处理改善的方法，并具有加工工艺简单、性能可靠、 加工成本低等优点。