[发明专利]一种可获得连续均匀硬化层的齿轮激光淬火方法及装置

说明书

本发明公开了一种可获得连续均匀硬化层的齿轮激光淬火方法及装置，获得了沿齿面连续且均匀的淬火硬化层，克服现有方法淬火区域间断、搭接区产生回火软化及生产效率低的问题。该方法主要步骤为：1、获取激光淬火加工模式；2、激光器的选取；3、齿轮的分段；4、选用第一种模式或第二种模式对齿轮的每个单齿进行淬火处理，此过程需利用对加工区域进行气体吹除以保护激光光路不被烟或水汽遮挡，同时对加工区域进行水冷。

技术领域

本发明涉及齿轮表面硬化技术领域，尤其涉及一种可获得连续均匀硬化层的齿轮激光淬火方法及装置。

背景技术

齿轮是各种工程机械设备的重要传动部件，要求很高的机械性能，尤其是提高其表面抗疲劳和磨损性能，对提高齿轮的承载能力和使用寿命有重要意义。

激光淬火工艺是一种新型的齿轮表面硬化技术，通过高能量密度(10³～10⁵W/cm²)的激光束扫描工件表面，使其瞬间达到淬火所需的相变温度，光斑移开后的表面由于和基体之间的巨大温差产生自淬火现象，从而获得淬火硬化层的齿面。激光淬火具有可以精确控制热处理区域及变形小的优点，可以不降低齿轮精度等级，处理后不需要磨齿等工序，已在齿轮表面硬化领域展现出优势。

但由于齿轮的齿廓形状较为复杂，现阶段使用的都是单齿轴向扫描的方式，存在淬火区域间断、搭接区产生回火软化及生产效率低等问题。

发明内容

为了解决背景技术中指出的现有单齿轴向扫描的方式，存在淬火区域间断、搭接区产生回火软化及生产效率低等问题，本发明提供了一种可获得连续均匀硬化层的齿轮激光淬火方法及装置。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种可获得连续均匀硬化层的齿轮激光淬火方法，具体步骤包括：

步骤1：获取激光淬火加工模式；

所述激光淬火加工模式包括两种：

第一种模式为扫描速度变化模式：将齿顶的扫描速度定为预设扫描速度的100％，左齿根的扫描速度定为预设扫描速度的20％，左啮合面的扫描速度从左齿根至齿顶逐渐增加，且左啮合面扫描速度曲线与左啮合面轮廓曲线一致，右啮合面各个位置的扫描速度在左啮合面等效位置的扫描速度的基础上增加20～40％，该模式下激光功率密度保持不变；

第二种模式为激光功率密度变化模式：将左齿根的激光功率密度定为预设激光功率密度的100％，齿顶的激光功率密度定为设定激光功率密度的20％，左啮合面的激光功率密度从左齿根至齿顶逐渐降低，左啮合面的激光功率密度曲线与倒置的左啮合面轮廓曲线一致，右侧啮合齿面各个位置的功率密度在左啮合面等效位置的功率密度基础上降低15～35％，该模式下扫描速度保持不变；

步骤2：激光器的选取；

选用矩形光斑的激光器，矩形光斑长边与待淬火齿轮的齿宽相匹配；

步骤3：齿轮的分段；

将待淬火齿轮单齿的齿面依据左齿根、左啮合面、右啮合面、右齿根以及齿顶划分为多个连续的加工段；

步骤4：选用第一种模式或第二种模式对齿轮的每个单齿进行淬火处理，此过程需利用对加工区域进行气体吹除以保护激光光路不被烟或水汽遮挡，同时对加工区域进行水冷。

进一步地，上述步骤2中，将用于气体吹除的喷气嘴定位在加工区域的正上方，将用于进行水冷的喷水嘴设置在扫描行进方向的反方向，且位于加工区域的上方。

进一步地，上述喷水嘴和喷气嘴并排设置，且两者之间的间距为1/4齿距，以保证水能快速的冷却到激光扫描的区域，又不会遮挡激光的效果。

进一步地，上述步骤3中，依据齿面曲率半径的变化进一步细分，将单齿的齿面分成5段或7段或9段。