一種激光熔覆材料切削加工的刀具降振減摩方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機械再制造領(lǐng)域中零部件的修復(fù)加工，尤其涉及一種激光熔覆材料切 削加工的刀具降振減摩方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光熔覆表面修復(fù)技術(shù)是利用高能量、高密度的激光束，在發(fā)生缺陷的金屬材料 表面處快速熔凝一層具有高機械性能及高綜合性能的合金材料，從而提高工件的表面強 度、耐磨性以及抗腐蝕性，再經(jīng)過一定機械加工使得熔覆層表面質(zhì)量和尺寸精度滿足使用 要求。
[0003] 近年來，隨著高硬度切削刀具及相關(guān)機床的發(fā)展，如采用PCBN刀具、陶瓷刀具或 新型硬質(zhì)合金刀具在新型車床或車削加工中心上對熔覆層進行車削，其加工質(zhì)量可以達(dá)到 精磨的水平。然而，熔覆材料的切削特點與普通勻質(zhì)材料表現(xiàn)出不同：一方面，由于熔覆層 具有孔隙、硬質(zhì)點等微觀缺陷的存在，形成微觀上的斷續(xù)切削，引起切削過程中刀具發(fā)生沖 擊振動；另一方面，熔覆材料通常具有較高的硬度及良好的耐磨性能，使得切削過程中刀具 機械磨損現(xiàn)象嚴(yán)重，刀具耐用度低。自潤滑刀具雖然能改善切削過程中摩擦潤滑狀態(tài)，但是 隨著潤滑劑的流失，刀具仍然會承受較快的磨損速率?？紤]到熔覆層多孔隙的特點，在熔覆 層孔隙中填充潤滑材料（封閉處理）后再進行后續(xù)切削加工，一方面可以改善切削加工狀 況，避免形成微觀斷續(xù)切削，減少刀具的沖擊振動；另一方面可為切削第二變形區(qū)（刀-肩 接觸面）和第三變形區(qū)（刀-工接觸面）提供潤滑作用，減小刀具表面摩擦系數(shù)，從而減小 刀具磨損，延長刀具壽命。
[0004] 經(jīng)本申請人檢索查證：采用封閉處理方式改善激光熔覆材料切削加工工況，從而 控制刀具振動及磨損的方法，國內(nèi)尚無先例，國外也沒有見到相關(guān)報道。因此，采用適當(dāng)?shù)?封閉材料，通過浸漬方法實現(xiàn)熔覆層孔隙的封閉處理，并改善熔覆層修復(fù)加工過程中刀具 振動及磨損情況，是一創(chuàng)造性的發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對激光熔覆材料切削過程中刀具振動及機械磨損現(xiàn)象嚴(yán)重、切 肩微粒容易陷入熔覆層孔隙等缺點，采用水基聚四氟乙烯分散液浸漬激光熔覆材料，提供 一種熔覆層孔隙的封閉處理方法，從而改善激光熔覆材料切削過程中刀具振動及刀具磨損 現(xiàn)象，同時提高修復(fù)零件的使用性能及壽命。這種封閉涂層具有低摩擦系數(shù)、高溫穩(wěn)定性、 耐腐蝕和不老化等優(yōu)點。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種激光熔覆材料切削加工的 刀具降振減摩方法，包括以下步驟：
[0007] -種激光熔覆材料切削加工的刀具降振減摩方法，采用具有潤滑作用的樹脂分散 液浸漬激光熔覆材料，實現(xiàn)熔覆層孔隙的封閉處理，對處理后激光熔覆材料進行車削加工。
[0008] 優(yōu)選的是，所述具有潤滑作用的樹脂分散液為水基聚四氟乙烯分散液。
[0009] 優(yōu)選的是，所述水基聚四氟乙烯的固含量為30 %。
[0010] 優(yōu)選的是，所述浸漬處理的條件是浸漬溫度為25-40°C，浸漬時間為25-40S，浸漬 后在150°C環(huán)境下干燥lOmin。
[0011] 優(yōu)選的是，所述車削加工采用wiper修光刃車刀片，切削過程中進給量不得低于 0.lmm/r〇
[0012] 優(yōu)選的是，所述激光熔覆材料采用如下方法制備，
[0013] -）待熔覆基體材料表面預(yù)處理：基體材料表面除銹，用清洗液反復(fù)清洗去油，丙 酮擦凈，露出金屬光澤。
[0014] 二）激光熔覆過程：激光功率設(shè)定為3KW，線速度為7-10mm/s ;步距為2-8mm，調(diào)節(jié) 送粉量來制備相應(yīng)厚度熔覆層。
[0015] 優(yōu)選的是，所述激光恪覆材料基體為45鋼圓柱，直徑不小于120mm。
[0016] 優(yōu)選的是，所述熔覆粉末為鐵基自熔性不銹鋼合金粉末，粉末粒度為100-200目。
[0017] 優(yōu)選的是，激光熔覆材料的搭接率為32-34%。
[0018] 本發(fā)明的工作原理：
[0019] 一種激光熔覆材料切削加工的刀具降振減摩方法，利用水基聚四氟乙烯分散液浸 漬激光熔覆材料，實現(xiàn)熔覆層孔隙封閉處理的同時，封閉顆粒為激光熔覆材料的切削加工 提供潤滑作用，降低刀具磨損，延長刀具壽命。具體工作原理為：激光熔覆過程中，由于激 光束能量呈高斯分布，熔覆顆粒處于熔化或半熔化狀態(tài)，而后經(jīng)快速冷卻得到高性能熔覆 層。這種快熔快冷作用使得熔覆層中不可避免的存在孔隙等微觀缺陷，造成切削加工困難。 由于孔隙等微觀缺陷的存在，形成微觀上的斷續(xù)切削，引起刀具的沖擊振動，降低刀具耐用 度。綜合考慮聚四氟乙烯低摩擦系數(shù)和封閉特性，采用水基聚四氟乙烯分散液浸漬的方式 實現(xiàn)熔覆層孔隙的封閉處理，不僅可以消除孔隙等微觀缺陷帶來的振動影響，而且孔隙中 填充的聚四氟乙烯顆粒也可以充當(dāng)潤滑劑，起到降低刀具摩擦的作用。由于這種潤滑劑由 熔覆層提供，隨著切削的進行可以源源不斷的產(chǎn)生，可以保證切削過程中潤滑效果的延續(xù) 性。
[0020] 本發(fā)明的有益效果：
[0021] 1、利用水基聚四氟乙烯分散液浸漬激光熔覆材料，實現(xiàn)熔覆層孔隙的封閉處理， 可以避免切削過程中切肩微粒陷入到孔隙中，防止在使用過程中造成配合面的擦傷，保證 修復(fù)件良好使用性能。
[0022] 2、利用水基聚四氟乙烯分散液浸漬激光熔覆材料，實現(xiàn)熔覆層孔隙的封閉處理， 可以避免切削過程中形成微觀斷續(xù)切削，降低刀具的沖擊振動作用。
[0023] 3、采用水基聚四氟乙烯分散液浸漬激光熔覆材料，使熔覆層孔隙中填充為聚四氟 乙烯顆粒，可以在切削過程中起到潤滑刀-肩接觸面、刀-工接觸面的作用，減輕刀具磨損， 延長刀具壽命。
[0024] 4、利用水基聚四氟乙烯分散液浸漬激光熔覆材料，實現(xiàn)熔覆層孔隙的封閉處理， 可以提高熔覆層的耐磨耐腐蝕性能，降低配合面間摩擦系數(shù)，提高熔覆層使用性能。
【附圖說明】：
[0025] 圖1為激光熔覆材料切削加工的刀具降振減摩方法流程；
[0026] 圖2為激光熔覆材料切削加工過程的刀具降振減摩原理；
[0027] 圖2中：1是切肩，2是第II變形區(qū)，3是刀具，4是第I變形區(qū)，5是熔覆層，6是第 III變形區(qū)，7是基體，8是結(jié)合面，9是孔隙（聚四氟乙烯顆粒），10是工件。
【具體實施方式】：
[0028] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0029] 如圖1所示，整個零件的修復(fù)加工流程分為預(yù)處理過程、激光熔覆過程、封閉處理 過程及切削加工過程四個階段。利用聚四氟乙烯顆粒的封閉效果和低摩擦系數(shù)特性，實現(xiàn) 熔覆層孔隙的封閉處理，從而帶來切削加工效益。封閉處理采用30%水基聚四氟乙烯分散 液浸漬，方法為將60%濃縮聚四氟乙烯乳液與水按照質(zhì)量比1:1的比例混合，利用超聲振 動作用使其均勻分散。浸漬時，將稀釋后的分散液加熱，溫度控制在25-40°C范圍內(nèi)，將熔 覆后的修復(fù)件完全浸入到分散液中浸漬25-40s后取出，并在150°C環(huán)境下干燥烘干lOmin。 通過上述方案，熔覆層孔隙由聚四氟乙烯顆粒填充，從而對切削加工過程起到降振減摩的 效果，提高切削加工效率，保證切削加工質(zhì)量。
[0030] 如圖2所示切削過程中，由于第II變形區(qū)2和第III變形區(qū)6的摩擦作用，刀具呈現(xiàn) 出較快的磨損速率。受熔覆層厚度限制，切削加工余量較小，切削過程中耕犁作用更為顯 著，致使刀具后刀面機械磨損現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，這是自潤滑刀具所不能解決的問題（作用于 刀具前刀面）。另外，由于孔隙9的存在，形成微觀上的斷續(xù)切削，引起刀具的沖擊振動。本 例采用水基聚四氟乙烯分散液浸漬以實現(xiàn)孔隙的封閉處理，聚四氟乙烯顆粒9可以在一定 程度上降低第ΙΙ、ΠΙ變形區(qū)內(nèi)刀-肩、刀-工摩擦作用，減輕刀具磨損?？紫斗忾]處理可以 避免形成微觀上的斷續(xù)切削，降低刀具沖擊振動，提高工件10的表面質(zhì)量和尺寸精度。
[0031] 聚四氟乙烯具有極低的摩擦系數(shù)，而且具有耐酸耐堿耐高溫特性，這是一般的潤 滑劑所不能比擬的。而且聚四氟乙烯顆粒由熔覆層自身提供，隨切削進行可以源源不斷的 產(chǎn)生，相對于自潤滑刀具設(shè)計而言，該方案不會因潤滑劑的流失而造成工件或刀具的失效。 本例應(yīng)用聚四氟乙烯可以大大降低切削加工過程中刀具磨損，改善刀具沖擊振動現(xiàn)象。
[0032] 表1為水基聚四氟乙烯分散液性能指標(biāo)
[0033]
【主權(quán)項】
1. 一種激光熔覆材料切削加工的刀具降振減摩方法，其特征在于，采用具有潤滑作用 的樹脂分散液浸漬激光熔覆材料，實現(xiàn)熔覆層孔隙的封閉處理，對處理后激光熔覆材料進 行車削加工。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有潤滑作用的樹脂分散液為水基聚 四氟乙稀分散液。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述水基聚四氟乙烯的固含量為30%。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸漬處理的條件是浸漬溫度為 25-40°C，浸漬時間為25-40s，浸漬后在150°C環(huán)境下干燥lOmin。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述車削加工采用wiper修光刃車刀片，切 削過程中進給量不得低于0. lmm/r。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光熔覆材料采用如下方法制備， 一） 待熔覆基體材料表面預(yù)處理：基體材料表面除銹，用清洗液反復(fù)清洗去油，丙酮擦 凈，露出金屬光澤； 二） 激光熔覆過程：激光功率設(shè)定為3KW，線速度為7-lOmm/s ;步距為2-8mm，調(diào)節(jié)送粉 量來制備相應(yīng)厚度熔覆層。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述激光熔覆材料基體為45鋼圓柱，直徑不 小于120mm。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述熔覆粉末為鐵基自熔性不銹鋼合金粉 末，粉末粒度為100-200目。
9. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，激光熔覆材料的搭接率為32-34%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光熔覆材料切削加工的刀具降振減摩方法，利用水基聚四氟乙烯分散液浸漬激光熔覆材料，實現(xiàn)熔覆層孔隙封閉處理的同時，封閉顆粒為激光熔覆材料的切削加工提供潤滑作用，降低刀具磨損，延長刀具壽命。切削激光熔覆材料時，由于孔隙等微觀缺陷的存在，形成微觀上的斷續(xù)切削，引起刀具的沖擊振動。采用聚四氟乙烯做封閉處理，可以消除孔隙等微觀缺陷帶來的振動影響。另一方面，孔隙中填充的聚四氟乙烯顆粒可以充當(dāng)潤滑劑，起到降低刀具摩擦的作用。由于這種潤滑劑由熔覆層提供，隨著切削的進行可以源源不斷的產(chǎn)生，可保證切削過程中潤滑效果的延續(xù)性。這種封閉涂層具有低摩擦系數(shù)、高溫穩(wěn)定性、耐腐蝕和不老化等優(yōu)點。
【IPC分類】B23Q11-10, B23B1-00
【公開號】CN104625094
【申請?zhí)枴緾N201510030917
【發(fā)明人】劉戰(zhàn)強, 張培榮, 史振宇, 萬熠
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月21日