專利名稱：用工件夾持法對薄壁件端面局部進行激光表面硬化處理的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對薄壁件端面局部進行激光表面硬化處理的方法，特別是涉及一種用工件夾持法對薄壁件端面局部進行激光表面硬化處理的方法。用于汽車零部件的加工領域。
背景技術：
根據(jù)工作及服役條件需要，薄壁通常是厚度＜4mm的汽車零件端面常需要進行局部表面硬化處理，如圖1的變速箱同步環(huán)內(nèi)擋塊，由于激光表面處理變形小、處理區(qū)控制精確，比較適合處理上述件的端面。激光處理硬化層沿硬化帶橫截面看呈“月牙形”，即硬化帶中間最深，而兩邊逐漸變淺直至為零。如采用小聚焦激光光斑(＜Φ2mm)處理薄壁件端部后，硬化帶寬度接近落到端面上的聚焦激光光斑直徑大小，硬化層窄且淺，達不到工件使用要求，如圖2所示。為了保證工件硬化深度，激光聚焦光束一般為Φ5-6mm。但由于激光束能量密度高達104w/cm，均勻照射到厚度只有3mm左右的工件端面，將造成端面兩側(cè)刃口處迅速熔化，激光光束移開端面工件自淬火后，工件端面表面變成中間高、兩邊低，已非淬火前的平整表面。因激光淬火一般是零件加工最后一道工序，工件端面的平整性破壞將直接導致工件報廢如圖3所示。雖然高頻熱處理可用于零件的局部表面硬化處理，但在處理薄壁件端面時，易使端面局部過燒、變形或達不到硬度要求，造成零件報廢。所以，在薄壁件端面局部硬化處理時較少采用高頻熱處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用工件夾持法對薄壁件端面局部進行激光表面硬化處理的方法，將待處理的薄壁件端面兩側(cè)夾上夾板，然后進行激光處理，使得其硬化層的深淺一致且表面平整。
本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的用工件夾持法對薄壁件端面局部進行激光表面硬化處理的方法，通過如下步驟完成A、夾板制作工藝如下制作兩塊形狀相同的長方形夾板，兩塊夾板長邊的一個端面加工成與待處理薄壁工件端面形狀接近的仿形面，夾板長度要長出工件待處理端面長邊25mm，夾板長出部分兩邊在垂直夾板表面方向各開有1～2個一一對應且大于Φ3mm的通孔，其夾板寬度為10～15mm，夾板厚度為2～7mm，夾板較薄壁件端面高0～1.2mm。
B、激光表面硬化處理的步驟如下(1)首先將夾板裝卡在薄壁工件大表面的兩側(cè)，兩夾板各自的仿形端面應與待處理薄壁件的端面平行，且高出待處理端面0～1.2mm；兩塊夾板靠近工件表面一側(cè)應與工件貼合緊密，利用穿過夾板兩側(cè)一一對應通孔的螺栓將兩塊夾板與工件貼合夾緊。(2)將夾好夾板待處理的工件端面和夾板仿形端面上涂一層大于0.05mm厚的激光熱處理吸光涂料并晾干。(3)將涂好激光熱處理吸光涂料的工件和夾板預固定在激光加工機工作臺上，將激光束焦點，光斑大小約Φ5-6mm調(diào)到待處理端面上，并使光束軸線與工件端面垂直；手動移動工作臺，調(diào)整工件和夾板使激光束沿被夾持的工件端面中心線掃描加熱，并保持光束焦點始終落到端面上并使光束軸線與工件端面垂直。啟動激光器和加工機床實施激光處理，激光功率為1000～1800w，掃描速度為20～40mm/s。(4)激光束掃描通過所有需處理的端面后，取下工件，去除夾具，即可得到深度大于0.5mm，硬度HRc＞55的工件硬化層。
本發(fā)明的積極效果在于結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能夠使加工工件的處理硬化層深淺度一致且表面平整。


圖1為本發(fā)明的實施例變速箱同步環(huán)示意圖；圖2為用小聚焦激光光斑直接處理薄板端部示意圖；圖3為用大聚焦激光光斑直接處理薄板端部示意圖；圖4為本發(fā)明的大聚焦激光光斑處理有夾板夾持的薄板端部示意圖；圖5為本發(fā)明的薄板端面激光硬化處理顯微組織示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的描述實施例1變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊，如圖1A處，寬度為14mm，厚度為3mm，擋塊左右兩側(cè)端面需硬化處理。其具體的工藝過程如下1、首先制作兩塊形狀相同的長方形夾板，兩塊夾板長邊的一個端面加工成與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊形狀接近的仿形面，并且夾板長度要大于變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面長邊25mm，夾板長出部分兩邊在垂直夾板表面方向各開有1～2個一一對應且大于Φ3mm的通孔，便于穿過螺栓并夾緊工件；其夾板寬度為10mm，夾板厚度為2mm，夾板比變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面高0.5mm。
2、接下來在變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊的大表面兩側(cè)，各放置一片夾板，兩夾板各自的仿形端面應與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊的端面平行，且高出變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面0.2mm；兩塊夾板靠近工件表面一側(cè)應與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊貼合緊密，沒有明顯的縫隙。利用穿過夾板兩側(cè)一一對應通孔的螺栓將兩塊夾板與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊貼合夾緊如圖4所示。兩塊夾板把變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊夾在中間夾緊后，夾板與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊之間不能有相互滑動，不能在夾板中間出現(xiàn)翹曲，夾板靠近變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊表面一側(cè)仍與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊大表面保持良好貼合。
3、之后在夾好夾板的變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面和夾板仿形端面上涂一層大于0.05mm厚的激光熱處理吸光涂料并晾干。
4、將涂好激光熱處理吸光涂料的變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊和夾板預固定在激光加工機工作臺上，將光斑大小為Φ5mm的激光束焦點調(diào)到變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面上，并使光束軸線與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面垂直。手動移動工作臺，調(diào)整工件和夾板使激光束沿被夾持的變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面中心線掃描，并保持光束焦點始終落到端面上并使光束軸線與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面垂直。啟動激光器和加工機床實施激光處理，激光功率為1000w，掃描速度為20mm/s。
5、激光束掃描通過所有需處理的端面后，取下變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊，去除夾具，即可得到如圖5所示的硬化層深為0.5mm，硬度HRc＞55，端面均勻的硬化層。
實施例2變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊，如圖1A處，寬度為14mm，厚度為3mm，擋塊左右兩側(cè)端面需硬化處理。其具體的工藝過程如下1、首先制作兩塊形狀相同的長方形夾板，兩塊夾板長邊的一個端面加工成與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊形狀接近的仿形面，并且夾板長度要大于變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面長邊25mm，夾板長出部分兩邊在垂直夾板表面方向各開有1～2個一一對應且大于Φ3mm的通孔，便于穿過螺栓并夾緊工件；其夾板寬度為11mm，夾板厚度為7mm，夾板比變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面高0.9mm。
2、接下來在變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊的大表面兩側(cè)，各放置一片夾板，兩夾板各自的仿形端面應與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊的端面平行，且高出變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面0.2mm；兩塊夾板靠近工件表面一側(cè)應與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊貼合緊密，沒有明顯的縫隙。利用穿過夾板兩側(cè)一一對應通孔的螺栓將兩塊夾板與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊貼合夾緊如圖4所示。兩塊夾板把變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊夾在中間夾緊后，夾板與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊之間不能有相互滑動，不能在夾板中間出現(xiàn)翹曲，夾板靠近變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊表面一側(cè)仍與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊大表面保持良好貼合。
3、之后在夾好夾板的變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面和夾板仿形端面上涂一層大于0.05mm厚的激光熱處理吸光涂料并晾干。
4、將涂好激光熱處理吸光涂料的變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊和夾板預固定在激光加工機工作臺上，將光斑大小為Φ5mm的激光束焦點調(diào)到變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面上，并使光束軸線與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面垂直。手動移動工作臺，調(diào)整工件和夾板使激光束沿被夾持的變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面中心線掃描加熱，并保持光束焦點始終落到端面上并使光束軸線與變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊端面垂直。啟動激光器和加工機床實施激光處理，激光功率為1800w，掃描速度為40mm/s。
5、激光束掃描通過所有需處理的端面后，取下變速箱同步環(huán)內(nèi)檔塊，去除夾具，即可得到如圖5所示的硬化層深為0.5mm，硬度HRc＞55，端面均勻的硬化層。
實施例3超薄樣板刀具1、首先制作兩塊形狀相同的長方形夾板，兩塊夾板長邊的一個端面加工成與超薄樣板刀具形狀接近的仿形面，并且夾板長度要大于超薄樣板刀具端面長邊25mm，夾板長出部分兩邊在垂直夾板表面方向各開有1～2個一一對應且大于Φ3mm的通孔，便于穿過螺栓并夾緊工件；其夾板寬度為10mm，夾板厚度為7mm，夾板比超薄樣板刀具端面高0.2mm。
2、接下來在超薄樣板刀具的大表面兩側(cè)，各放置一片夾板，兩夾板各自的仿形端面應與超薄樣板刀具的端面平行，且高出超薄樣板刀具端面0.8mm；兩塊夾板靠近工件表面一側(cè)應與超薄樣板刀具貼合緊密，沒有明顯的縫隙。利用穿過夾板兩側(cè)一一對應通孔的螺栓將兩塊夾板與超薄樣板刀具貼合夾緊如圖4所示。兩塊夾板把超薄樣板刀具夾在中間夾緊后，夾板與超薄樣板刀具之間不能有相互滑動，不能在夾板中間出現(xiàn)翹曲，夾板靠近超薄樣板刀具表面一側(cè)仍與超薄樣板刀具大表面保持良好貼合。
3、之后在夾好夾板的超薄樣板刀具端面和夾板仿形端面上涂一層大于0.05mm厚的激光熱處理吸光涂料并晾干。
4、將涂好激光熱處理吸光涂料的超薄樣板刀具和夾板預固定在激光加工機工作臺上，將光斑大小為Φ5mm的激光束焦點調(diào)到超薄樣板刀具端面上，并使光束軸線與超薄樣板刀具端面垂直。手動移動工作臺，調(diào)整工件和夾板使激光束沿被夾持的超薄樣板刀具端面中心線掃描加熱，并保持光束焦點始終落到端面上使光束軸線并與超薄樣板刀具端面垂直。啟動激光器和加工機床實施激光處理，激光功率為1300w，掃描速度為25mm/s。
5、激光束掃描通過所有需處理的端面后，取下超薄樣板刀具，去除夾具，即可得到如圖5所示的硬化層深為0.5mm，硬度HRc＞55，端面均勻的硬化層。
實施例4超薄樣板刀具1、首先制作兩塊形狀相同的長方形夾板，兩塊夾板長邊的一個端面加工成與超薄樣板刀具形狀接近的仿形面，并且夾板長度要大于超薄樣板刀具端面長邊25mm，夾板長出部分兩邊在垂直夾板表面方向各開有1～2個一一對應且大于Φ3mm的通孔，便于穿過螺栓并夾緊工件；其夾板寬度為10mm，夾板厚度為5mm，夾板比超薄樣板刀具端面高0.9mm。
2、接下來在超薄樣板刀具的大表面兩側(cè)，各放置一片夾板，兩夾板各自的仿形端面應與超薄樣板刀具的端面平行，且高出超薄樣板刀具端面0.8mm；兩塊夾板靠近工件表面一側(cè)應與超薄樣板刀具貼合緊密，沒有明顯的縫隙。利用穿過夾板兩側(cè)一一對應通孔的螺栓將兩塊夾板與超薄樣板刀具貼合夾緊如圖4所示。兩塊夾板把超薄樣板刀具夾在中間夾緊后，夾板與超薄樣板刀具之間不能有相互滑動，不能在夾板中間出現(xiàn)翹曲，夾板靠近超薄樣板刀具表面一側(cè)仍與超薄樣板刀具大表面保持良好貼合。
3、之后在夾好夾板的超薄樣板刀具端面和夾板仿形端面上涂一層大于0.05mm厚的激光熱處理吸光涂料并晾干。
4、將涂好激光熱處理吸光涂料的超薄樣板刀具和夾板預固定在激光加工機工作臺上，將光斑大小為Φ5mm的激光束焦點調(diào)到超薄樣板刀具端面上，并使光束軸線與超薄樣板刀具端面垂直。手動移動工作臺，調(diào)整工件和夾板使激光束沿被夾持的超薄樣板刀具端面中心線掃描加熱，并保持光束焦點始終落到端面上并使光束軸線與超薄樣板刀具端面垂直。啟動激光器和加工機床實施激光處理，激光功率為1600w，掃描速度為40mm/s。
5、激光束掃描通過所有需處理的端面后，取下超薄樣板刀具，去除夾具，即可得到如圖5所示的硬化層深為0.5mm，硬度HRc＞55，端面均勻的硬化層。
權利要求
1.一種用工件夾持法對薄壁件端面局部進行激光表面硬化處理的方法，通過如下步驟完成A、夾板制作工藝如下制作兩塊形狀相同的長方形夾板，兩塊夾板長邊的一個端面加工成與待處理薄壁工件端面形狀接近的仿形面，夾板長度要長出工件待處理端面長邊25mm，夾板長出部分兩邊在垂直夾板表面方向各開有對應的通孔；B、激光表面硬化處理的步驟如下(1)首先將夾板裝卡在薄壁工件大表面的兩側(cè)，兩夾板各自的仿形端面應與待處理薄壁件的端面平行，且高出待處理端面0～1.2mm；兩塊夾板靠近工件表面一側(cè)應與工件貼合緊密，利用穿過夾板兩側(cè)一一對應通孔的螺栓將兩塊夾板與工件貼合夾緊。(2)將夾好夾板待處理的工件端面和夾板仿形端面上涂一層激光熱處理吸光涂料并晾干。(3)將涂好激光熱處理吸光涂料的工件和夾板預固定在激光加工機工作臺上，將激光束焦點，光斑大小約Φ5-6mm調(diào)到待處理端面上，并使光束軸線與工件端面垂直；手動移動工作臺，調(diào)整工件和夾板使激光束沿被夾持的工件端面中心線掃描加熱，并保持光束焦點始終落到端面上并使光束軸線與工件端面垂直。啟動激光器和加工機床實施激光處理，激光功率為1000～1800w，掃描速度為20～40mm/s。(4)激光束掃描通過所有需處理的端面后，取下工件，去除夾具，即可得到深度大于0.5mm，硬度HRc＞55的工件硬化層。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用工件夾持法對薄壁件端面局部進行激光表面硬化處理的方法，其特征在于所述的夾板長度要長出工件待處理端面長邊25mm，夾板寬度為10～15mm，夾板厚度為2～7mm，夾板較薄壁件端面高0～1.2mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種用工件夾持法對薄壁件端面局部進行激光表面硬化處理的方法，其特征在于所述的夾板上開有大于Φ3mm的1～2個通孔。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種用工件夾持法對薄壁件端面局部進行激光表面硬化處理的方法，其特征在于所述的將夾好夾板待處理的工件端面和夾板仿形端面上涂一層大于0.05mm厚的激光熱處理吸光涂料并晾干。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用工件夾持法對薄壁件端面局部進行激光表面硬化處理的方法。將工件用夾板裝卡后用螺栓將兩塊夾板固定，并在端面上涂一層吸光涂料并晾干，調(diào)整工件和夾板使激光束沿被夾持的工件端面中心線掃描加熱，并保持光束焦點始終落到端面上并使光束軸線與工件端面垂直。其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能夠使加工工件的處理硬化層深淺度一致且表面平整。
文檔編號C21D1/09GK1580295SQ200410010848
公開日2005年2月16日 申請日期2004年5月14日 優(yōu)先權日2004年5月14日
發(fā)明者姚遠, 鄭培和, 魏偉, 喻浩淳, 陳明, 孔德舉, 秦芳 申請人:中國第一汽車集團公司