一種激光強(qiáng)化擠出機(jī)螺桿的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光強(qiáng)化擠出機(jī)螺桿的方法，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]擠出機(jī)螺桿是擠出機(jī)的核心部件，主要用于推送和擠壓各種成型原料。擠出設(shè)備在處理不同硬度、溫度或腐蝕性原料時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)使螺桿表面出現(xiàn)不同程度的磨損和腐蝕，表面尺寸失去精準(zhǔn)度，不能正常匹配料筒進(jìn)行擠壓，從而擠出效率和質(zhì)量下降。為保證螺桿的耐磨性能，傳統(tǒng)螺桿生產(chǎn)技術(shù)一般選用高速工具鋼基材，并在表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。常見的表面強(qiáng)化技術(shù)有電鍍，激光淬火，熱噴涂，堆焊等。激光熔覆作為一種新的表面技術(shù)，在螺桿的表面強(qiáng)化及修復(fù)方面有其獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
[0003]激光熔覆技術(shù)是一種新興的表面強(qiáng)化技術(shù)，利用這種技術(shù)在螺桿螺紋表面添加熔覆材料，并利用高能量密度的激光使其與螺紋基材一起熔化，并快速凝固結(jié)晶形成高硬度涂層，從而提升螺桿自身性能。在實(shí)際加工過程中，激光熔覆技術(shù)在螺桿的受損修復(fù)方面已經(jīng)得到普及，但并未在螺桿的生產(chǎn)制造中得到廣泛應(yīng)用，其關(guān)鍵原因主要是由于激光熔覆粉末材料及激光熔覆工藝問題，大面積激光強(qiáng)化螺桿使熔覆層表面出現(xiàn)斷裂，熔覆涂層極易脫落，綜合熔覆效率偏低，限制了該技術(shù)在螺桿生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用。因此尋求一種穩(wěn)定高效的螺桿生產(chǎn)配合激光強(qiáng)化的方法成為了該領(lǐng)域研究人員一直追尋的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種激光強(qiáng)化擠出機(jī)螺桿的方法，該方法利用大功率激光器經(jīng)聚焦鏡聚焦后使激光束作用于螺桿螺紋凹槽內(nèi)，利用旁軸送粉嘴將粉末送至激光焦點(diǎn)處，同時(shí)旋轉(zhuǎn)螺桿和移動(dòng)激光頭，保證激光在螺桿螺紋凹槽內(nèi)進(jìn)行熔覆。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的:一種激光強(qiáng)化擠出機(jī)螺桿的方法，包括以下步驟:1)螺紋表面處理；2)固定擠出機(jī)螺桿；3)控制激光光源；4)螺紋凹槽熔覆；5)修復(fù)涂層；6)檢測(cè)；其特征在于:
1)、螺紋表面處理:對(duì)擠出機(jī)螺桿的螺紋凹槽表面進(jìn)行除油除銹等處理；
2)、固定擠出機(jī)螺桿:擠出機(jī)螺桿一端夾在卡盤上，尾端用頂尖頂起，使其固定，用伺服電機(jī)帶動(dòng)卡盤旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)卡盤保證擠出機(jī)螺桿同心度；
所述的伺服電機(jī)為45W，用百分表及表座測(cè)量擠出機(jī)螺桿同心度。
[0006]3)、控制激光光源:激光器為一種光纖傳輸?shù)墓腆w激光器，利用機(jī)械臂控制光源移動(dòng)，通過旁軸送粉嘴將熔覆層粉末送至激光焦點(diǎn)處即在螺桿螺紋凹槽內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行熔覆；
所述的熔覆層粉末采用鎳基WC合金粉末，合金粉末摻有40%~60%的強(qiáng)化相顆粒WC，合金硬化層寬度(4~6)mm，厚度為(L4~1.6)mm，硬度為60~65HRC。
[0007]所述的鎳基WC 合金粉末化學(xué)成分為:40%T_Ni60A (w (C)〈1.1%、w (Si)〈5%、w (B) <
4.5%、w (Cr)〈20%、w (Fe)〈5%、N1: bal) +40%~75%WC 混合。
[0008]4)、螺紋凹槽熔覆:利用伺服電機(jī)帶動(dòng)卡盤旋轉(zhuǎn)，由6*2積分鏡作用在擠出機(jī)螺桿螺紋上，同時(shí)使激光光源直線運(yùn)動(dòng)，保證整個(gè)過程在螺桿螺紋凹槽內(nèi)進(jìn)行激光熔覆，激光的功率為1300~1500W，激光熔覆時(shí)掃描速度為250~500mm/min、激光焦距為200mm，熔覆層粉末流量為30~60g/min ；
5)、修復(fù)涂層:激光熔覆完一道后，檢查涂層是否達(dá)到寬度、厚度要求，如螺紋未達(dá)到指定寬度，在螺紋尾端沿與激光掃描垂直的方向調(diào)整動(dòng)機(jī)械臂，移動(dòng)距離為光斑直徑的50%~80%，反方向旋轉(zhuǎn)卡盤，同時(shí)激光光源向起點(diǎn)方向直線運(yùn)動(dòng)；
6)、檢測(cè):檢測(cè)涂層厚度及寬度是否達(dá)到要求，如果沒有，重復(fù)步驟2)— 4)，直到涂層達(dá)到預(yù)期要求。
[0009]本發(fā)明，大大延遲了普通螺桿受損后的修復(fù)和更換時(shí)間，在提高螺桿性能的前期下延長(zhǎng)了螺桿的使用壽命，用激光對(duì)其表面強(qiáng)化可以在高效率的條件下獲得高質(zhì)量的硬質(zhì)合金涂層。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1以為本發(fā)明的一種激光強(qiáng)化擠出機(jī)螺桿方法的裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1
在擠出機(jī)螺桿螺紋表面采用高功率激光熔覆的方法制備鎳基碳化鎢涂層，該涂層寬度為6mm,厚度為1.5mm。
[0012]本實(shí)施例的實(shí)施過程如圖1所示。
[0013]1、采用濃度99%的工業(yè)酒精對(duì)擠出機(jī)螺桿的螺紋凹槽7表面進(jìn)行擦拭去油。
[0014]2、擠出機(jī)螺桿4 一端夾在卡盤I上，尾端用頂尖2頂起，使其固定，用45W伺服電機(jī)3帶動(dòng)卡盤旋轉(zhuǎn)，用百分表及表座調(diào)節(jié)卡盤，保證螺桿同心度。
[0015]3、一束由光纖傳輸?shù)墓腆w激光器發(fā)出的激光經(jīng)光纖8傳輸，激光頭固定在機(jī)械臂5，經(jīng)聚焦透鏡(焦距為200mm，離焦量為+1mm)聚焦后，由6*2積分鏡9 (使激光圓形光斑轉(zhuǎn)變?yōu)榉叫喂獍?，方形光斑長(zhǎng)和寬分別為6mm、2mm)轉(zhuǎn)換后作用在擠出機(jī)螺桿螺紋上，激光功率設(shè)為1300~1500W，光斑中心與螺桿螺紋凹槽中心對(duì)齊?？刂萍す鈷呙杷俣扰c卡盤旋轉(zhuǎn)速度之間的配合，運(yùn)行過程中可合理微調(diào)激光直線速度，確保整個(gè)激光熔覆過程在螺桿螺紋凹槽內(nèi)進(jìn)行。
[0016]4、利用旁軸送粉嘴6將粉末送至焦點(diǎn)處，設(shè)定機(jī)械臂5和卡盤運(yùn)動(dòng)速度，保證在整個(gè)激光熔覆過程中激光光源在螺紋凹槽內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)；激光掃描速度為250~500mm/min，粉末流量為60~80g/min，熔覆層快速凝固并結(jié)晶形成涂層，鎳基碳化鎢粉末的化學(xué)成分為 40%T-Ni60A (w (C)〈1.1%, w (Si) <5%, w (B) < 4.5%, w (Cr) <20%, w (Fe) <5%, N1:bal)+50%WC混合，其粒度為45~109 μ m。
[0017]5、螺紋熔覆完成一道后，檢查涂層是否達(dá)到與其寬度、厚度要求，如果沒有，在螺紋尾端沿與激光掃描垂直的方向調(diào)整動(dòng)機(jī)械臂5，移動(dòng)距離為光斑直徑的50%~80%，反方向旋轉(zhuǎn)卡盤，同時(shí)激光光源向起點(diǎn)方向直線運(yùn)動(dòng)，保證在整個(gè)激光熔覆過程中激光光源在擠出機(jī)螺桿螺紋凹槽內(nèi)，重復(fù)上述步驟，直到涂層精度達(dá)到要求。
[0018]6、熔覆結(jié)束后觀察其表面涂層無(wú)脫落情況，探傷后無(wú)裂紋。采用金相切割機(jī)取部分試樣，進(jìn)行打磨拋光，用無(wú)水乙醇清洗并吹干，在DHV-1000Z型數(shù)顯顯微維氏硬度計(jì)下測(cè)量其硬度，螺紋熔覆層顯微硬度與螺桿基材相比提高了 2倍左右，用此方法加工生產(chǎn)擠出機(jī)螺桿與傳統(tǒng)螺桿產(chǎn)品相比性能有很大提高。
[0019]本發(fā)明，1、解決了擠出機(jī)螺桿易損壞、使用時(shí)間短等缺點(diǎn)，大大延長(zhǎng)了螺桿的使用壽命；2、螺紋熔覆涂層組織致密，無(wú)氣孔和裂紋，具有超高硬度及耐磨性等特點(diǎn)，比普通螺桿性能高3~5倍；3、可操作性強(qiáng)，步驟簡(jiǎn)單，能大大提高工作效率，在螺桿制造行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用潛力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光強(qiáng)化擠出機(jī)螺桿的方法，包括以下步驟:1)螺紋表面處理；2)固定擠出機(jī)螺桿；3)控制激光光源；4)螺紋凹槽熔覆；5)修復(fù)涂層；6)檢測(cè)；其特征在于: 1)、螺紋表面處理:對(duì)擠出機(jī)螺桿的螺紋凹槽表面進(jìn)行除油除銹等處理； 2)、固定擠出機(jī)螺桿:擠出機(jī)螺桿一端夾在卡盤上，尾端用頂尖頂起，使其固定，用伺服電機(jī)帶動(dòng)卡盤旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)卡盤保證擠出機(jī)螺桿同心度； 3)、控制激光光源:激光器為一種光纖傳輸?shù)墓腆w激光器，利用機(jī)械臂控制光源移動(dòng)，通過旁軸送粉嘴將熔覆層粉末送至激光焦點(diǎn)處即在螺桿螺紋凹槽內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行熔覆； 4)、螺紋凹槽熔覆:利用伺服電機(jī)帶動(dòng)卡盤旋轉(zhuǎn)，由6*2積分鏡轉(zhuǎn)換后作用在擠出機(jī)螺桿螺紋上，同時(shí)使激光光源直線運(yùn)動(dòng)，保證整個(gè)過程在螺桿螺紋凹槽內(nèi)進(jìn)行激光熔覆，激光的功率為1300~1500W，激光熔覆時(shí)掃描速度為250~500mm/min、激光焦距為200mm，熔覆層粉末流量為30~60g/min ； 5)、修復(fù)涂層:激光熔覆完一道后，檢查涂層是否達(dá)到寬度、厚度要求，如螺紋未達(dá)到指定寬度，在螺紋尾端沿與激光掃描垂直的方向調(diào)整動(dòng)機(jī)械臂，移動(dòng)距離為光斑直徑的50%~80%，反方向旋轉(zhuǎn)卡盤，同時(shí)激光光源向起點(diǎn)方向直線運(yùn)動(dòng)； 6)、檢測(cè):檢測(cè)涂層厚度及寬度是否達(dá)到要求，如果沒有，重復(fù)步驟2)— 4)，直到涂層達(dá)到預(yù)期要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光強(qiáng)化擠出機(jī)螺桿的方法，其特征在于:所述的步驟2)中，伺服電機(jī)為45W，用百分表及表座測(cè)量擠出機(jī)螺桿同心度。
3.權(quán)利要求1所述的一種激光強(qiáng)化擠出機(jī)螺桿的方法，其特征在于:所述的步驟3)中的熔覆層粉末采用鎳基WC合金粉末，合金粉末摻有40%~60%的強(qiáng)化相顆粒WC，合金硬化層寬度(4~6) mm,厚度為(1.4-1.6) mm,硬度為 60~65HRC。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種激光強(qiáng)化擠出機(jī)螺桿的方法，其特征在于:所述的鎳基 WC 合金粉末化學(xué)成分為:40%T-Ni60A (w (C)〈1.1%、w (Si)〈5%、w (B) < 4.5%、w (Cr)〈20%、w (Fe)〈5%、N1: bal) +40%~75%WC 混合。
【專利摘要】一種激光強(qiáng)化擠出機(jī)螺桿的方法，包括以下步驟：1）螺紋表面處理；2）固定擠出機(jī)螺桿；3）控制激光光源；4）螺紋凹槽熔覆；5）修復(fù)涂層；6）檢測(cè)。本發(fā)明，可大幅度提高擠出機(jī)螺桿使用壽命的前提下縮短螺桿加工時(shí)間，提高工作效率，操作簡(jiǎn)單，可控性強(qiáng)，節(jié)約螺桿生產(chǎn)成本。
【IPC分類】C23C24-10
【公開號(hào)】CN104611695
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510048415
【發(fā)明人】王凱, 李達(dá), 林培晨, 林學(xué)春
【申請(qǐng)人】江蘇中科四象激光科技有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日