提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法，其包括如下步驟：a）依據(jù)鉸刀實(shí)際工作角度的大小，對(duì)鉸刀刀頭表面進(jìn)行角度分析，控制激光束的加工走向；b）采用同軸送粉的方式，利用激光器所發(fā)出的激光束，使基材表面迅速融化，并通過(guò)添加鈷基陶瓷合金粉末在基材表面形成一層熔覆層；c）對(duì)熔覆后的鉸刀刀頭進(jìn)行后期機(jī)加工。該激光熔覆方法的優(yōu)點(diǎn)如下：熔覆之后的鉸刀刀頭獲得了較高的耐磨性，提高了鉸刀的剛性，減小了鉸制孔的尺寸誤差。延長(zhǎng)了鉸刀的使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光加工制造領(lǐng)域，特別是指一種提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光具有高亮度、高方向性、高單色性、高相干性的特點(diǎn)，現(xiàn)在正被越來(lái)越多的領(lǐng)域所使用，激光熔覆就是表面處理技術(shù)中的一種。概括的說(shuō)，激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金屬材料表面，基材表面被迅速融化，液態(tài)的金屬形成一個(gè)小規(guī)模的熔池，同時(shí)填注新的粉末材料，在這個(gè)熔池中，原本的金屬材料與被添加的粉末相互混合，形成一層新的液態(tài)金屬層。待激光光束經(jīng)過(guò)以后，液態(tài)金屬層迅速冷卻由此在金屬表面形成一層固態(tài)的熔覆層。激光熔覆可及大的改變?cè)撽P(guān)鍵部位的金屬性能，如硬度、耐磨性、耐熱性、抗腐蝕性等。
[0003]鉸刀是一種用以切除已加工孔表面金屬的旋轉(zhuǎn)刀具，經(jīng)鉸削加工后的孔可獲得精準(zhǔn)的尺寸和形狀，其鉸刀的最主要作用也就是為了提高孔的加工精度，降低其表面的粗糙度，是用于精加工和半精加工的刀具，其加工余量一般很小。
[0004]目前，由于機(jī)械化程度發(fā)展的步伐較快，在應(yīng)用于機(jī)械加工中對(duì)孔的加工精度要求較高，其鉸刀的應(yīng)用率就很高了，在實(shí)際操作過(guò)程中，鉸刀都是需要通過(guò)連接到電機(jī)主軸上才能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工，所以就手動(dòng)鉸刀來(lái)說(shuō)，對(duì)機(jī)用鉸刀的剛性和耐磨性的要求就比較高?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)絕大所數(shù)的廠家生產(chǎn)的鉸刀均存在如下問(wèn)題:1)孔徑增大，誤差大；2)孔徑縮??；3)鉸出的內(nèi)孔不圓；4)孔的內(nèi)表面有明顯的棱面；5)內(nèi)孔表面粗糙度值高；6)鉸出的孔位置精度超差；7)鉸刀刀齒崩刃；8)鉸刀后孔的中`心線不直；9)鉸刀的使用壽命低。

【發(fā)明內(nèi)容】

`[0005]本發(fā)明提供了一種提高`機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法。熔覆之后的鉸刀刀頭獲得了較高的耐磨性，提高了鉸刀的剛性，減小了鉸制孔的尺寸誤差。延長(zhǎng)了鉸刀的使用壽命。
[0006]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案如下:
a.鉸刀在加工工件時(shí)，為了保證工件的加工質(zhì)量，對(duì)鉸刀刀頭的工作角度有一定的要求限制。在激光熔覆時(shí)，通過(guò)本行業(yè)通用專(zhuān)業(yè)設(shè)備工業(yè)PC，對(duì)鉸刀工作部分的倒錐度進(jìn)行角度分析，控制激光束的加工走向；
b.鉸刀材料為硬質(zhì)合金鋼，選用激光發(fā)生器，采用同軸送粉方式對(duì)鉸刀刀頭進(jìn)行激光熔覆，其中合金粉末配方為鈷基陶瓷合金粉末。激光熔覆過(guò)程中，對(duì)激光熔覆區(qū)域進(jìn)行惰性氣體保護(hù)；
c.激光熔覆后，對(duì)鉸刀外形尺寸或表面精度未符合設(shè)計(jì)要求的部位進(jìn)行后期機(jī)加工。 作為一種優(yōu)選方案，鉸刀在對(duì)工件進(jìn)行加工的過(guò)程中，工件的材質(zhì)，工藝流程等要求的
不同，鉸刀的實(shí)際工作角度也不盡相同，其工作角度(如圖3)范圍為:主偏角Kr =3°~45°，前角gamma 0=0°~10°，后角αo =6°~8°，刃傾角gamma s=0°~20°。在對(duì)鉸刀工作部分進(jìn)行激光熔覆時(shí)，需結(jié)合鉸刀刀頭工作角度的特殊性，在鉸刀刀頭端側(cè)與刀齒處作為熔覆開(kāi)始時(shí)的起始位置，對(duì)刀鋒相臨的兩個(gè)面進(jìn)行激光熔覆。激光束從起始點(diǎn)開(kāi)始，往刀柄方向，做橫向往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。該激光束的走向能夠使鉸刀刀頭表層冷卻凝固成一層均勻的熔覆層，便于車(chē)刀的后期機(jī)加工處理。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，采用工業(yè)PC控制激光束的加工走向，同時(shí)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位，保證激光加工頭與鉸刀刀頭的工作角度。
[0008]作為一種優(yōu)選方案，選用的激光發(fā)生器有二氧化碳激光發(fā)生器，等離子激光發(fā)生器以及光纖激光發(fā)生器等。
[0009]作為一種優(yōu)選方案，米用的鈷基陶瓷合金粉末配方為:包含12-14%的三氧化二鋁，0.2-0.3%的碳，1-3%的氟化鈣，3-5%的氮化硅，3-4%的硼，0.2-0.6%的釩，3-5%的硅，
6-8%的鐵，18-20%的鑰，余量為Co基和不可避免的雜質(zhì)；其中，以上各種元素的含量為重量百分比含量。B和Si本身具有脫氧造渣、除氣和良好的浸潤(rùn)性能，且能與大多數(shù)合金元素形成低熔點(diǎn)共晶，使合金的熔點(diǎn)降低。
[0010]作為一種優(yōu)選方案，激光熔覆過(guò)程中的惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?br> [0011]作為一種優(yōu)選方案，采用的激光發(fā)生器的參數(shù)選用范圍為:激光功率為2000~5000W，激光多道次搭接率為30~60%，激光與熔覆層的夾角為80°~85°，激光掃描寬度為2~6mm,激光掃描速度為I~2m/min,送粉量為8~20g/min。
[0012]作為一種優(yōu)選方案，所獲得的熔覆層厚度為0.5~3mm。
[0013]作為一種優(yōu)選方案，激光熔覆后的工件，外形尺寸和表面精度均未符合設(shè)計(jì)要求，所以對(duì)鉸刀需要進(jìn)行后期機(jī)加工，保證鉸刀達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)化的標(biāo)準(zhǔn)。用銑床對(duì)激光熔覆后的鉸刀表面進(jìn)行銑削，除去凹凸不平的一層熔覆層，然后對(duì)銑削過(guò)后的鉸刀表面進(jìn)行拋光處理，提高鉸刀表面的精度。最后，在刀柄與鉸刀頭處開(kāi)設(shè)有過(guò)渡段，提高刀柄與鉸刀頭的連接強(qiáng)度，延長(zhǎng)鉸刀的使用壽命。
[0014]該激光熔覆方法所獲得的有益效果為:
1)鉸刀刀頭表層獲得了較高的耐磨性、抗疲勞強(qiáng)度和剛性，延長(zhǎng)了鉸刀的使用壽命；
2)在后期機(jī)加工時(shí)，主要是對(duì)鉸刀刀頭表面的一層熔覆層進(jìn)行機(jī)加工，與未進(jìn)行激光 熔覆的刀頭相比，鉸刀刀頭不容易產(chǎn)生裂紋；
3)提高了鉸刀刀頭內(nèi)部的綜合力學(xué)性能，獲得了良好的組織性能；
4)鉸刀刀頭能夠一次成型使用；
節(jié)省硬質(zhì)合金刀頭的制造成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明
圖1為本發(fā)明提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法中所述的機(jī)用直柄鉸刀。
[0016]圖2為本發(fā)明提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法中所述的機(jī)用直柄鉸刀的刀齒。
[0017]圖3為本發(fā)明提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法中所述的機(jī)用直柄鉸刀刀頭的幾何角度。[0018]圖4為圖3C-C的剖面圖。
[0019]附圖中所標(biāo)注的序列號(hào)含義如下:
1.刀柄部分、2鉸刀刀頭、3端側(cè)、4刀齒、5前角、6后角。
【具體實(shí)施方式】
[0020]通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行如下詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]以機(jī)用直柄鉸刀刀頭為例，對(duì)鉸刀刀頭進(jìn)行激光熔覆步驟如下:
1.熔覆前檢查機(jī)器設(shè)備的良好，采用光纖激光發(fā)生器，能夠減少激光在傳輸過(guò)程中的能量損失。
[0022]2.熔覆前對(duì)光路系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)制。把光斑形狀調(diào)制成方形光斑，控制激光束光斑能量均勻方向成90°角行走。
[0023]3.熔覆前將鉸刀刀頭表面預(yù)處理，除去鉸刀刀頭的表面油潰和鐵銹。
[0024]4.激光熔覆過(guò)程中的惰性氣體為氮?dú)狻?br> [0025]5.對(duì)機(jī)用直柄鉸刀刀頭進(jìn)行激光熔覆時(shí)的工作角度做出如下兩種方案:
實(shí)施方案一:
選用固體激光發(fā)生器，激光發(fā)生器的工藝參數(shù)為:激光功率為2000W，激光多道次搭接率為30%，激光束的角度為80°，激光掃描寬度為6mm，激光掃描速度為lm/min，送粉量為8g/min。`
[0026]預(yù)制粉末:選用鈷基陶瓷合金粉末配方包含12%的三氧化二鋁，0.2%的碳，1%的氟化鈣，3%的氮化硅，3%的硼，0.2%的銀，3%的硅，6%的鐵，18%的鑰，余量為Co基和不可避免的雜質(zhì)；其中，以上各種元素的含量為重量百分比含量。
[0027]激光加工頭與車(chē)刀表面的夾角參數(shù):
a)機(jī)用直柄鉸刀刀頭主偏角的大小為Kr=15° ；
b)機(jī)用直柄鉸刀刀頭前角的大小為前角Y0=0°；
c)機(jī)用直柄鉸刀刀頭后角的大小為αο =6° ；
d)機(jī)用直柄鉸刀刀頭刃傾角的大小為λs=0° ；
在鉸刀刀頭端側(cè)與刀齒處作為熔覆開(kāi)始時(shí)的起始位置，對(duì)刀鋒相臨的兩個(gè)面進(jìn)行激光熔覆。激光束從起始點(diǎn)開(kāi)始，往刀柄方向，做橫向往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。直到鉸刀整體總長(zhǎng)的1/3處停止熔覆，然后激光束再次回到熔覆開(kāi)始時(shí)的起始位置，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到下個(gè)端側(cè)與刀齒處，進(jìn)行第二個(gè)刀齒表面的激光熔覆，激光束行走方式仍然為橫向往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。其中，橫向往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指:激光束從端側(cè)與刀齒處為起始點(diǎn)開(kāi)始，在激光熔覆刀齒兩側(cè)面時(shí)，激光束沿著鉸刀軸線的，往刀柄方向運(yùn)動(dòng)，到達(dá)鉸刀總長(zhǎng)的1/3處，接著激光束偏移三分之二的激光掃描寬度，往回做平行于軸線的激光束加工運(yùn)動(dòng)，如此，在鉸刀表面形成S形激光束加工走向，完成激光束作用于鉸刀表面的橫向往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
[0028]用銑床對(duì)激光熔覆后的鉸刀表面進(jìn)行銑削，除去凹凸不平的一層熔覆層，然后對(duì)銑削過(guò)后的鉸刀表面進(jìn)行拋光處理，去報(bào)刀刃的鋒利。最后，在刀柄與鉸刀頭處開(kāi)設(shè)有過(guò)渡段，提高刀柄與鉸刀頭的連接強(qiáng)度，延長(zhǎng)鉸刀的使用壽命。
[0029]獲得熔覆層的熔覆厚度達(dá)到3mm。
[0030]熔覆后檢測(cè)并記錄，不允許有裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。[0031]根據(jù)實(shí)施方案一，在生產(chǎn)過(guò)程中，前角的角度便于控制。鉸孔質(zhì)量適用于精鉸。無(wú)刃傾角，所以不能使切削過(guò)程平穩(wěn)，也不能顯著提高鉸孔質(zhì)量。
[0032]實(shí)施方案二:
選用光纖激光發(fā)生器，激光發(fā)生器的工藝參數(shù)為:激光功率為5000W，激光多道次搭接率為60%，激光束的角度為85°，激光掃描寬度為2mm，激光掃描速度為2m/min，送粉量為20g/mino
[0033]預(yù)制粉末:選用鈷基陶瓷合金粉末配方包含14%的三氧化二鋁，0.3%的碳，3%的氟化鈣，5%的氮化硅，4%的硼，0.6%的銀，5%的娃，8%的鐵，20%的鑰，余量為Co基和不可避免的雜質(zhì)；其中，以上各種元素的含量為重量百分比含量。
[0034]激光加工頭與車(chē)刀表面的夾角參數(shù):
a)機(jī)用直柄鉸刀刀頭主偏角的大小為Kr=45° ；
b)機(jī)用直柄鉸刀刀頭前角的大小為前角Y0=10° ;
c)機(jī)用直柄鉸刀刀頭后角的大小為αο =8° ；
d)機(jī)用直柄鉸刀刀頭刃傾角的大小為XS=20°;
鉸刀刀頭端側(cè)與刀齒處作為熔覆開(kāi)始時(shí)的起始位置，對(duì)刀鋒相臨的兩個(gè)面進(jìn)行激光熔覆。激光束從起始點(diǎn)開(kāi)始，往刀柄方向，做橫向往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。直到鉸刀整體總長(zhǎng)的1/3處停止熔覆，然后激光束再次回到熔覆開(kāi)始時(shí)的起始位置，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到下個(gè)端側(cè)與刀齒處，進(jìn)行第二個(gè)刀齒表面的激光熔覆，激光束行走方式仍然為橫向往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
[0035]用銑床對(duì)激光熔覆`后的鉸刀表面進(jìn)行銑削，除去凹凸不平的一層熔覆層，然后對(duì)銑削過(guò)后的鉸刀表面進(jìn)行拋光處理，去報(bào)刀刃的鋒利。最后，在刀柄與鉸刀頭處開(kāi)設(shè)有過(guò)渡段，提高刀柄與鉸刀頭的連接強(qiáng)度，延長(zhǎng)鉸刀的使用壽命。
[0036]獲得熔覆層的熔覆厚度達(dá)到0.5mm。
[0037]熔覆后檢測(cè)并記錄，不允許有裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。
[0038]根據(jù)實(shí)施方案二，適用于粗鉸和鉸盲孔時(shí)，加工韌性材料時(shí)，可以減小切屑變形，可以使鉸削時(shí)切屑向前排出，不致于劃傷已加工表面。在加工盲孔時(shí)，可在這種帶刃傾角的鉸刀前端開(kāi)出一較大的凹坑，以容納切屑。
[0039]以上所述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選方案，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明在上述所說(shuō)的基礎(chǔ)上，可以有各種更改和變化。在此無(wú)法對(duì)所有實(shí)施方式進(jìn)行一一列舉。凡在本發(fā)明原則之內(nèi)，或者由本發(fā)明的精神所引申出的顯而易見(jiàn)的變動(dòng)均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法，其特征在于：a.鉸刀在加工工件時(shí)，為了保證工件的加工質(zhì)量，對(duì)鉸刀刀頭的工作角度有一定的要 求限制；在激光熔覆時(shí)，通過(guò)本行業(yè)通用專(zhuān)業(yè)設(shè)備工業(yè)PC，對(duì)鉸刀工作部分的倒錐度進(jìn)行角度 分析，控制激光束的加工走向；b.鉸刀材料為硬質(zhì)合金鋼，選用激光發(fā)生器，采用同軸送粉方式對(duì)鉸刀刀頭進(jìn)行激光 熔覆，其中合金粉末配方為鈷基陶瓷合金粉末；激光熔覆過(guò)程中，對(duì)激光熔覆區(qū)域進(jìn)行惰性氣體保護(hù)；c.激光熔覆后，對(duì)鉸刀外形尺寸或表面精度未符合設(shè)計(jì)要求的部位進(jìn)行后期機(jī)加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法，其特征a在于： 鉸刀在對(duì)工件進(jìn)行加工的過(guò)程中，工件的材質(zhì)，工藝流程等要求的不同，鉸刀的實(shí)際工作角 度也不盡相同，其工作角度范圍為：主偏角Kr =3°45°，前角Y0=0°?10°，后角a0 =6°?8°，刃傾角XS=0°?20° ;在對(duì)鉸刀工作部分進(jìn)行激光熔覆時(shí)，需結(jié)合鉸刀刀頭 工作角度的特殊性，在鉸刀刀頭端側(cè)與刀齒處作為熔覆開(kāi)始時(shí)的起始位置，對(duì)刀鋒相臨的 兩個(gè)面進(jìn)行激光熔覆；激光束從起始點(diǎn)開(kāi)始，往刀柄方向，做橫向往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；該激光束的走向能夠使鉸刀 刀頭表層冷卻凝固成一層均勻的熔覆層，便于車(chē)刀的后期機(jī)加工處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1?2所述的提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法，其特征在 于：采用工業(yè)PC控制激光束的加工走向，同時(shí)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法，其特征b中， 選用的激光發(fā)生器有二氧化碳激光發(fā)生器，等離子激光發(fā)生器以及光纖激光發(fā)生器等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法，其特征b中， 采用的鈷基陶瓷合金粉末配方為：包含12-14%的三氧化二鋁，0. 2-0. 3%的碳，1-3%的氟化 ?丐，3-5%的氮化硅，3-4%的硼，0. 2-0. 6%的釩，3-5%的硅，6-8%的鐵，18-20%的鑰，余量為 Co基和不可避免的雜質(zhì)；其中，以上各種元素的含量為重量百分比含量；B和Si本身具有脫氧造渣、除氣和良好的浸潤(rùn)性能，且能與大多數(shù)合金元素形成低熔 點(diǎn)共晶，使合金的熔點(diǎn)降低；激光熔覆過(guò)程中的惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法，其特征b中， 采用的激光發(fā)生器的參數(shù)選用范圍為：激光功率為2000?5000W，激光多道次搭接率為 30?60%，激光與熔覆層的夾角為80°?85°，激光掃描寬度為2?6mm，激光掃描速度為 1?2m/min,送粉量為8?20g/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6所述的提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法，所獲得的 熔覆層厚度為0. 5?3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?7所述的提高機(jī)用直柄鉸刀刀頭性能的激光熔覆方法，其特征c 中，激光熔覆后的工件，外形尺寸和表面精度均未符合設(shè)計(jì)要求，所以對(duì)鉸刀需要進(jìn)行后期 機(jī)加工，保證鉸刀達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)化的標(biāo)準(zhǔn)；用銑床對(duì)激光熔覆后的鉸刀表面進(jìn)行銑削，除去 凹凸不平的一層熔覆層，然后對(duì)銑削過(guò)后的鉸刀表面進(jìn)行拋光處理，提高鉸刀表面的精度； 最后，在刀柄與鉸刀頭處開(kāi)設(shè)有過(guò)渡段，提高刀柄與鉸刀頭的連接強(qiáng)度，延長(zhǎng)鉸刀的使用壽 命。
【文檔編號(hào)】B23K26/34GK103498144SQ201310396980
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】季永清 申請(qǐng)人:江蘇翌煜能源科技發(fā)展有限公司