專利名稱：鑄鐵凸輪軸激光熔凝表面強(qiáng)化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳動(dòng)裝置加工領(lǐng)域，更具體地說，是涉及一種凸輪軸激光熔凝表面強(qiáng)化工藝。
背景技術(shù)：
凸輪軸是傳動(dòng)裝置所需重要零件之一，要有一定的硬度來保證其耐磨性。整軸有較高的精度，變形量不超過0.02mm，為滿足上述要求，一般用中頻淬火或等溫鹽浴淬火。由于汽車等行業(yè)的發(fā)展，對(duì)凸輪軸材質(zhì)性能也提出了各種不同的要求，在成本合理的前提下， 激光熔凝凸輪軸表面是增加其耐磨性的方法之一。它是利用激光的一些特性來達(dá)到快速局部熔凝的高新技術(shù)，與傳統(tǒng)表面強(qiáng)化技術(shù)相比，它具有一系列優(yōu)點(diǎn)組織細(xì)化，硬度高，不變形，可以通過改變激光工藝參數(shù)的方法，根據(jù)凸輪軸桃不同部位受力狀況不同，來獲得所需熔凝部位、層深和組織結(jié)構(gòu)。但目前激光熔凝工藝加工鑄鐵凸輪軸表面存在裂紋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種鑄鐵凸輪軸激光熔凝表面強(qiáng)化工藝。本發(fā)明鑄鐵凸輪軸激光熔凝表面強(qiáng)化工藝，通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)，a.用丙酮清洗干凈待加工凸輪軸，表面刷增強(qiáng)吸收涂料；
b.將上述凸輪軸放置恒溫箱中在200°C保溫1小時(shí)，
c.采用5KW橫流CO2激光器，激光束經(jīng)拋物面反射聚焦鏡聚焦后形成均勻光束，多模式光斑；調(diào)整聚焦鏡與工件間距離，來確定光斑直徑；在功率密度P=500-800w、掃描速度 V=20-25mm/s、光斑直徑d=2. 2_3mm條件下進(jìn)行激光熔凝處理；在加工過程中使用氦氣側(cè)吹保護(hù)激光熔凝部位。使用本發(fā)明工藝硬化后的鑄鐵凸輪軸表面沒有軟帶間隔，手感平整光滑，宏觀無彎曲變形，微觀無因內(nèi)應(yīng)力引發(fā)的裂紋和氣孔缺陷，檢測(cè)表面各處硬度平均達(dá)到HV700-810 (HRC59-64)。用中頻淬火或等溫鹽浴淬火處理鑄鐵凸輪軸，表面各處硬度平均達(dá)到 HV510-580 (HRC50-57)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，在熱量值一定的情況下，可根據(jù)具體條件及參數(shù)范圍選用合理的激光功率P (W)、掃描速度V (mm/s)、光斑直徑d (mm)。綜合工藝參數(shù)q=p/dv (激光比能J/ mm2)，改變激光比能 q (4. 5-13J/mm2)、掃描速度 ν (10-35mm/s)、光斑直徑 d (1.5-4mm)。q 值的增大，硬化層深度也增大；凸輪軸的表面硬度也隨其由低向高變化，并在q=10J/mm2達(dá)到峰值(HV820)，然后q再增加，硬度逐步減少。當(dāng)激光比能為10J/mm2時(shí)(p=800w，V=25mm/ s,d=3. 2mm)可獲得組織均勻致密，表面比較平整光滑的熔凝層。在高功率激光作用下金相組織分三層，表層(熔凝區(qū))為細(xì)密條狀?yuàn)W氏體(HV810)，過度層(相變硬化區(qū))為更為細(xì)小的萊氏體和較多的粗針狀馬氏體+殘留奧氏體+未熔石墨(HV800)，里層(未熔區(qū))由細(xì)小的高碳針狀馬氏體+殘留奧氏體+石墨組成(HV720)。此外石墨發(fā)生溶解，進(jìn)入基體，增加了炭量，這樣它就由一個(gè)極軟的弱化相變成了一個(gè)優(yōu)良的強(qiáng)化相，從而大大提高鑄鐵零件的耐磨性能，結(jié)果見圖1。


圖1是耐磨試驗(yàn)對(duì)照結(jié)果圖； 圖2 是激光熔凝裝置框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。實(shí)施例1
a.用丙酮清洗干凈待加工凸輪軸，表面刷增強(qiáng)吸收涂料；所述涂料為Al2O3與工業(yè)酒精混合，比例為1 :0. 75，通過攪拌器均勻攪拌，
b.將上述凸輪軸放置恒溫箱中在200°C保溫1小時(shí)，
c.采用5KW橫流CO2激光器，激光束經(jīng)拋物面反射聚焦鏡聚焦后形成均勻光束，多模式光斑；調(diào)整聚焦鏡與工件間距離，來確定光斑直徑；在功率密度P=800w、掃描速度v=25mm/ s、光斑直徑d=3mm條件下進(jìn)行激光熔凝處理；在加工過程中使用氦氣側(cè)吹保護(hù)激光熔凝部位。實(shí)施例2:
a.用丙酮清洗干凈待加工凸輪軸，表面刷增強(qiáng)吸收涂料；所述涂料為Ni60+60%Cr3C2與工業(yè)酒精混合，比例為1 :0. 50，通過攪拌器均勻攪拌，
b.將上述凸輪軸放置恒溫箱中在200°C保溫1小時(shí)，
c.采用5KW橫流CO2激光器，激光束經(jīng)拋物面反射聚焦鏡聚焦后形成均勻光束，多模式光斑；調(diào)整聚焦鏡與工件間距離，來確定光斑直徑；在功率密度P=650w、掃描速度v=20mm/ s、光斑直徑d=3mm條件下進(jìn)行激光熔凝處理；在加工過程中使用氦氣側(cè)吹保護(hù)激光熔凝部位。實(shí)施例3:
a.用丙酮清洗干凈待加工凸輪軸，表面刷增強(qiáng)吸收涂料；所述涂料為M60合金粉末與工業(yè)酒精混合，比例為1 :0. 70，通過攪拌器均勻攪拌，
b.將上述凸輪軸放置恒溫箱中在200°C保溫1小時(shí)，
c.采用5KW橫流CO2激光器，激光束經(jīng)拋物面反射聚焦鏡聚焦后形成均勻光束，多模式光斑；調(diào)整聚焦鏡與工件間距離，來確定光斑直徑；在功率密度P=500w、掃描速度v=20mm/ s、光斑直徑d=2. 5mm條件下進(jìn)行激光熔凝處理；在加工過程中使用氦氣側(cè)吹保護(hù)激光熔凝部位?，F(xiàn)有激光熔凝裝置如圖1所示，激光束位置固定，通過微機(jī)控制工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，以及激光功率等參數(shù)變化、獲得良好的硬化性能，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。激光熔凝伴隨有傳熱、輻射、固化、分子取相及可能的結(jié)晶等物理變化，這些過程的進(jìn)展特點(diǎn)取決于激光強(qiáng)度(功率密度)、持續(xù)時(shí)間(掃描速度)、光斑直徑以及被加工材料的性能等工藝參數(shù)。上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明 設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種鑄鐵凸輪軸激光熔凝表面強(qiáng)化工藝，其特征是，按照下述步驟進(jìn)行a.用丙酮清洗干凈待加工凸輪軸，表面刷增強(qiáng)吸收涂料；b.將上述凸輪軸放置恒溫箱中在200°C保溫1小時(shí)，c.采用5KW橫流CO2激光器，激光束經(jīng)拋物面反射聚焦鏡聚焦后形成均勻光束，多模式光斑；調(diào)整聚焦鏡與工件間距離，來確定光斑直徑；在功率密度P=500-800w、掃描速度 V=20-25mm/s、光斑直徑d=2. 5_3mm條件下進(jìn)行激光熔凝處理；在加工過程中使用氦氣側(cè)吹保護(hù)激光熔凝部位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄鐵凸輪軸激光熔凝表面強(qiáng)化工藝，其特征是，所述增強(qiáng)吸收的涂料為Al2O3與工業(yè)酒精混合，比例為1 :0. 75，或?yàn)镹i60+60% Cr3C2與工業(yè)酒精混合， 比例為1 :0. 50,或Ni60合金粉末與工業(yè)酒精混合，比例為1 :0. 70，均通過攪拌器均勻攪拌。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄鐵凸輪軸激光熔凝表面強(qiáng)化工藝，其特征是，所述步驟c中在功率密度P=800w、掃描速度v=25mm/S、光斑直徑d=3mm條件下進(jìn)行激光熔凝處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鑄鐵凸輪軸激光熔凝表面強(qiáng)化工藝。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)，a.用丙酮清洗干凈待加工凸輪軸，表面刷增強(qiáng)吸收涂料;b.將上述凸輪軸放置恒溫箱中在2000C保溫1小時(shí)，c.采用5KW橫流CO2激光器，激光束經(jīng)拋物面反射聚焦鏡聚焦后形成均勻光束，多模式光斑;調(diào)整聚焦鏡與工件間距離，來確定光斑直徑;在功率密度p=500-800w、掃描速度v=20-25mm/s、光斑直徑d=2.2-3mm條件下進(jìn)行激光熔凝處理；在加工過程中使用氦氣側(cè)吹保護(hù)激光熔凝部位。使用本發(fā)明工藝硬化后的鑄鐵凸輪軸表面沒有軟帶間隔，手感平整光滑，宏觀無彎曲變形，微觀無因內(nèi)應(yīng)力引發(fā)的裂紋和氣孔缺陷。
文檔編號(hào)C21D9/30GK102373317SQ201010257050
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者李會(huì)山 申請(qǐng)人:中國人民解放軍軍事交通學(xué)院