一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法。所述的方法如下：1）以同步送粉的方式，将调配好的镍基陶瓷合金粉末熔覆在丝杠的表面，通过激光束的扫描使粉末材料与丝杠表面同时熔化，混合液体合金在室温下通过空冷快速凝固，从而形成一层合金熔覆层。2）通过机械加工方式，使熔覆层的表面达到丝杠的装配及工作要求。所述方法具有如下优点：1）提高了熔覆后丝杠表面的强度、耐磨性、耐高温及耐腐蚀性；2）熔覆层的变形小，组织致密，微观缺陷少，结合强度高，对丝杠表面的稀释率低；3）熔覆层的尺寸和位置可以精确控制，所述的成分可根据工况的需求方便调节；4）延长了丝杠的使用寿命，提高了设备的整体性能，节约了维修成本。
【专利说明】一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光熔覆【技术领域】，特别是涉及一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法。
【背景技术】
[0002]激光具有高亮度、高方向性、高单色性、高相干性的特点，现在正被越来越多的领域所使用，激光熔覆就是表面处理技术中的一种。概括的说，激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金属材料表面，基材表面被迅速融化，液态的金属形成一个小规模的熔池，同时填注新的粉末材料，在这个熔池中，原本的金属材料与被添加的粉末相互混合，形成一层新的液态金属层。待激光光束经过以后，液态金属层迅速冷却由此在金属表面形成一层固态的熔覆层。激光熔覆可及大的改变该关键部位的金属性能，如硬度、耐磨性、耐热性、抗腐蚀性等。滚珠丝杆由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。但是滚珠丝杠的承载能力较低、加工成本较闻及运行噪首闻等缺点，使得维修成本也大幅提闻。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够大幅度提高丝杠表面的韧性、强度、耐高温、耐腐蚀及耐磨损能力的用于丝杠表面进行激光熔覆方法。
[0004]为了达到上述的目的，本发明提供的一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法进行下列步骤:
1)对丝杠的表面进行预`处理；
2)将镍基陶瓷合金粉末在4~6mm的方形光斑直径、搭接率为15%~25%和3~IOmm/s的线速度条件下采用2000~3000W光纤激光器将合金粉熔覆在丝杠的表面，熔覆过程中采用惰性气体对熔覆部位进行保护，然后在室温下通过空冷形成一层合金熔覆层；
3)利用机械加工的方法将上述的合金熔覆层的表层去除即可加工出表面带有合金熔覆层的丝杠。
[0005]作为一种优选方案，如权利要求1中所述的一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，其特征在于:由于丝杠在工作时受到扭力T和支撑力F，所以激光束采用的是轴向和螺旋运动方式的加工走向；当对丝杠表面进行熔覆时，激光束与丝杠表面间的交角为70°~90。。
[0006]作为一种优选方案，所述的镍基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量为:12%~15%碳化钛、0.2%~0.5%碳、4%~7%氟化钙、3%~6%氮化硅、2%~5%硼、2%~4%钥、2%~6%铁、0.5%~1%锰、余量的镍和适当比例的氧化铟(In203)、稀土(Ce02。
[0007]作为一种优选方案，经过光路调制成方形光斑，它的特点是能量比较均匀。
[0008]作为一种优选方案，激光扫描的速度为6.7~8.3mm/s，光纤激光器的功率为1500W。
[0009]作为一种优选方案，镍基陶瓷合金粉末的供料方式为同步送粉法。
[0010]作为一种优选方案，所述的惰性气体可选为氮气、氩气或氦气，其作用是对熔覆部位进行保护。
[0011]作为一种优选方案，所述的熔覆层厚度为0.5~2mm。
[0012]作为一种优选方案，对丝杠的表面精度、外形尺寸以及未符合要求的表面进行后期机加工，使之达到工作及装配要求，该加工方法为精加工磨削工艺。
[0013]作为一种优选方案，所述的预处理包括去除丝杠表面的油污和杂质；对丝杠的表面精度、外形尺寸以及未符合要求的表面进行后期机加工，使之达到工作及装配要求，该加工方法为精加工磨削工艺。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0015]图1是本发明实施例的正面立体示意图；
附图中:1.螺杆；2.滚珠槽；3.螺母；4.滚珠。
【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例对本发明提供的一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法进行详细说明。
`[0017]实施例1:
一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，进行如下步骤:
1)所述的丝杠为滚珠丝杠；
2)在室温下对丝杠表面进行丙酮除油及杂质处理；
3)选用数控机床作为工作台；
4)预制粉末:选用的镍基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量为14%碳化钛、0.3%碳、6%氟化钙、5%氮化硅、4%硼、3%钥、5%铁、0.8%锰、余量的镍和3%的氧化铟(In203)和稀土(Ce02)。
[0018]5)将丝杠装夹在工作台上并随之转动，工作台的转速为250r/min，直径为3mm的高能激光束(即光斑)，搭接率为15%，通过光纤激光发生器与机器人系统同步轴向移动，保持激光束到滚珠槽2表面的距离一致，激光束与滚珠槽2表面间的角度为85°，配合丝杠的旋转运动，实现激光束在滚珠槽2表面的一道一道螺旋式的精确扫描，扫描速度为6.7mm/s，扫描过程中，将功率为2000W的激光束照射到滚珠槽2表面，使滚珠槽2表面熔化(熔化厚度约0.2mm),同时将自动同步送粉系统提供的镍基陶瓷合金粉末材料熔化，在熔化过程中选用氮气对熔化部位进行保护，两部分液态合金搅拌在一起，待激光束离开后，混合液体合金在室温下通过空冷快速凝固，形成一层合金熔覆层；熔覆层厚度为1.0_，送粉量为20g/min
6)检查熔覆层表面有无气孔裂纹等缺陷
7)将熔覆后的丝杠进行回火处理，防止热裂纹产生，同时去除了内应力。
[0019]8)对熔覆层进行后期加工，利用铣削等机械加工的方法去除多余的表层，以此来保证丝杠的外形尺寸，采用精加工方式使滚珠槽2表面粗糙度达到装配和工作要求，加工过的表面应光滑无毛刺。
[0020]9)由于滚珠槽2与螺母3装配在一起，承受很大的支撑力F和扭转应力T，滚珠槽2表面不允许有任何缺陷，所以滚珠槽2表面需要经过荧光探伤，此探伤是一种无损检测方法。
[0021]10)对丝杠进行表面清洗，丝杠清洗后将其吹干并浸上防锈油，做好防尘工作。
[0022]实施例2:
一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，进行如下步骤:
1)所述的丝杠为滚珠丝杠；
2)在室温下对丝杠表面进行丙酮除油及杂质处理；
3)选用数控机床作为工作台；
4)预制粉末:选用的镍基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量为14%碳化钛、0.3%碳、6%氟化钙、5%氮化硅、4%硼、3%钥、5%铁、0.8%锰、余量的镍和3%的氧化铟(In203)和稀土(Ce02)。
[0023]5)将丝杠装夹在工作台上并随之转动，工作台的转速为250r/min，直径为4mm的高能激光束(即光斑)，搭接率为20%，通过光纤激光发生器与机器人系统同步轴向移动，保持激光束到滚珠槽2表面的距离一致，激光束与滚珠槽2表面间的角度为85°，配合丝杠的旋转运动，实现激光束在滚`珠槽2表面的一道一道螺旋式的精确扫描，扫描速度为6.7mm/s，扫描过程中，将功率为2500W的激光束照射到滚珠槽2表面，使滚珠槽2表面熔化(熔化厚度约0.4mm),同时将自动同步送粉系统提供的镍基陶瓷合金粉末材料熔化，在熔化过程中选用氮气对熔化部位进行保护，两部分液态合金搅拌在一起，待激光束离开后，混合液体合金在室温下通过空冷快速凝固，形成一层合金熔覆层；熔覆层厚度为1.4_。送粉量为30g/mino
[0024]6)检查熔覆层表面有无气孔裂纹等缺陷
7)将熔覆后的丝杠进行回火处理，防止热裂纹产生，同时去除了内应力。
[0025]8)对熔覆层进行后期加工，利用铣削等机械加工的方法去除多余的表层，以此来保证丝杠的外形尺寸，采用精加工方式使滚珠槽2表面粗糙度达到装配和工作要求，加工过的表面应光滑无毛刺。
[0026]9)由于滚珠槽2与螺母3装配在一起，承受很大的支撑力F和扭转应力T，滚珠槽2表面不允许有任何缺陷，所以滚珠槽2表面需要经过荧光探伤，此探伤是一种无损检测方法。
[0027]10)对丝杠进行表面清洗，丝杠清洗后将其吹干并浸上防锈油，做好防尘工作。
[0028]实施例3:
一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，进行如下步骤:
1)所述的丝杠为滚珠丝杠；
2)在室温下对丝杠表面进行丙酮除油及杂质处理；
3)选用数控机床作为工作台；
4)预制粉末:选用的镍基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量为14%碳化钛、0.3%碳、6%氟化钙、5%氮化硅、4%硼、3%钥、5%铁、0.8%锰、余量的镍和3%的氧化铟(In203)和稀土(Ce02)。
[0029]5)将丝杠装夹在工作台上并随之转动，工作台的转速为350r/min，直径为5mm的高能激光束(即光斑)，搭接率为25%，通过光纤激光发生器与机器人系统同步轴向移动，保持激光束到连杆轴颈3表面的距离一致，激光束与连杆轴颈3表面间的角度为95°，配合丝杠的旋转运动，实现激光束在连杆轴颈3表面的一道一道螺旋式的精确扫描,扫描速度为
8.3mm/s,扫描过程中，将功率为3000W的激光束照射到连杆轴颈3表面，使连杆轴颈3表面熔化(熔化厚度约0.6mm),同时将自动同步送粉系统提供的镍基陶瓷合金粉末材料熔化，在熔化过程中选用氮气对熔化部位进行保护，两部分液态合金搅拌在一起，待激光束离开后，混合液体合金在室温下通过空冷快速凝固，形成一层合金熔覆层；熔覆层厚度为1.6_。送粉量为40g/min。
[0030]6)检查熔覆层表面有无气孔裂纹等缺陷
7)将熔覆后的丝杠进行回火处理，防止热裂纹产生，同时去除了内应力。
[0031]8)对熔覆层进行后期加工，利用铣削等机械加工的方法去除多余的表层，以此来保证丝杠的外形尺寸，采用精加工方式使滚珠槽2表面粗糙度达到装配和工作要求，加工过的表面应光滑无毛刺。
[0032]9)由于滚珠槽2与螺母3装配在一起，承受很大的支撑力F和扭转应力T，滚珠槽2表面不允许有任何缺陷，所以滚珠槽2表面需要经过荧光探伤，此探伤是一种无损检测方法。
[0033]10)对丝杠进行表面清洗，丝`杠清洗后将其吹干并浸上防锈油，做好防尘工作。
【权利要求】
1.一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，所述的方法进行下列步骤: 1)对丝杠的表面进行预处理； 2)将镍基陶瓷合金粉末在4~6_的方形光斑直径和3~IOmm/s的线速度条件下采用2000~3000W光纤激光器将合金粉末熔覆在丝杠的表面，熔覆过程中采用惰性气体对熔覆部位进行保护，然后在室温下通过空冷形成一层合金熔覆层； 3)利用机械加工的方法将上述的合金熔覆层的表层去除即可加工出表面带有合金熔覆层的丝杠。
2.如权利要求1中所述的一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，其特征在于:由于丝杠在工作时受到扭力T和支撑力F，所以激光束采用的是轴向和螺旋运动方式的加工走向；当对丝杠表面进行熔覆时，激光束与丝杠表面间的交角为85°~95°。
3.如权利要求1中所述的一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，其特征在于:所述的镍基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量为:12%~15%碳化钛、0.2%~0.5%碳、4%~7%氟化钙、3%~6%氮化硅、2%~5%硼、2%~4%钥、2%~6%铁、0.5%~1%锰、余量的镍和适当比例的氧化铟(In203)、#±(Ce02)。
4.如权利要求1中所述的一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，其特征在于:经过光路调制成方形光斑，它的特点是能量比较均匀。
5.如权利要求1中所述的一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，其特征在于:激光扫描的速度为6.7~8.3mm/s，搭接率为15%~25%。
6.如权利要求2中所述的 一种用于汽车发动机曲轴表面进行激光熔覆的方法，其特征在于:所述的激光器类型为光纤、C02、等离子等，其激光器的功率为2000W~5000W。
7.如权利要求2中所述的一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，其特征在于:镍基陶瓷合金粉末的供料方式为同步送粉法。
8.如权利要求1中所述的一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，其特征在于:所述的惰性气体为氮气或氩气，其作用是对熔覆部位进行保护。
9.如权利要求1中所述的一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，其特征在于:所述的熔覆层厚度为0.5~2mm。
10.如权利要求1中所述的一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，其特征在于:所述的预处理包括去除丝杠表面的油污和杂质；对丝杠的表面精度、外形尺寸以及未符合要求的表面进行后期机加工，使之达到工作及装配要求，该加工方法为精加工磨削工艺。
【文档编号】B23K26/34GK103498149SQ201310396991
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】钱志强, 季永清 申请人:江苏翌煜能源科技发展有限公司