一种激光熔覆材料切削加工的刀具降振减摩方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械再制造领域中零部件的修复加工，尤其涉及一种激光熔覆材料切 削加工的刀具降振减摩方法。
【背景技术】
[0002] 激光熔覆表面修复技术是利用高能量、高密度的激光束，在发生缺陷的金属材料 表面处快速熔凝一层具有高机械性能及高综合性能的合金材料，从而提高工件的表面强 度、耐磨性以及抗腐蚀性，再经过一定机械加工使得熔覆层表面质量和尺寸精度满足使用 要求。
[0003] 近年来，随着高硬度切削刀具及相关机床的发展，如采用PCBN刀具、陶瓷刀具或 新型硬质合金刀具在新型车床或车削加工中心上对熔覆层进行车削，其加工质量可以达到 精磨的水平。然而，熔覆材料的切削特点与普通匀质材料表现出不同：一方面，由于熔覆层 具有孔隙、硬质点等微观缺陷的存在，形成微观上的断续切削，引起切削过程中刀具发生冲 击振动；另一方面，熔覆材料通常具有较高的硬度及良好的耐磨性能，使得切削过程中刀具 机械磨损现象严重，刀具耐用度低。自润滑刀具虽然能改善切削过程中摩擦润滑状态，但是 随着润滑剂的流失，刀具仍然会承受较快的磨损速率。考虑到熔覆层多孔隙的特点，在熔覆 层孔隙中填充润滑材料（封闭处理）后再进行后续切削加工，一方面可以改善切削加工状 况，避免形成微观断续切削，减少刀具的冲击振动；另一方面可为切削第二变形区（刀-肩 接触面）和第三变形区（刀-工接触面）提供润滑作用，减小刀具表面摩擦系数，从而减小 刀具磨损，延长刀具寿命。
[0004] 经本申请人检索查证：采用封闭处理方式改善激光熔覆材料切削加工工况，从而 控制刀具振动及磨损的方法，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，采用适当的 封闭材料，通过浸渍方法实现熔覆层孔隙的封闭处理，并改善熔覆层修复加工过程中刀具 振动及磨损情况，是一创造性的发明。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对激光熔覆材料切削过程中刀具振动及机械磨损现象严重、切 肩微粒容易陷入熔覆层孔隙等缺点，采用水基聚四氟乙烯分散液浸渍激光熔覆材料，提供 一种熔覆层孔隙的封闭处理方法，从而改善激光熔覆材料切削过程中刀具振动及刀具磨损 现象，同时提高修复零件的使用性能及寿命。这种封闭涂层具有低摩擦系数、高温稳定性、 耐腐蚀和不老化等优点。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种激光熔覆材料切削加工的 刀具降振减摩方法，包括以下步骤：
[0007] -种激光熔覆材料切削加工的刀具降振减摩方法，采用具有润滑作用的树脂分散 液浸渍激光熔覆材料，实现熔覆层孔隙的封闭处理，对处理后激光熔覆材料进行车削加工。
[0008] 优选的是，所述具有润滑作用的树脂分散液为水基聚四氟乙烯分散液。
[0009] 优选的是，所述水基聚四氟乙烯的固含量为30 %。
[0010] 优选的是，所述浸渍处理的条件是浸渍温度为25-40°C，浸渍时间为25-40S，浸渍 后在150°C环境下干燥lOmin。
[0011] 优选的是，所述车削加工采用wiper修光刃车刀片，切削过程中进给量不得低于 0.lmm/r〇
[0012] 优选的是，所述激光熔覆材料采用如下方法制备，
[0013] -）待熔覆基体材料表面预处理：基体材料表面除锈，用清洗液反复清洗去油，丙 酮擦净，露出金属光泽。
[0014] 二）激光熔覆过程：激光功率设定为3KW，线速度为7-10mm/s ;步距为2-8mm，调节 送粉量来制备相应厚度熔覆层。
[0015] 优选的是，所述激光恪覆材料基体为45钢圆柱，直径不小于120mm。
[0016] 优选的是，所述熔覆粉末为铁基自熔性不锈钢合金粉末，粉末粒度为100-200目。
[0017] 优选的是，激光熔覆材料的搭接率为32-34%。
[0018] 本发明的工作原理：
[0019] 一种激光熔覆材料切削加工的刀具降振减摩方法，利用水基聚四氟乙烯分散液浸 渍激光熔覆材料，实现熔覆层孔隙封闭处理的同时，封闭颗粒为激光熔覆材料的切削加工 提供润滑作用，降低刀具磨损，延长刀具寿命。具体工作原理为：激光熔覆过程中，由于激 光束能量呈高斯分布，熔覆颗粒处于熔化或半熔化状态，而后经快速冷却得到高性能熔覆 层。这种快熔快冷作用使得熔覆层中不可避免的存在孔隙等微观缺陷，造成切削加工困难。 由于孔隙等微观缺陷的存在，形成微观上的断续切削，引起刀具的冲击振动，降低刀具耐用 度。综合考虑聚四氟乙烯低摩擦系数和封闭特性，采用水基聚四氟乙烯分散液浸渍的方式 实现熔覆层孔隙的封闭处理，不仅可以消除孔隙等微观缺陷带来的振动影响，而且孔隙中 填充的聚四氟乙烯颗粒也可以充当润滑剂，起到降低刀具摩擦的作用。由于这种润滑剂由 熔覆层提供，随着切削的进行可以源源不断的产生，可以保证切削过程中润滑效果的延续 性。
[0020] 本发明的有益效果：
[0021] 1、利用水基聚四氟乙烯分散液浸渍激光熔覆材料，实现熔覆层孔隙的封闭处理， 可以避免切削过程中切肩微粒陷入到孔隙中，防止在使用过程中造成配合面的擦伤，保证 修复件良好使用性能。
[0022] 2、利用水基聚四氟乙烯分散液浸渍激光熔覆材料，实现熔覆层孔隙的封闭处理， 可以避免切削过程中形成微观断续切削，降低刀具的冲击振动作用。
[0023] 3、采用水基聚四氟乙烯分散液浸渍激光熔覆材料，使熔覆层孔隙中填充为聚四氟 乙烯颗粒，可以在切削过程中起到润滑刀-肩接触面、刀-工接触面的作用，减轻刀具磨损， 延长刀具寿命。
[0024] 4、利用水基聚四氟乙烯分散液浸渍激光熔覆材料，实现熔覆层孔隙的封闭处理， 可以提高熔覆层的耐磨耐腐蚀性能，降低配合面间摩擦系数，提高熔覆层使用性能。
【附图说明】：
[0025] 图1为激光熔覆材料切削加工的刀具降振减摩方法流程；
[0026] 图2为激光熔覆材料切削加工过程的刀具降振减摩原理；
[0027] 图2中：1是切肩，2是第II变形区，3是刀具，4是第I变形区，5是熔覆层，6是第 III变形区，7是基体，8是结合面，9是孔隙（聚四氟乙烯颗粒），10是工件。
【具体实施方式】：
[0028] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0029] 如图1所示，整个零件的修复加工流程分为预处理过程、激光熔覆过程、封闭处理 过程及切削加工过程四个阶段。利用聚四氟乙烯颗粒的封闭效果和低摩擦系数特性，实现 熔覆层孔隙的封闭处理，从而带来切削加工效益。封闭处理采用30%水基聚四氟乙烯分散 液浸渍，方法为将60%浓缩聚四氟乙烯乳液与水按照质量比1:1的比例混合，利用超声振 动作用使其均匀分散。浸渍时，将稀释后的分散液加热，温度控制在25-40°C范围内，将熔 覆后的修复件完全浸入到分散液中浸渍25-40s后取出，并在150°C环境下干燥烘干lOmin。 通过上述方案，熔覆层孔隙由聚四氟乙烯颗粒填充，从而对切削加工过程起到降振减摩的 效果，提高切削加工效率，保证切削加工质量。
[0030] 如图2所示切削过程中，由于第II变形区2和第III变形区6的摩擦作用，刀具呈现 出较快的磨损速率。受熔覆层厚度限制，切削加工余量较小，切削过程中耕犁作用更为显 著，致使刀具后刀面机械磨损现象尤为严重，这是自润滑刀具所不能解决的问题（作用于 刀具前刀面）。另外，由于孔隙9的存在，形成微观上的断续切削，引起刀具的冲击振动。本 例采用水基聚四氟乙烯分散液浸渍以实现孔隙的封闭处理，聚四氟乙烯颗粒9可以在一定 程度上降低第ΙΙ、ΠΙ变形区内刀-肩、刀-工摩擦作用，减轻刀具磨损。孔隙封闭处理可以 避免形成微观上的断续切削，降低刀具冲击振动，提高工件10的表面质量和尺寸精度。
[0031] 聚四氟乙烯具有极低的摩擦系数，而且具有耐酸耐碱耐高温特性，这是一般的润 滑剂所不能比拟的。而且聚四氟乙烯颗粒由熔覆层自身提供，随切削进行可以源源不断的 产生，相对于自润滑刀具设计而言，该方案不会因润滑剂的流失而造成工件或刀具的失效。 本例应用聚四氟乙烯可以大大降低切削加工过程中刀具磨损，改善刀具冲击振动现象。
[0032] 表1为水基聚四氟乙烯分散液性能指标
[0033]
【主权项】
1. 一种激光熔覆材料切削加工的刀具降振减摩方法，其特征在于，采用具有润滑作用 的树脂分散液浸渍激光熔覆材料，实现熔覆层孔隙的封闭处理，对处理后激光熔覆材料进 行车削加工。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有润滑作用的树脂分散液为水基聚 四氟乙稀分散液。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水基聚四氟乙烯的固含量为30%。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸渍处理的条件是浸渍温度为 25-40°C，浸渍时间为25-40s，浸渍后在150°C环境下干燥lOmin。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车削加工采用wiper修光刃车刀片，切 削过程中进给量不得低于0. lmm/r。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光熔覆材料采用如下方法制备， 一） 待熔覆基体材料表面预处理：基体材料表面除锈，用清洗液反复清洗去油，丙酮擦 净，露出金属光泽； 二） 激光熔覆过程：激光功率设定为3KW，线速度为7-lOmm/s ;步距为2-8mm，调节送粉 量来制备相应厚度熔覆层。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述激光熔覆材料基体为45钢圆柱，直径不 小于120mm。
8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述熔覆粉末为铁基自熔性不锈钢合金粉 末，粉末粒度为100-200目。
9. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，激光熔覆材料的搭接率为32-34%。
【专利摘要】本发明公开了一种激光熔覆材料切削加工的刀具降振减摩方法，利用水基聚四氟乙烯分散液浸渍激光熔覆材料，实现熔覆层孔隙封闭处理的同时，封闭颗粒为激光熔覆材料的切削加工提供润滑作用，降低刀具磨损，延长刀具寿命。切削激光熔覆材料时，由于孔隙等微观缺陷的存在，形成微观上的断续切削，引起刀具的冲击振动。采用聚四氟乙烯做封闭处理，可以消除孔隙等微观缺陷带来的振动影响。另一方面，孔隙中填充的聚四氟乙烯颗粒可以充当润滑剂，起到降低刀具摩擦的作用。由于这种润滑剂由熔覆层提供，随着切削的进行可以源源不断的产生，可保证切削过程中润滑效果的延续性。这种封闭涂层具有低摩擦系数、高温稳定性、耐腐蚀和不老化等优点。
【IPC分类】B23Q11-10, B23B1-00
【公开号】CN104625094
【申请号】CN201510030917
【发明人】刘战强, 张培荣, 史振宇, 万熠
【申请人】山东大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月21日