损伤齿轮的激光锻造原位修复方法与流程

本发明涉及齿轮再制造领域，特别是涉及一种损伤齿轮的激光锻造原位修复方法。

背景技术：

齿轮是机械领域的重要零部件，广泛应用于实际生产中。齿轮损伤形式主要包括磨损、胶合、变形、轮齿等。常见齿轮修复方法有堆焊、熔覆、电弧沉积、激光熔覆等工艺。申请号为cn201210351302.4的发明专利，涉及一种齿轮的激光熔覆修复工艺，修复齿轮尺寸符合设计要求，但是工艺复杂、效率低，同时无法消除激光熔覆过程中气孔、稀疏组织等缺陷的出现，机械性能较差；申请号为cn201710568505.1的发明专利，涉及损伤齿轮激光实时动态熔覆修复及应力调控系统及方法，修复过程快速、效率高，但是采用的光学红外耦合动态监测与测量系统易受温度和光线影响降低监测精度和准确度，没有兼顾修复过程对激光熔覆和激光冲击效果影响，也没有考虑温度对激光冲击锻造的影响。损伤修复后齿轮的晶粒较大，裂纹、气孔、稀疏组织等缺陷消除效果较差。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种损伤齿轮的激光锻造原位修复方法，修复后齿轮晶粒细小、机械性能优良。

本发明所采用的技术方案是：

一种损伤齿轮的激光锻造原位修复方法，包括以下步骤：

根据逆向重构技术获取的模型，获得齿轮的修复方案；

基于修复方案，运用激光熔覆与激光冲击锻打结合以逐层修复齿轮的损伤位置；其中，逐层修复的过程中，利用计算机软件分析激光熔覆当前一层修复层温度场动态情况，通过计算当前一层修复层温度下降至锻造温度的时间t，获得冲击锻打激光束与熔覆激光束的光斑距离d，使得冲击激光束在与熔覆激光束光斑保持距离d后进行冲击锻造当前一层修复层。

作为本发明的进一步改进，定义当前一层激光熔覆的扫描速度为v，t与d的关系为，d=t×v。

作为本发明的进一步改进，进行激光熔覆前，根据损伤齿轮材质选择热匹配的修复粉末材料，通过当前一层修复层宽度与厚度确定当前一层激光熔覆参数和激光冲击参数。

作为本发明的进一步改进，激光熔覆的参数为，光斑直径0.3~4mm，激光能量500w-5000w，扫描速度1.5~10mm/s。

作为本发明的进一步改进，激光冲击的参数为：光斑直径4~8mm，脉冲宽度15~30ns，能量10~20j。

本发明的有益效果是：本发明通过激光冲击细化熔覆晶体结构，获得细小晶粒结构的锻造态组织，避免单纯激光熔覆后齿轮的热应力过大、晶粒粗大、变形开裂、气孔、缩孔等问题，而且本发明考虑到修复层温度场动态情况以及不同激光束光斑的距离，以使得优化齿轮修复后的组织力学性能，提高修复效果，降低修复成本。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1为修复时齿轮的示意图；

图2为修复方法的流程图。

具体实施方式

实施例中的激光冲击强化方法包括以下的步骤：

参考如图1和图2所示的损伤齿轮的激光锻造原位修复方法，包括以下步骤：

s1.分析损伤齿轮1失效形式，进行清洗处理，去除断裂部位材料，同时去除残渣、油污、锈蚀。

s2.将损伤齿轮1安装在激光锻造设备2的夹具上，配备相应的图像识别检测装置5，并连接图像识别检测装置5和计算机。

s3.通过图像识别方式检测损伤齿轮轮廓，在计算机上建立三维模型，与原始尺寸参数比较，确定损伤齿轮轮廓每层修复量，修复从与损伤齿轮相接触那层开始；由此即实施例根据逆向重构技术获取的模型，已经获得齿轮的修复方案。

s4.基于已获得的修复方案，运用激光熔覆与激光冲击锻打结合以逐层修复齿轮的损伤位置，具体为：

根据损伤齿轮材质选择热匹配的修复粉末材料，通过当前一层修复层宽度与厚度确定当前一层激光熔覆参数和激光冲击参数，利用计算机软件分析激光熔覆当前一层修复层温度场动态情况，计算当前一层修复层温度下降至锻造温度的时间t，获得冲击激光束4与熔覆激光束3的光斑距离d，进行熔覆激光束3熔覆当前一层修复层其中定义当前一层激光熔覆的扫描速度为v，t与d的关系为，d=t×v。在此过程中，激光熔覆的参数为，光斑直径0.3~4mm，激光能量500w-5000w，扫描速度1.5~10mm/s；

激光熔覆的同时，冲击激光束4在与熔覆激光束3光斑保持距离d后进行冲击锻造当前一层修复层，细化晶粒结构，形成锻造态组织。在该过程中，激光冲击的参数为：光斑直径4~8mm，脉冲宽度15~30ns，能量10~20j。

s5.对激光锻造修复一层后的齿轮轮廓进行图像检测，确定下一层修复量，

s6.重复步骤s4和s5，直到修复齿轮轮廓符合原始尺寸参数。

以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。

技术特征：

技术总结
本发明公开损伤齿轮的激光锻造原位修复方法，属于齿轮再制造领域，包括以下步骤：根据逆向重构技术获取的模型，获得齿轮的修复方案；基于修复方案，运用激光熔覆与激光锻打结合以逐层修复齿轮的损伤位置；其中，逐层修复的过程中，利用计算机软件分析激光熔覆当前一层修复层温度场动态情况，通过计算当前一层修复层温度下降至锻造温度的时间t，获得冲击锻打激光束与熔覆激光束的光斑距离d，使得冲击激光束在与熔覆激光束光斑保持距离d后进行冲击锻造当前一层修复层。本发明考虑到修复层温度场动态情况以及不同激光束光斑的距离，以使得优化齿轮修复后的组织力学性能，提高修复效果，降低修复成本。

技术研发人员：张永康;瞿祥明;林超辉;吴清源
受保护的技术使用者：广东镭奔激光科技有限公司
技术研发日：2019.05.22
技术公布日：2019.09.10