一种环类工件硬度和耐磨性的强化方法及强化装置与流程

本发明涉及一种环类工件硬度和耐磨性的强化方法及强化装置，属于激光热处理技术领域。

背景技术：

机械设备中大多环类工件的工况环境恶劣，在机服役期长，因此环类工件需要相当高的硬度和耐磨性。当前的环类工件主要采用调质或者渗氮技术强化表面，提高硬度和耐磨性。然而调质硬度低，耐磨性差，使用范围小；渗氮虽然能够大幅度提高硬度和耐磨性，但是成本高，对环境污染严重。

针对上述目前强化工艺或方法存在的诸多问题，有必要提供一种环类工件硬度和耐磨性的强化方法及强化装置，可以降低生产制造成本，并减少环境污染。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种环类工件硬度和耐磨性的强化方法及强化装置，降低生产制造成本，并减少环境污染。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种环类工件硬度和耐磨性的强化方法，包括以下步骤，

1）、固定待加工的环类工件，确定待强化部位；

2）、用高功率的激光束快速扫描所述待强化部位的表面；

3）、所述待强化部位的表面受热到目标温度后，高功率的激光束离开；

4）、所述环类工件的受热表面自冷淬火；

5）、松开并取下所述环类工件。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤2）中的高功率的激光束的光斑宽度5mm-40mm，搭接量1mm-3mm。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤2）中的高功率的激光束的扫描速度为3mm/s -10mm/s。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤3）中的目标温度范围为高于奥氏体化相变温度而低于材质熔点温度。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤3）中的目标温度范围为1000℃-1300℃。

一种环类工件硬度和耐磨性的强化装置，包括作为设备底座的回转机床和在回转机床上通过卡盘固定的环类工件；回转机床与机器人连接；中央控制柜与激光发生器和机器人分别连接，激光发生器连接激光发射头，激光发射头固定在机器人的末端；激光发射头对准环类工件的表面。

本发明采用的强化装置的进一步改进在于：机器人根据预先编制的程序，自动控制固定在机器人的末端的激光发射头动作。

本发明采用的强化装置的进一步改进在于：机器人的程序可根据具体强化目标编写控制程序并输入。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果有：

本发明利用高功率密度的激光束对于环类工件表面进行表面热处理的方法实现对环类工件硬度和耐磨性的强化。本发明采用激光束扫描环类工件的表面，热处理速度是传统工艺的4倍多，大大加快了强化速度，节省了强化成本；并且还可以得到更细更硬的硬化层, 环类工件的表面晶粒度提高2-3级，硬度提高3HRC以上，耐磨性提高50%以上。

本发明中仅对所述环类工件的待强化部位的表面进行激光淬火，氧化层浅，工件变形小，可以减少加工余量，降低原材料成本。本发明中采用表面自冷淬火，由于热传导的作用，处于冷态的基体使其迅速冷却，硬度和耐磨性显著提高；而且整个淬火工序无任何污染，避免了环境污染。

本发明中激光束的光斑大小、搭接量、扫描速度是决定高功率密度激光束的直接参数；设置具体的激光束的光斑大小、搭接量、扫描速度，可以精确实现对所述环类工件的待强化部位的表面的热处理效率。

本发明中所述环类工件的待强化部位的表面受热目标温度范围，可使所述待强化部位的表面迅速奥氏体化，是后续实现理想淬火效果，提高硬度和耐磨性的基础；并且可以通过具体控制所述环类工件的待强化部位的表面受热目标温度，就可以精确确定淬火后强化部位表面的强度和淬火的深度。

本发明提供的环类工件硬度和耐磨性的强化装置，可以在机器人程序的控制下自动完成利用激光热处理对固定在卡盘上的环类工件实现进行强化处理。

本发明中所述环类工件待强化的表面位置，所述环类工件待强化的表面需要得到的硬度大小，淬硬深度均可以通过编写控制程序输入到机器人及激光发生器连接的中央控制柜后，通过机器人控制机器人末端的激光发射头动作位置，通过激光发生器控制激光发射头发射的激光束的功率密度，使激光束按照激光强化工艺对于环类工件待强化部位自动淬火。

附图说明

图1是本发明的强化方法流程图；

图2是本发明的强化装置示意图；

其中，1、回转机床，2、卡盘，3、环类工件，4、激光发射头，5、激光发生器，6、机器人，7、中央控制柜。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明：

本发明公开了一种环类工件硬度和耐磨性的强化方法及强化装置，用于对环类工件硬度和耐磨性的强化。下面是具体的实施例。

本发明首先公开的是一种环类工件硬度和耐磨性的强化方法，该方法能够实现对环类工件硬度和耐磨性的强化，图1为该强化方法的流程图，该方法包括以下步骤：

1）、固定待加工的环类工件，确定待强化部位；

2）、用高功率的激光束快速扫描所述待强化部位的表面；

在本发明的技术方案中，所述高功率的激光束的光斑宽度5mm-40mm，搭接量1mm-3mm。所述高功率的激光束的扫描速度为3mm/s -10mm/s。利用高功率密度的激光束快速扫描环类工件的待强化部位的表面，使所述待强化部位的表面快速受热；利用激光束的集中性和高能量性，提高了热处理的精确性，并提高了后续淬火效果，使淬火部位获得较大的残余压应力，提高了所述环类工件的抗疲劳性和耐磨性。

3）、所述待强化部位的表面受热到目标温度后，高功率的激光束离开；

在本发明的技术方案中，目标温度范围为高于奥氏体化相变温度而低于材质熔点温度。具体的，所述目标温度范围为1000℃-1300℃，具体淬火温度可以根据目标应对要求调整。

4）、所述环类工件的受热表面自冷淬火；

当激光束离开所述待强化部位的表面时，由于热传导的作用，处于冷态的环类工件的大部分部位使所述待强化部位迅速冷却实现受热表面的自冷淬火，实现所述待强化部位的硬度和耐磨性的显著强化。

5）、松开并取下所述环类工件。

进一步地，本发明还公开了一种环类工件硬度和耐磨性的强化装置，该装置能够实现对环类工件硬度和耐磨性的强化，图2为该强化装置的示意图，包括作为设备底座的回转机床1和在回转机床1上通过卡盘2固定的环类工件3；回转机床1与机器人6连接；中央控制柜7与激光发生器5和机器人6分别连接，激光发生器5连接激光发射头4，激光发射头4固定在机器人6的末端；激光发射头4对准环类工件3的表面。

具体的，所述环类工件硬度和耐磨性的强化装置上实现环类工件硬度和耐磨性强化具体的具体操作步骤如下：

1、将待强化的环类工件固定在回转机床1的卡盘2上

2、根据激光强化工艺，在中央控制柜7及机器人6上设定扫描速度、光斑大小、搭接量、淬火温度等参数。在本发明的技术方案中，扫描速度一般设定为3mm/s -10mm/s，扫描速度可根据淬硬深度具体调整；光斑宽度一般设定为5mm-40mm，搭接量一般设定为1mm-3mm，淬火温度一般设定为1000-1300℃，淬火温度也可根据硬度要求具体调整。

3、编写机器人6程序，录入到机器人6。根据待强化的环类工件的待强化部位的位置分布，和待强化的环类工件3的强化硬度要求、淬硬深度要求具体编写。

在本发明的技术方案中，淬火后硬度一般控制在40HRC -65HRC,淬硬深度0.5mm -2mm；具体范围可根据技术要求和环类工件的材质确定。

4、运行机器人6内的程序，机器人6通过自身机械臂的伸缩旋转动作，控制机器人6末端的激光发射头4在环类工件3周围进行上下、前后、左右的全方位动作，实现激光发射头4对环类工件3的待强化部位的精确对准；机器人6通过控制激光发生器5，精确控制激光发射头4发射激光束的开启关闭时间，及激光发射头4开启发射激光束的功率密度，扫描速度；机器人6控制回转机床1上的卡盘2旋转动作，带动环类工件3旋转，配合机器人6控制激光发射头4的动作实现环类工件3的待强化部位与激光发射头4的精确对准。

5、完成环类工件激光强化后，松开卡盘2，将环类工件下机。

本发明通过在本发明技术方案提供的环类工件硬度和耐磨性的强化装置上具体实现本发明技术方案提供的环类工件硬度和耐磨性的强化方法，采用激光热处理技术，强化环类工件表面质量，提高环类工件的硬度和耐磨性，替代传统的强化技术，降低了生产制造成本，减少了环境污染。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。