[发明专利]提高机用直柄铰刀刀头性能的激光熔覆方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工制造领域，特别是指一种提高机用直柄铰刀刀头性能的激光熔覆方法。 

背景技术

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。 

   铰刀是一种用以切除已加工孔表面金属的旋转刀具，经铰削加工后的孔可获得精准的尺寸和形状，其铰刀的最主要作用也就是为了提高孔的加工精度，降低其表面的粗糙度，是用于精加工和半精加工的刀具，其加工余量一般很小。 

   目前，由于机械化程度发展的步伐较快，在应用于机械加工中对孔的加工精度要求较高，其铰刀的应用率就很高了，在实际操作过程中，铰刀都是需要通过连接到电机主轴上才能进行旋转加工，所以就手动铰刀来说，对机用铰刀的刚性和耐磨性的要求就比较高。现国内绝大所数的厂家生产的铰刀均存在如下问题：1）孔径增大，误差大；2）孔径缩小；3）铰出的内孔不圆；4）孔的内表面有明显的棱面；5）内孔表面粗糙度值高；6）铰出的孔位置精度超差；7）铰刀刀齿崩刃；8）铰刀后孔的中心线不直；9）铰刀的使用寿命低。 

发明内容

本发明提供了一种提高机用直柄铰刀刀头性能的激光熔覆方法。熔覆之后的铰刀刀头获得了较高的耐磨性，提高了铰刀的刚性，减小了铰制孔的尺寸误差。延长了铰刀的使用寿命。 

    为了达到以上目的，本发明所提供的技术方案如下： 

    a.铰刀在加工工件时，为了保证工件的加工质量，对铰刀刀头的工作角度有一定的要求限制。在激光熔覆时，通过本行业通用专业设备工业PC，对铰刀工作部分的倒锥度进行角度分析,控制激光束的加工走向；

    b.铰刀材料为硬质合金钢，选用激光发生器，采用同轴送粉方式对铰刀刀头进行激光熔覆，其中合金粉末配方为钴基陶瓷合金粉末。激光熔覆过程中，对激光熔覆区域进行惰性气体保护；

　　c.激光熔覆后，对铰刀外形尺寸或表面精度未符合设计要求的部位进行后期机加工。       

　　作为一种优选方案，铰刀在对工件进行加工的过程中，工件的材质，工艺流程等要求的不同，铰刀的实际工作角度也不尽相同，其工作角度（如图3）范围为：主偏角κr =3°～45°，前角γ0=0°～10°，后角αo =6°～8°,刃倾角λs=0°～20°。在对铰刀工作部分进行激光熔覆时，需结合铰刀刀头工作角度的特殊性，在铰刀刀头端侧与刀齿处作为熔覆开始时的起始位置，对刀锋相临的两个面进行激光熔覆。激光束从起始点开始，往刀柄方向，做横向往复进给运动。该激光束的走向能够使铰刀刀头表层冷却凝固成一层均匀的熔覆层，便于车刀的后期机加工处理。

　　作为一种优选方案，采用工业PC控制激光束的加工走向，同时驱动伺服电机实现定位，保证激光加工头与铰刀刀头的工作角度。 

　　作为一种优选方案，选用的激光发生器有二氧化碳激光发生器，等离子激光发生器以及光纤激光发生器等。 

　　作为一种优选方案，采用的钴基陶瓷合金粉末配方为：包含12-14%的三氧化二铝，0.2-0.3%的碳，1-3%的氟化钙，3-5%的氮化硅，3-4%的硼，0.2-0.6%的钒，3-5%的硅，6-8%的铁，18-20%的钼,余量为Co基和不可避免的杂质；其中，以上各种元素的含量为重量百分比含量。B和Si本身具有脱氧造渣、除气和良好的浸润性能，且能与大多数合金元素形成低熔点共晶，使合金的熔点降低。 

    作为一种优选方案，激光熔覆过程中的惰性气体为氮气或氩气。 

    作为一种优选方案，采用的激光发生器的参数选用范围为：激光功率为2000～5000W，激光多道次搭接率为30～60%，激光与熔覆层的夹角为80°～85°，激光扫描宽度为2～6mm，激光扫描速度为1～2m/min，送粉量为8～20g/min。 

    作为一种优选方案，所获得的熔覆层厚度为0.5～3mm。