复杂形体激光表面淬火设备改进设计研究-论文.pdf

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1、硬目Sc科ience&技Tech视nology界Vision科技·探索·争l毫复杂形体激光表面淬火设备改进设计研究郑道友(浙江工贸职业技术学院，浙江温州325003)【摘要】通过在激光头处增设了两个定位测距头，实时测出激光束的反射角，在控制系统中建立激光柬反射角与输出功率之间的关系，实时监控反射角的变化情况，及时改变输出功率，以此弥补激光束反射影响形体表面淬火硬度均匀性差的难题。【关键词】激光淬火；反射角；复杂形体；淬火质量0前言离。12345678随着科技的进步以及应对市场的需求．现代产品结构日趋复杂．对表面淬火质量的要求也越来越高．传统的表面淬火技术难

2、以适应社会发展的需求．表面淬火技术已成为现代制造业的技术瓶颈之一。高频淬火是目前零件表面硬化处理最常用的一种方法．它是将工件置于淬火圈中迅速加热、快速冷却的一种热处理工艺，提高零件表面硬度，而内部仍保持很好的韧性【l】但高频淬火只局限于一些对工艺要求不高、精密度低的零件。对于零部件形状的较为复杂的零部件，其淬火效果往往达不到规定的要求．成为现代制造业的一大难题．激光淬火技术的出现为解决该难题带来曙光日。激光淬火是将高能量的激光光束图1激光淬火设备径向移动装置结构图照射在待淬火的工件表面．在激光束照射区域内的工件表面瞬间被加1．蜗轮座；2蜗杆座；3．蜗轮；4

3、．蜗轮座轴承；5．驱动滑块支座；6．驱动滑块；7．热到相变温度．并通过空冷使得表面产生高硬度的马氏体组织。激光连杆支撑座；8．定位测距头；9．伺服电机；10．蜗杆；11．蜗轮轴；12．连杆轴；13．激光淬火技术理论上能够弥补高频淬火对复杂形体的不足。但是在实际淬头：14．淬火件火过程中．由于某些形体表面较为复杂，影响激光淬火的因素很多，而1．2激光表面淬火设备工作原理且相互制约．激光淬火后的产品质量也存在部分缺陷。如激光束距离激光淬火是通过让激光束均匀地照射到复杂形体表面．工件表面物体表面太近．将导致表层温度过高。其组织会发生相应的变化．从而极薄’二层的小

4、区域内快速吸收能量．使该区域的温度以105～106℃／s影响淬火的质量：反之，若激光束距离物体表面太远，则温度达不到淬的速度急剧上升到高于相变点而低于融化点之间：当激光束离开该小火的要求，也会影响淬火的质量。此外，激光的输出功率的波动也是一区域后又以1o610soC／s的速度急速冷却．获得在常规加热淬火条件个极为重要的因数．也将影响淬火的最终质量。为了达到最佳的激光下不容易获得的马氏体组织．从而实现工件表面相变硬化的一种淬火淬火效果．传统的做法是在淬火前把激光束到工件表面的距离调节为方法要保持激光束扫描过的工件表面保持恒定的温度。除了让激恒定值．同时让激光

5、输出功率也保持稳定．这种工艺方法对于平面或光输出的功率保持不变情况下．必须让激光头与工件表面保持恒定的圆柱面等形状较为规则的形体是可行的．对于形状较为复杂的形体．距离，这一点可以通过激光淬火设备径向移动装置，如图1所示。当工当激光束照射到形体表面时．一部分激束被反射出去，且反射量的大件绕着0—0旋转时。由于工件是复杂的三位立体结构．工件表面与激小是随着反射角度的改变而变化的，激光发射多了。吸收自然少了，工光头的距离x随着转动角度的改变而变化，如图2所示。当定位测距件表面加热的温度就低．而且吸收能量和工件表面温度也时刻在波头8测出x值变小时．该信息立刻输送给

6、控制系统。控制系统让伺服动，这种情况导致工件表面的淬火硬度均匀性差，影响淬火质量。为电机9正转，通过蜗杆1O、蜗轮3使蜗轮轴lI旋转，蜗轮轴IJ与驱此．必须开发出适用于激光的复杂形体表面淬火专用设备．避免因激动滑块6是是一对精密螺纹副．蜗轮轴11旋转可以带动驱动滑块后光光束反射原因造成的工件表面淬火硬度不均缺陷．并且对影响质量移，从而使激光头远离工件表面，让x变大；反之，定位测距头8测出的关键控制方式进行分析x偏大．通过相同的方式让激光头靠近工件表面，使x变小。从而使x1激光表面淬火设备结构与工作原理值保持恒定1．1激光表面淬火设备结构2复杂形体激光表面淬

7、火设备结构改进设计方案激光淬火设备由两大部分构成．结构如图l所示．第一部分能够2．1复杂形体激光淬火质量分析让工件绕着。一0轴作转动的装置，装置上带有装夹盘。能够让工件准在激光淬火过程中．如果表面是平面或者是圆柱面等非常规则的确定位、快速装夹：第二部分是使激光头沿着。一。轴线移动的同时。根工件．只要保持激光头到工件表面距离x不变、激光头输出功率不据复杂形体转动．让激光头自动地靠近或远离复杂形体表面。最终使变、激光均匀地束扫描工件表面．那么整个工件表面被加热的温度和激光头与工件表面的距离保持不变．是整个淬火设备的关键部分．该装置由动力源、带有自锁功能的蜗轮蜗

8、杆传动副、中间传动机构以及冷却的速率等参数基本上保持恒定值。那么工