一种用于旋挖齿锥形面强化的激光微织构工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种用于旋挖齿锥形面强化的激光微织构工艺方法，其具体包括以下步骤：S1表面清洁，室温下对旋挖齿锥形面表面进行除油除锈，并利用酒精清洗干净；S2速度设计，将步骤S1中清洁过的旋挖齿座固定在激光加工机床上，通过卡盘带动旋挖齿座旋转，卡盘旋转与激光头X线性轴的进给运动配合运动；S3激光照射，对步骤S2中固定好的旋挖齿使用激光器，在旋挖齿表面形成微凹坑；S4自然冷却，关闭脉冲激光束，待光束停止作用后，冷却，该冷却过程为自然冷却；S5成型，在旋挖齿表面形成微凹坑阵列，完成制备。

Laser texturing process for strengthening cone surface of rotary digging tooth

The present invention relates to a micro texture technique for rotary drilling tooth conical surface enhanced laser, which comprises the following steps: S1 surface cleaning, room temperature of rotary drilling tooth conical surface of rust removal, and the use of alcohol clean; S2 speed design, the cleaning steps in S1 rotary drilling toothholder fixed in the laser processing machine, driven by rotary drilling chuck through tooth rotation, chuck rotation and feed movement of the laser head X linear axis motion; S3 laser irradiation on fixed step S2 rotary drilling gear tooth surface by using a laser, dig in the spin forming micro pits; S4 natural cooling off pulse laser the beam beam, stop after cooling, the cooling process for natural cooling; S5 molding, digging tooth surface in the spin forming micro pit array, to complete the preparation.

【技术实现步骤摘要】
一种用于旋挖齿锥形面强化的激光微织构工艺方法
本专利技术涉及激光表面加工
，特别涉及一种用于旋挖齿锥形面强化的激光微织构工艺方法。
技术介绍
随着我国桥梁、道路、铁路等基础工程建设的不断开展，旋挖钻机的应用越来越广泛，在一些地质情况较为严苛的地区，工程中经常遇到比较硬的基岩地层、大的漂石层及硬质永冻土层，使得施工作业对旋挖齿耐磨度和钻削效率的要求越来越高。为在锥形面获得较高的耐磨性，目前常用的方法是在端部基材表面熔覆高硬度耐磨层，但由于熔覆层本身具有较大的脆性，且在熔覆过程中会产生较大的热输入，使得基材内部存在应力积累，在实际施工过程中又经常受到来自岩体的挤压和冲击，熔覆层很容易剥落甚至导致整体断裂，因此，需要提出一种新的截齿锥形面表面处理方法，在锥形面达到较高硬度的同时，保持基材的良好韧性，延长旋挖齿的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种工艺简单，节能环保，可提高旋挖齿锥形面耐磨性，同时保持整体韧性的旋挖齿锥形面强化方法，本专利技术主要是利用激光微织构技术强化旋挖齿锥形面。一种用于旋挖齿锥形面强化的激光微织构工艺方法，其具体包括以下步骤：S1：表面清洁：室温下对旋挖齿锥形面表面进行除油除锈，并利用酒精清洗干净；S2：速度设计：将步骤S1中清洁过的旋挖齿座固定在激光加工机床上，通过卡盘带动旋挖齿座旋转，卡盘旋转与激光头X线性轴的进给运动配合运动，根据微凹坑的阵列方式调整卡盘转速和激光头的进给速度；微凹坑的阵列方式可为多道环形，螺旋线形，等距弥散点阵等形式：当阵列方式为多道环形时，环形数量为n，每道环形扫描时的卡盘旋转速度为a，激光脉冲频率为H，激光头X轴进给速度为零，完成单道环形扫描后，激光头X轴移动距离为b，b＝(1～5)a/H。如此循环n次直到完成所有环形扫描；当阵列方式为螺旋线形时，卡盘与激光头同时移动，卡盘旋转速度为a，激光脉冲频率为H，激光头X轴进给速度为d，且d＝(1～5)a/H；当阵列方式为等距弥散点阵时，应保证卡盘完成一个圆周运动后，微凹坑间距c与激光头X轴移动距离b相等。S3：激光照射：对步骤S2中固定好的旋挖齿使用激光器，在旋挖齿表面形成微凹坑，激光功率密度为103～108W/mm2，激光器的输出波长为177nm～15000nm；S4：自然冷却：关闭脉冲激光束，待光束停止作用后，冷却，该冷却过程为自然冷却，冷却后每个微凹坑直径为1μm～100μm；S5：成型：在旋挖齿表面形成微凹坑阵列，完成制备。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术利用激光束高能量密度，方向高度集中的特性，在较低成本材料表面形成具有一定排列方式的微凹坑阵列，每个微凹坑处的硬度相比基材有明显提升，凹坑周边的微凸起可起到一定的耐磨作用。2、本专利技术微凹坑周边的基材保持良好的组织韧性，与微凹坑处的高硬度相间分布，可在保证旋挖齿基材优良韧性的前提下，在锥形面获得较好的耐磨性。3、本专利技术加工方法操作简单，节能环保，在尽量降低成本费用的同时提高旋挖齿的综合性能，提高其使用寿命。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为旋挖齿锥形面强化激光微织构工艺方法流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本专利技术进一步详细说明。如图所示的一种用于旋挖齿锥形面强化的激光微织构工艺方法案例，其具体步骤是：第一步：室温下对旋挖齿锥形面表面进行除油除锈，并利用酒精清洗干净。第二步：将上述处理过的旋挖齿座固定在激光加工机床上，通过卡盘带动旋挖齿座旋转，卡盘旋转与激光头X线性轴的进给运动配合运动，选择环形阵列方式，环形数量为100道，每道环形扫描时的卡盘旋转速度为2.8r/s，激光头X轴进给速度为零，完成单道环形扫描后，激光头X轴移动距离为1mm。如此循环100次直到完成所有环形区域扫描；微凹坑的阵列方式可为多道环形，螺旋线形，等距弥散点阵等形式：当阵列方式为多道环形时，环形数量为n，每道环形扫描时的卡盘旋转速度为a，激光脉冲频率为H，激光头X轴进给速度为零；完成单道环形扫描后，激光头X轴移动距离为b，b＝(1～5)a/H，如此循环n次直到完成所有环形扫描；当阵列方式为螺旋线形时，卡盘与激光头同时移动，卡盘旋转速度为a，激光脉冲频率为H，激光头X轴进给速度为d，且d＝(1～5)a/H；当阵列方式为等距弥散点阵时，应保证卡盘完成一个圆周运动后，微凹坑间距c与激光头X轴移动距离b相等。第三步：采用YAG激光器，其输出波长为1.06μm，输出平均功率为200W，重频10KHz，激光器的输出脉冲激光束经过聚焦后照射到旋挖齿锥形面表面，聚焦采用聚焦透镜实现，聚焦透镜的规格根据激光束光斑大小和微凹坑设计直径进行选择；若激光器光斑大小与设计直径在同一量级，可使用单个聚焦镜聚焦；若二者有量级差别，则应使用聚焦镜组实现所需激光束光斑直径，该激光系统的激光能量密度可达106W/mm2，高能量脉冲激光束照射到材料表面，在短时间内将光能转换为热能，光斑直径范围及周边区域材料迅速融化并快速冷却，形成中心凹陷，边缘凸起的高硬度微凹坑区域。第四步：关闭脉冲激光束，待光束停止作用后，冷却，该冷却过程为自然冷却，冷却后每个微凹坑直径为100μm。第五步：在旋挖齿表面形成微凹坑阵列，完成制备。以上所述仅为本专利技术的实施例，并非对本专利技术做任何形式上的限制，凡是根据本专利技术技术实质对以上实施例所做的任何修改、等同变化和修饰，均仍属于本专利技术技术方案范围之内，因此本专利技术的保护范围当以权利要求书为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于旋挖齿锥形面强化的激光微织构工艺方法，其具体包括以下步骤：S1：表面清洁：室温下对旋挖齿锥形面表面进行除油除锈，并利用酒精清洗干净；S2：速度设计：将步骤S1中清洁过的旋挖齿座固定在激光加工机床上，通过卡盘带动旋挖齿座旋转，卡盘旋转与激光头X线性轴的进给运动配合运动；S3：激光照射：对步骤S2中固定好的旋挖齿使用激光器，在旋挖齿表面形成微凹坑；S4：自然冷却：关闭脉冲激光束，待光束停止作用后，冷却，该冷却过程为自然冷却；S5：成型：在旋挖齿表面形成微凹坑阵列，完成制备。

【技术特征摘要】
1.一种用于旋挖齿锥形面强化的激光微织构工艺方法，其具体包括以下步骤：S1：表面清洁：室温下对旋挖齿锥形面表面进行除油除锈，并利用酒精清洗干净；S2：速度设计：将步骤S1中清洁过的旋挖齿座固定在激光加工机床上，通过卡盘带动旋挖齿座旋转，卡盘旋转与激光头X线性轴的进给运动配合运动；S3：激光照射：对步骤S2中固定好的旋挖齿使用激光器，在旋挖齿表面形成微凹坑；S4：自然冷却：关闭脉冲激光束，待光束停止作用后，冷却，该冷却过程为自然冷却；S5：成型：在旋挖齿表面形成微凹坑阵列，完成制备。2.根据权利要求1所述的用于旋挖齿锥形面强化...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵树森，陈峰，赵钊，林学春，徐陈，段韧，成中庚，
申请(专利权)人：江苏中科大港激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32