基于齿轮成形法的激光表面淬火避免回火带的方法技术

本发明专利技术涉及一种针对齿轮表面激光淬火方法，避免光斑之间产生的回火带。本发明专利技术基于齿轮的成形法，步骤如下：采用三束激光束同时垂直照射齿轮第一个齿槽的齿根与齿面，利用大光斑高能量，同时对齿轮齿根与齿面进行加热，齿根淬火的宽度为W2，两个齿面淬火宽度为W1、W3，激光束沿着平行于齿轮轴线方向直线扫描，完成一个齿槽表面的淬火后，齿轮转过360°/z后再进行第二个齿槽的淬火，直至整个齿轮表面淬火结束。本发明专利技术通过调整光斑的扫描方式以及光斑的照射方向，避免了由于对齿顶齿根分别淬火而造成搭接处回火带的产生而导致的齿轮表面淬硬层硬度不均匀的问题，从而提高齿轮表面整体硬度，缩短工时，满足实际应用需求。

Method for avoiding tempering zone on laser surface quenching based on gear forming method

The invention relates to a laser hardening method for gear surfaces, so as to avoid the tempering belt generated between spots. The invention is based on gear forming method, the steps are as follows: using three laser beams to irradiate the tooth root and tooth surface of the first gear groove vertically at the same time, utilizing large spot and high energy, simultaneously heating the tooth root and tooth surface of the gear, the width of tooth root quenching is W2, the width of two tooth surfaces quenching is W1 and W3, and the laser beam is parallel to the tooth along the tooth surface. The axes of the wheel are scanned in a straight line. After quenching one gear groove surface, the gear turns 360 degrees/z and then quenches the second gear groove until the whole gear surface is quenched. By adjusting the scanning mode of the spot and the irradiation direction of the spot, the invention avoids the problem of uneven hardness of the hardened layer on the surface of the gear caused by quenching the roots of the top teeth respectively, thereby improving the overall hardness of the gear surface, shortening the working time and meeting the practical application requirements.

【技术实现步骤摘要】
基于齿轮成形法的激光表面淬火避免回火带的方法
本专利技术涉及激光表面改性、表面热处理领域，具体是一种基于齿轮成形法的激光表面淬火避免回火带的方法。
技术介绍
齿轮是机械制造行业中应用广泛的零件。为了提高齿轮的承载能力，延长使用寿命，需要对齿轮进行表面硬化处理。激光相变强化是用激光束扫描工件,使工件表层快速升温到AC3临界点以上,受热层在光斑移开时,由于工件基体的热传导作用使温度瞬间进入马氏体区或贝氏体区,发生马氏体相变或贝氏体相变,完成相变强化过程。激光具有加热速度高，冷却速度快，激光方向和参数可控等优点。因此将激光用于齿轮的表面处理，是齿轮硬化处理的新途径。然而针对齿轮齿面激光淬火方式，就目前来说由于齿轮齿廓的形状较为复杂,激光束很难在一次扫描中将整个齿面全部淬硬。只有激光束对每一齿面的齿顶及齿根扫描一次，才能使整个齿面全部淬硬。由于两次扫描带的搭接区为二次淬火区域，附近会出现一定程度的回火而形成回火带，而一旦形成回火带，就会降低齿轮表面局部的硬度，使得齿面的淬硬硬度分布不均匀，影响产品质量。另外，如采用周向连续扫描的方法（即齿轮连续转动,光斑轴向移动,在齿面上形成螺旋形间隔硬化带），则会存在几个主要问题：1）在齿面上形成了硬化带之间的窄小回火区，回火带的硬度比硬化带的硬度低10HRC左右；2）光斑从齿根移动到齿顶的过程中，功率密度逐渐增强，如果激光参数和扫描运动参数选择不当，则齿顶部分容易烧熔，并且齿轮的模数越大，这种情况越显著；3）采用周向连续扫描的最佳强化点很难控制在最需要强化的位置上。所以开发一种新型的针对齿轮表面激光淬火时避免产生回火带的方法对齿轮齿面的激光表面硬化以及齿轮表面质量的提高具有重要的意义。
技术实现思路
为了在齿轮表面进行激光淬火时避免回火带的产生，本专利技术提供了一种通过改变光斑及激光束的扫描方式，从而避免了由于对齿顶齿根分别淬火而造成搭接处回火带的产生而导致的降低齿轮表面淬硬层硬度的问题的基于齿轮成形法的激光扫描和淬火的方法。本专利技术的技术方案：一种基于齿轮成形法的激光表面淬火避免回火带的方法，步骤如下：采用三束激光束同时垂直照射齿轮第一个齿槽的齿根与齿面，利用大光斑高能量，同时对齿轮齿根与齿面进行加热，齿根淬火的宽度为W2，两个齿面淬火宽度为W1、W3，激光束沿着平行于齿轮轴线方向直线扫描，完成一个齿槽表面的淬火后，齿轮转过360°/z后再进行第二个齿槽的淬火，直至整个齿轮表面淬火结束。优选地，三束激光束的光斑均为长条状光斑，照射宽度与齿根齿面淬火的宽度等同，分别为W1、W2、W3，照射角度与齿根齿面始终保持垂直。优选地，成形法齿轮激光淬火方式为一次完成，从而避免了分别对齿顶和齿根淬火时的搭接区域形成的回火带，使淬硬层能够很好地沿着齿轮表面均匀分布。优选地，该方法适用于齿轮、花键齿形表面的激光淬火。本专利技术利用三道激光束同时照射齿轮的底部和两个侧面，同时采用长条状大光斑（光斑长度等同于齿底和齿面的宽度），并且沿着平行于齿轮轴线方向扫描，使得齿轮的底部和侧边齿面同时加热，从而避免了分别对齿根齿顶两次淬火而产生的回火带。本专利技术具有如下特点：1.本专利技术涉及齿轮加工以及金属材料热处理的基本原理。根据齿轮加工方法中常见的成形法，结合激光表面淬火的技术，通过改变光束结构以及激光束的扫描方式，避免了由于对齿顶齿根分别淬火而造成搭接处回火带的产生而导致的降低齿轮表面淬硬层硬度的问题；2.采用大面积光斑，增大受热面积并保证受热均匀，使得齿根齿面一次加热完成淬火，提高了工作效率。附图说明附图1为本专利技术成形法激光束照射示意图；附图2为成形法激光束的运动方向；图中：W1，W2，W3为成形法激光的宽度；V为扫描速度方向。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细的说明，但并不是对本专利技术保护范围的限制。如图1和2所示，本专利技术是一种主要基于齿轮成形法的激光表面淬火的方法，具体实施方法如下：1.清洗齿轮表面，除去油污；2.采用三束激光束同时垂直照射齿轮的齿根及齿面（如图1所示），形成W1、W2、W3宽度的长条状光斑，通过机械手编程使得激光沿着齿轮轴线方向以一定速度v进行扫描（如图2所示），完成齿轮一个齿槽表面的淬火；3.齿轮转过360°/z后，重复步骤2进行下一个齿槽表面的淬火，直至完成整个齿轮表面的激光淬火；4.检测齿轮表面的硬度及淬火硬化层的深度。综上，本专利技术是一种针对齿轮表面进行激光表面淬火的方法，通过齿轮成形法的方式进行激光扫描，从而避免了因为二次淬火所产生的回火带，从而提高齿轮表面质量，缩短工时。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于齿轮成形法的激光表面淬火避免回火带的方法，其特征在于：其步骤如下：采用三束激光束同时垂直照射齿轮第一个齿槽的齿根与齿面，利用大光斑高能量，同时对齿轮齿根与齿面进行加热，齿根淬火的宽度为W2，两个齿面淬火宽度为W1、W3，激光束沿着平行于齿轮轴线方向直线扫描，完成一个齿槽表面的淬火后，齿轮转过360°/z后再进行第二个齿槽的淬火，直至整个齿轮表面淬火结束。

【技术特征摘要】
1.一种基于齿轮成形法的激光表面淬火避免回火带的方法，其特征在于：其步骤如下：采用三束激光束同时垂直照射齿轮第一个齿槽的齿根与齿面，利用大光斑高能量，同时对齿轮齿根与齿面进行加热，齿根淬火的宽度为W2，两个齿面淬火宽度为W1、W3，激光束沿着平行于齿轮轴线方向直线扫描，完成一个齿槽表面的淬火后，齿轮转过360°/z后再进行第二个齿槽的淬火，直至整个齿轮表面淬火结束。2.根据权利要求1所述的基于齿轮成形法的激光表面淬火避免回火带的方法，其特征在于：三束激光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：段佳伟，陆堰龙，余勤跃，吴韬，石淑琴，黄世凡，
申请(专利权)人：杭州盛镭激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33