一种激光淬火装置及其工艺制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光淬火装置，包括有工作台以及设置在工作台上方的激光组件，激光组件包括有沿光束传输方向依次设置的激光器、扩束镜、振镜及F‑Theta透镜。多维动态振镜保障在有效范围内光斑不发生畸变；精准的软件控制，淬火深度可精确控制，对激光的输出能量、扫描路径等都可精准控制，内部晶体组织更细化，探针的热变形区和整体的变化小，产品一致性和良品率大幅提高，硬度比常规淬火提高15％～20％，耐磨性可提高3～4倍；无需花费传统方式的较长时间的预处理和升温；减少能耗；激光扫描过的探针无需再浸入防锈油，减少了二次污染；工艺周期短，生产效率高，成本低，可纳入生产流水线，易于批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种激光淬火装置及其工艺
本专利技术涉及金属热处理领域，尤其是涉及一种激光淬火装置、用于探针的激光淬火工艺。
技术介绍
探针在热处理中，为了增加产品硬度，需要进行淬火工艺处理。当前探针生产中的淬火环节，采用传统的方法进行处理：将锡箔纸包住产品(包住的目的是防止产品氧化)，然后放入淬火炉中加热到1000多度(该加热需要一定时间)，然后保持几分钟高温，之后除去锡箔纸，将产品倒入防锈油中进行冷却(该冷却过程需要一定时间)，待产品冷却至常温后再取出，再放入真空回火炉中放几个小时(回火炉的温度在300度左右)，然后再取出。这种传统淬火方式有如下多种缺点需要改进：1、效率低，升温和降温都需要较长时间；2、不节能，由于需要淬火炉升到较高温度，对电能的消耗巨大，升温降温的过程时间长、损耗能源较大；3、不安全，由于淬火炉温度较高，操作格外小心；4、不环保，升温完成后探针需要进入防锈油中，容易对环境造成二次污染；5、热量输入不可控，产品会产生较大形变，影响良品率；6、生产操作需要较多人工，自动化程度不高。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术采用的技术方案是：一种激光淬火装置，包括有工作台以及设置在工作台上方的激光组件，所述激光组件包括有沿光束传输方向依次设置的激光器、扩束镜、振镜及F-Theta透镜。根据本专利技术的另一具体实施方式，进一步的有，所述激光器为CO2激光器、半导体激光器中的一种。根据本专利技术的另一具体实施方式，进一步的有，所述扩束镜为扩束倍率1～6倍连续可调的扩束镜。一种激光淬火工艺，包括有工作台以及设置在工作台上方的激光组件，所述激光组件包括有沿光束传输方向依次设置的激光器、扩束镜、振镜及F-Theta透镜；工件上淬火光斑直径0.35～0.8mm，扫描速度85～120mm/s，窗口中心波长10300～10900nm，激光束功率0.8～1.5kw。根据本专利技术的另一具体实施方式，进一步的有，所述光斑直径0.35～0.5mm，扫描速度90～105mm/s，窗口中心波长10550～10750nm。根据本专利技术的另一具体实施方式，进一步的有，包括有以下步骤：步骤a，工作台上放置工件；步骤b，参数设定，包括有设定功率、调整离焦量、设定搭接量及设定扫描速度中的一个或多个；步骤c，工件淬火处理。根据本专利技术的另一具体实施方式，进一步的有，所述步骤a之前，对工件进行除油和/或除绣。根据本专利技术的另一具体实施方式，进一步的有，还包括有步骤d，工件淬火处理后，检测工件的淬火效果。本专利技术采用的一种激光淬火装置及其工艺，具有以下有益效果：多维动态振镜可以保障在有效范围内光斑不发生畸变；通过精准的软件控制，淬火深度可以精确控制，对激光的输出能量、扫描路径等都可以进行精准控制，由于热输入量可控，内部晶体组织更加细化，激光功率密度高、淬火作用时间短，从而使探针的热变形区和整体的变化小，产品的一致性和良品率幅提高，对于长形工件、薄壁工件而言，探针质量尤为突出；淬硬层0.3～0.5mm，淬火畸变小，适合于高精度零件处理；硬度比常规淬火提高15％～20％，经淬火后耐磨性可提高1～10倍；由于激光扫描过探针的时间非常短，探针升温和降温都在非常短暂的时间内完成，整个产品的硬度大幅优于传统淬火方式；探针在很短时间内完成淬火，不需要花费传统方式较长时间进行预处理和升温；最大激光输出能量不会超过5kW，减少能耗；激光扫描过的探针不需要再浸入防锈油中，减少了二次污染；属于无接触加热、自冷淬火，洁净的热处理；没有明显的机械作用力和工具损耗，噪声小；工艺周期短，生产效率高，成本低，整个工艺过程可以采用计算机进行精准控制，自动化程度高，可纳入生产流水线，易于批量生产。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的工艺流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明，探针作为工件。如图1所示，激光淬火装置，包括有机架3、均设置在机架3上的工作台1及激光组件，激光组件设置在工作台1上方。机架3包括有骨架、壳体，工作台1及激光组件设置在壳体的空腔中；机架3设置有沿竖向分布的至少两个隔层，激光组件及工作台1设置在不同的隔层，工作台1设置在下层、激光组件设置在上层。还包括有控制器，激光器21及振镜23均与控制器电性连接，控制器控制激光器21的通断、控制振镜23的动作。通过振镜控制使激光按照设定路径完成扫描，让探针在很短时间内完成淬火。探针的升温及降温都在非常短暂的时间内完成，整个产品的硬度大幅优于传统淬火方式。采用振镜取代六轴机械臂，使控制精度更高。激光组件包括有沿光束传输方向依次设置的激光器21、扩束镜22及振镜23。为了进一步提高探针的淬火工艺效果，激光淬火装置还包括有F-Theta透镜24；激光器21、扩束镜22、振镜23及F-Theta透镜24沿光束传输方向依次设置。扩束镜22的扩束倍率为1～6倍连续可调，扩束镜22的扩束倍率平滑变化、其可调倍率范围为1～6倍，扩束器用于扩大激光入射到F-Theta透镜24时表面光斑直径；扩束镜22的扩束倍率的连续变化中，工件上的淬火光斑直径连续变化。用于探针的激光淬火工艺，包括有工作台1以及设置在工作台1上方的激光组件，激光组件包括有沿光束传输方向依次设置的激光器21、扩束镜22、振镜23及F-Theta透镜24；工件上淬火光斑直径0.35～0.8mm，扫描速度85～120mm/s，窗口中心波长10300～10900nm，激光束功率0.8～1.5kw。激光器发射的激光束经过扩束镜之后，得到均匀的平行光束；扩束镜22的扩束倍率可连续变化，淬火中根据实际需求、调节扩束镜、对工件淬火光斑大小进行调整，实现低成本、高灵活性的光斑调整。近似平行的入射激光束经过振镜扫描后再由F-Theta透镜聚焦于工作面上；F-Theta透镜聚焦为平面聚焦，激光束聚焦光斑大小在整个工作面内大小一致。更好的，工件上淬火光斑直径0.35～0.5mm，扫描速度90～105mm/s，窗口中心波长10550～10750nm。搭接量0.5～3mm，离焦量10～25mm。如图2所示，用于探针的激光淬火工艺，包括有以下步骤：步骤a，工作台1上放置工件，若干工件铺放在工作台1上，工件装夹固定；步骤b，参数设定，包括有设定功率、调整离焦量、设定搭接量及设定扫描速度中的一个或多个；步骤c，工件淬火处理。为了进一步提高探针的淬火工艺效果，激光器21为CO2激光器、半导体激光器中的一种。步骤a或b中，根据工作台面上的工件位置，提前规划好的激光扫描路径。近似平行的入射激光束经过振镜23扫描后再由F-Theta透镜24聚焦于工作面上。F-Theta透镜24聚焦为平面聚焦，激光束聚焦光斑大小在整个工作面内大小一致。振镜23调整激光束，F-Theta透镜24上改变入射激光束与轴线之间的夹角，进而改变工作面上焦点的位置。激光淬火，又称激光相变硬化，它是以一定功率密度的激光束辐照经预处理的工件，从而使工件表面以105～106℃/s加热温度迅速上升至相变点以上，在组织奥氏体化、奥氏体晶粒未来得及长大的情况下，一旦激光停止照射，通过基体的自身热传导作用迅速冷却冷却速度可达104～106℃/s，实现自激淬火，形成表面相变硬化层。通过扩束镜22缩小工件上淬火光斑直径，原理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光淬火装置，其特征在于，包括有工作台(1)以及设置在工作台(1)上方的激光组件，所述激光组件包括有沿光束传输方向依次设置的激光器(21)、扩束镜(22)、振镜(23)及F‑Theta透镜(24)。

【技术特征摘要】
1.一种激光淬火装置，其特征在于，包括有工作台(1)以及设置在工作台(1)上方的激光组件，所述激光组件包括有沿光束传输方向依次设置的激光器(21)、扩束镜(22)、振镜(23)及F-Theta透镜(24)。2.根据权利要求1所述的一种激光淬火装置，其特征在于，所述激光器(21)为CO2激光器、半导体激光器中的一种。3.根据权利要求1或2所述的一种激光淬火装置，其特征在于，所述扩束镜(22)为扩束倍率1～6倍连续可调的扩束镜。4.一种激光淬火工艺，其特征在于，包括有工作台(1)以及设置在工作台(1)上方的激光组件，所述激光组件包括有沿光束传输方向依次设置的激光器(21)、扩束镜(22)、振镜(23)及F-Theta透镜(24)；工件上淬火光斑直径0.35～0.8mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锐，谭国甫，王雪彬，忠民，刘靖，周飚，
申请(专利权)人：深圳市艺盛科五金电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44