利用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的方法、设备技术

本发明专利技术公开了一种利用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的方法，该方法包括以下步骤：S1，将待退涂的硬质合金刀具的待退涂工作面朝上地装载在退涂料盘内，推送到退涂设备的退涂室内；S2，退涂设备的激光退涂模块启动并随机多点检测待退涂的硬质合金刀具的涂层厚度，匹配激光头移动轨迹、激光头移动速度、脉冲激光功率、脉冲宽度、脉冲频率和振镜扫描速度；S3，激光退涂模块发射出脉冲激光依次扫描照射退涂料盘内待退涂的硬质合金刀具的待退涂工作面，使待退涂工作面的涂层碎裂并脱离硬质合金基体；S4，退涂料盘内所有待退涂的硬质合金刀具经过一次或者多次脉冲激光照射退涂作业，直至涂层完全去除为止。本发明专利技术还公开了一种利用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的设备。用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的设备。用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的设备。

【技术实现步骤摘要】
利用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的方法、设备


[0001]本专利技术涉及硬质合金刀具再加工
，特别涉及一种利用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的方法，以及一种利用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的设备。

技术介绍

[0002]硬质合金刀具，特别是精密切削刀具都会通过化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)等方法在硬质合金基体(如WC)上涂覆一层与硬质合金基体相结合紧密的单组元涂层或多组元复合硬质涂层，如氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)、氮铝化钛(TiAlN)等。经过表面涂层处理，硬质合金刀具的表面硬度、耐磨性、耐高温性、耐冲击性、抗氧化性及耐腐蚀性均能得到优化，工具的综合性能和使用寿命得以大幅提升。因涂层硬质合金刀具性能优异，能够完成传统刀具无法完成的任务，其应用越来越广泛，已占据整个加工刀具市场的7成以上，并且该比率还在逐年递增。
[0003]硬质合金刀具在进行涂层加工时如出现涂层质量缺陷，或刀具在使用过程中涂层磨损脱落都会严重降低刀具使用性能，导致刀具无法继续正常使用。因硬质合金基体材料属于不可再生矿物资源，且硬质合金基体的制备工艺繁琐，成本高，因此，将存在涂层缺陷的刀具进行涂层去除处理(退涂处理)后重新涂层，可显著降低涂层刀具再次利用的成本，对促进资源的优化利用具有重要的战略意义。
[0004]目前，硬质合金刀具退涂工艺普遍采用的是化学退涂和机械退涂。化学退涂过化学溶剂溶解破坏刀具表面硬质涂层，再经清洗干燥后重新利用基体。该方法具有操作技术水平要求不高，对基体损伤小，容易批量加工的优点。缺点是化学溶剂污染环境，损害操作人员身体健康，存在较大的环境、健康、安全隐患，而且化学法能够处理的涂层种类有限，工序复杂，加工周期长(数小时)，无法选择性地去除局部(如刃口区域)的涂层，难以实现自动化等问题。另一方面，传统化学退涂工艺中，因溶剂造成工作表面钴元素析出流失，降低刀具再次涂层质量，在后期易形成涂层脱落的不足。机械退涂采用精密加工或喷砂，多用于硬质合金刀具的部分修复，但因为涂层与基体的结合强度高，加工难度非常大，效率低，成本高，精度低，且容易对基体材料造成二次损伤。
[0005]上述化学或者机械的硬质合金涂层去除手段均存在明显的不足和局限。在全社会对环境和劳动安全保护意识不断增强的今天，现代工业迫切需要一种绿色环保、适用范围广、加工灵活方便、不损伤基材，同时尽可能低成本的新型涂层去除方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种利用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的方法，利用特定波长高频短脉冲激光，照射需处理工具表面。表面涂层材料吸收大能量的激光能量后瞬间产生急剧膨胀的等离子体(高度电离的不稳定气体)，同时产生冲击波。在激光与表面涂层产生烧蚀、震荡、等离子剥离等多种机理的共同作用下，使表面涂层碎裂并脱离硬质合金基体，达到去除涂层的效果；不需要对硬质合金刀具表面进行清洁等预处理，
退涂后表面洁净度高，无需清洗可直接进行二次涂层处理，减少工序，降低成本。其技术方案如下：
[0007]本专利技术的一种利用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的方法，所述方法包括以下步骤：
[0008]S1，将待退涂的硬质合金刀具的待退涂工作面朝上地装载在退涂料盘内，所述退涂料盘内可同时装载一片或者多片待退涂的硬质合金刀具，将所述退涂料盘推送到退涂设备的退涂室内，并使待退涂工作面与退涂设备的激光束中心轴互相垂直，启动退涂设备的吸集尘系统，使所述退涂室内部形成负压。其中，退涂料盘带有与特定刀具相匹配的夹持装置，能够固定刀具，确保其位置稳定；退涂料盘一次可装载多枚同类型号刀具，最大可装载刀具数量根据刀具的尺寸和型号确定。
[0009]S2，通过退涂设备的操控面板输入所述退涂料盘的型号信息，退涂设备的激光退涂模块启动并随机多点检测待退涂的硬质合金刀具的涂层厚度，退涂设备的控制系统根据所述涂层厚度自动匹配激光头移动轨迹、激光头移动速度、脉冲激光功率、脉冲宽度、脉冲频率和振镜扫描速度。
[0010]S3，启动退涂设备的脉冲激光发生器，脉冲激光发生器产生的脉冲激光通过光纤传输到激光退涂模块，激光退涂模块发射出脉冲激光依次扫描照射退涂料盘内待退涂的硬质合金刀具的待退涂工作面，使待退涂工作面的涂层碎裂并脱离硬质合金基体。
[0011]S4，退涂料盘内所有待退涂的硬质合金刀具完成一次脉冲激光照射退涂后，激光退涂模块再一次随机多点检测完成一次退涂的硬质合金刀具的剩余涂层厚度，如涂层未完全去除，则调整控制系统的各项参数，再一次进行退涂作业，直至涂层完全去除为止。完成一次连续退涂作业能够将退涂料盘内刀具的一个端面的涂层完全去除，如需对其他端面进行退涂处理，将刀具进行翻面和位置调整，重新装盘后进入退涂室进行退涂作业。
[0012]为尽可能高效率、精确、完整地去除硬质合金刀具表面涂层，同时尽量确保硬质合金刀具基材不受损伤，采用合适参数的脉冲激光束对刀具表面进行多次重复、激光能级逐次递减的方式进行辐照：首次激光退涂作业以较大的脉冲峰值功率进行，确保脉冲激光能量能够一次性、快速去除刀具表面80％
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95％的涂层材料，且不影响到基材。后续激光退涂作业的峰值功率大幅降低。低峰值功率的脉冲激光能够精准清除掉表面已经松动和部分脱落的残余涂层，同时对基体材料产生的影响也非常微小。根据刀具原有涂层类型，以及对于退涂质量及精度的不同要求，采用能级递减的脉冲激光对刀具进行2
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3次激光退涂作业即能达到较好退涂效果，满足刀具再次涂层的质量要求。在每次激光退涂作业前和作业后，通过厚度测量模块对涂层厚度进行自动测量。依据刀具型号及涂层厚度数值设置合适的激光功率、脉冲频率、清洗速度等激光退涂工艺参数，控制激光辐照过程，避免涂层剥离不足或过度。
[0013]进一步地，步骤S2中，所述激光退涂模块集成有涂层厚度测量功能、脉冲激光发射功能以及吸集尘功能，所述激光退涂模块根据所述退涂料盘的型号信息可确定待退涂的硬质合金刀具所处位置，且所述激光退涂模块随机多点检测待退涂的硬质合金刀具的涂层厚度，控制系统根据所述涂层厚度和待退涂的硬质合金刀具型号自动匹配激光退涂模块的各项参数。
[0014]进一步地，步骤S2中，所述激光退涂模块的各项参数如下：所述脉冲激光功率为2
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20w、所述脉冲宽度为50
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80ns、所述脉冲频率为20
‑
60kHz、所述振镜扫描速度为5
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20m/s。
[0015]进一步地，步骤S3中，对待退涂工作面的首次脉冲激光退涂采用10
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20W、20
‑
40kHz的高功率低频率脉冲激光辐射；步骤S4中，对待退涂工作面的再次脉冲激光退涂采用2
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10W、40
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60kHz的低功率高频率脉冲激光辐射。首次激光退涂作业，采用高平均输出功率(10
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20W)、低脉冲频率(20
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1，将待退涂的硬质合金刀具的待退涂工作面朝上地装载在退涂料盘内，所述退涂料盘内可同时装载一片或者多片待退涂的硬质合金刀具，将所述退涂料盘推送到退涂设备的退涂室内，并使待退涂工作面与退涂设备的激光束中心轴互相垂直，启动退涂设备的吸集尘系统，使所述退涂室内部形成负压；S2，通过退涂设备的操控面板输入所述退涂料盘的型号信息，退涂设备的激光退涂模块启动并随机多点检测待退涂的硬质合金刀具的涂层厚度，退涂设备的控制系统根据所述涂层厚度自动匹配激光头移动轨迹、激光头移动速度、脉冲激光功率、脉冲宽度、脉冲频率和振镜扫描速度；S3，启动退涂设备的脉冲激光发生器，脉冲激光发生器产生的脉冲激光通过光纤传输到激光退涂模块，激光退涂模块发射出脉冲激光依次扫描照射退涂料盘内待退涂的硬质合金刀具的待退涂工作面，使待退涂工作面的涂层碎裂并脱离硬质合金基体；S4，退涂料盘内所有待退涂的硬质合金刀具完成一次脉冲激光照射退涂后，激光退涂模块再一次随机多点检测完成一次退涂的硬质合金刀具的剩余涂层厚度，如涂层未完全去除，则调整控制系统的各项参数，再一次进行退涂作业，直至涂层完全去除为止。2.根据权利要求1所述的利用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的方法，其特征在于，步骤S2中，所述激光退涂模块集成有涂层厚度测量功能、脉冲激光发射功能以及吸集尘功能，所述激光退涂模块根据所述退涂料盘的型号信息可确定待退涂的硬质合金刀具所处位置，且所述激光退涂模块随机多点检测待退涂的硬质合金刀具的涂层厚度，控制系统根据所述涂层厚度和待退涂的硬质合金刀具型号自动匹配激光退涂模块的各项参数。3.根据权利要求2所述的利用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的方法，其特征在于，步骤S2中，所述激光退涂模块的各项参数如下：所述脉冲激光功率为2
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20w、所述脉冲宽度为50
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80ns、所述脉冲频率为20
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60kHz、所述振镜扫描速度为5
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20m/s。4.根据权利要求3所述的利用脉冲激光去除硬质合金刀具表面涂层的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锋，李兴军，唐新波，陈肖林，刘建，
申请(专利权)人：株洲特装智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：