[发明专利]一种用于螺杆激光组合制造的工艺方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及材料科学与激光加工领域，具体涉及一种用于螺杆激光组合制造的工艺方法，特别适用于螺杆表面由于承受着来自包括摩擦、挤压等各种形式的复杂应力而导致的螺杆的疲劳损伤和失效，延长螺杆的使用寿命。

【背景技术】

“激光组合增材制造技术”是在“增材制造”(俗称“3D打印”)基础上发展起来的一种技术，是一种在零件的关键部位通过材料逐层添加堆积、实现构件无模成形的数字化制造技术，其原理是用能量对金属粉体熔化、烧结形成新的金属材料和形状。激光组合增材制造与传统制造方法相结合，更强调与基体材质的不同，多组元功能性结构，实现异质材料的结合，以及制造层内部材料的梯度变化，亦可利用报废的部件作为母体，实现全生命周期的循环利用，并节材降耗。实现了材料组合、方法组合和功能组合。

螺杆是注塑机的关键零件，在生产塑料制品时，塑料颗粒及填料由尾部进入注塑机的机筒，螺杆在机筒中高速旋转运动，将塑料颗粒及填料挤压推进，在前进中混合塑化，由螺杆头部注入模腔。注射螺杆在比较恶劣的条件下工作，温度一般在200℃以上。它不仅要承受注射时的高压，同时还承受熔料的磨蚀作用和预塑时的频繁负载启动。螺杆多因磨损造成螺杆与料筒的间隙过大使注塑机不能正常挤出塑料而失效。螺杆组件常用的强化工艺有：渗氮处理、电镀硬铬层、高频淬火及喷涂双金属合金层等方法。渗氮与电镀硬铬工艺虽能获得一定的硬度，但因硬化层太薄或结合力不够而实际使用效果不好；而淬火处理由于螺杆一般都在较高的温度下工作，回火的作用使得螺杆很快失效；虽然喷涂双金属合金层的螺杆其结合力较差，价格为常规螺杆的数倍，目前仍为使用性能最佳的产品。而本发明制造的螺杆其性能完全优于双金属螺杆，具有广阔的应用前景。

【发明内容】

本发明的目的是解决现有金属螺杆易磨损、使用寿命短、加工余量大等问题，提供一种与基体结合强度高、使用寿命长、加工余量小的激光组合制造金属螺杆加工工艺。本发明所述的金属螺杆采用自动送粉工艺的激光组合增材制造技术(Laser Combination Additive Manufacturing，简称LCAM技术)，合金粉末经由喷嘴喷出，激光与工件的相对运动采用机器人或数控机床来实现，LCAM工艺可采用较大的直径的光斑，且制造零件相对较简单，这使得LCAM技术非常适合于螺杆方面的制造。LCAM技术的显著优势之一是，可选择性的成型部件关键部位，同时装备也可以借用发展十分成熟的数控机床，容易实现制造大尺寸零部件。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种用于螺杆激光组合制造的工艺方法，包括如下步骤：

步骤一：确定激光组合增材制造材料：

选择与螺杆光杆材料热膨胀系数相匹配的合金粉末作为螺棱材料，以满足耐磨损和耐腐蚀要求，其中：所述螺棱芯部合金粉末选择为与螺杆光杆相一致的材料；所述螺棱挤压工作面材料为Ni60粉末或者Stellite6粉末，所述螺杆光杆为42CrMo圆钢，所述螺棱芯部合金粉末为42CrMo粉末或者35CrMo粉末；

步骤二：对螺杆光杆表面进行清洁表面；

步骤三：螺杆激光组合增材制造：

采用半导体或光纤激光器和六轴机器人组成的柔性激光加工系统，光学聚焦系统采用在线可调光斑聚焦系统，采用两个送粉器同轴送粉；

扫描路径：通过机器人控制机械手使得激光头位于螺杆光杆上方平行于螺杆光杆轴心进行来回运动，并控制螺杆光杆进行自转；同时送粉器随着激光头对螺杆光杆进行送粉，完成多层多道次的激光堆焊熔覆，直至使螺棱的激光组合增材制造成形；

步骤四：对螺杆初步成型后进行后续铣削加工。

本发明中，所述螺棱是通过激光进行多层多道次激光堆焊熔覆而成的，每层中包括第一道次、若干中间道次和最后道次，第一道次和最后道次的合金粉末为Ni60粉末或者Stellite6粉末，若干中间道次的合金粉末为42CrMo粉末或者35CrMo粉末，相邻道次之间的搭接率为30～50％。

本发明中，所述螺棱的半剖面呈圆角梯形，且螺棱外表面呈光滑结构。