[发明专利]一种齿轮表面激光冲击微造型的方法

说明书

技术领域

本发明属于齿轮表面强化处理技术，特指一种齿轮表面激光冲击微造型的方法。

背景技术

齿轮传动是机械传动中应用最为广泛的一种传动形式。由于齿轮传动较精准、效率高、结构紧凑、工作可靠等优点被广泛的应用于航空航天、国防、高速列车、微电子等领域。齿轮啮合过程中在分度圆附近的齿面易发生齿面点蚀、齿面塑变、齿面胶合、齿面磨损等，严重影响了齿轮传动的稳定性和传动性能。齿轮的质量直接影响着整个传动系统的质量和寿命，因此研究高效率、高质量、低成本、易操作、可控性强、无污染的齿轮强化方法具有极高的应用前景和经济价值。

当前强化齿轮的方法中主要有齿轮表面渗碳、渗氮技术、激光冲击强化技术、热喷涂技术以及当前新兴的激光淬火技术、超声深滚技术等，都存在一定的缺点。如渗碳处理温度高，变形大，表面质量低。激光冲击强化技术处理后的齿轮齿面粗糙度较差，且可能会影响到齿轮轮齿的强度，如江苏大学任旭东的一种水下激光冲击强化齿轮泵齿轮的装置与方法(专利号：201310384126.9)。超声深滚技术得到的齿轮虽然表面光洁度较好，但是加工过程的磨损还是难以控制。

发明内容

发明目的：为了解决当前技术中的不足，本发明提供一种齿轮表面激光冲击微造型的方法，该技术属于表面冷加工处理，能有效的提高齿轮齿面的硬度、降低摩擦系数、提高耐磨性能。

技术方案：为实现上述目的，本发明一种齿轮表面激光冲击微造型的方法，该加工装置包含激光器、聚焦透镜、喷嘴和数控工作台，包括以下步骤：

(1)将齿轮齿面抛光，并用酒精清洗齿轮齿面，然后把黑漆均匀的喷涂在靠近节线的1/3齿顶面至1/3齿根面区域；

(2)将齿轮安装到数控工作台上，在黑漆表面设水约束层，设置脉冲激光器参数，激光束透过聚焦透镜照射在预先处理好的齿轮齿面形成小半球形微凹坑，凹坑直径在100-300μm，凹坑深度1-40μm；

(3)通过控制数控工作台，在预先处理的齿轮齿面加工出一系列微凹坑阵列；

(4)用丙酮去除齿轮齿面黑漆并用超声波清洗齿轮齿面。

作为优选方案：所述步骤(2)中的水约束层厚度为3mm。

作为优选方案：所述步骤(2)中激光器的参数为激光波长532nm，脉宽8ns，单脉冲激光能量0J<E<2J，光斑直径0mm<d≤1mm，频率1～10Hz。

作为优选方案：所述步骤(3)中，

A.在进行单道激光冲击微造型中工作台沿齿轮轴线方向移动；

B.步骤A完成，数控工作台带动齿轮绕轴线转过一个齿的角度；

C.重复步骤A、B，直至每个齿都进行一道激光冲击微造型；

D.数控工作台带动齿轮沿齿轮径向方向移动一个微造型间距，重复步骤C；

E.重复步骤D，直至齿轮同一侧齿面微造型区域完成激光冲击微造型。

F.将齿轮拆下后反向安装，重复步骤E，直至齿轮同一侧齿面微造型区域完成激光冲击微造型。

作为优选方案：所述述步骤A中的光斑沿轴向微造型间距为0<L<3d，步骤D径向微造型间距为0<L<3d，d为光斑直径。

在本发明中，激光冲击微造型强化的齿轮，能显著提高齿轮齿面的硬度、降低摩擦系数、提高耐磨性能，改善了齿轮啮合过程中的润滑性能，减小了齿轮磨粒的产生以及磨粒刮擦磨损齿轮齿面的可能性，提高了齿轮的寿命。本发明所述的激光冲击微造型区域，为易发生齿面点蚀、齿面塑变、齿面胶合、齿面磨损的靠近节线的1/3齿顶面到1/3齿根面区域，加工出一系列微凹坑阵列。本发明能有效的提高齿轮齿面的硬度、降低摩擦系数、提高耐磨性能，而且还能有效的提高轮齿的强度

本发明的原理：在齿轮齿面易发生齿面点蚀、齿面塑变、齿面胶合、齿面磨损的区域进行激光冲击微造型，微造型的区域摩擦系数减小，表层金属晶粒得到细化，硬度提高，表面伴随产生残余压应力，耐磨性能得到了提高。其次齿面激光冲击微造型产生的微凹坑能够捕捉齿轮啮合过程中产生的磨粒，减少齿轮齿面磨粒磨损。齿轮在润滑条件下工作时，产生的微凹坑能够存储润滑油，增加润滑，防止干啮合，减小磨损。通过本发明可以有效的提高齿轮齿面的硬度，减小摩擦系数，提高耐磨性。

有益效果：本发明的齿轮表面激光冲击微造型方法，相比现有技术，具有以下优点：

1.本发明采用激光冲击微造型技术属于冷加工表面处理，对齿面无热影响。