[发明专利]基于齿轮成形法的激光表面淬火避免回火带的方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及激光表面改性、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。

背景技术

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。

发明内容

为了在齿轮表面进行激光淬火时避免回火带的产生，本发明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。

本发明的技术方案：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。

本发明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。

本发明具有如下特点：