[发明专利]小轴的激光淬火方法

说明书

本发明公开了一种小轴的激光淬火工艺，其特征在于调节激光光斑大小后，激光光斑对准小轴的淬火起始部位，然后将小轴高速旋转，达到设定的转速后开启激光器使之出光，使得小轴旋转的周圈均达到淬火温度，小轴旋转后形成环形淬火光斑，在环形淬火光斑移动方向后端具有随动冷却装置，同时使激光与小轴在轴向相对移动，完成淬火过程。本发明的这种方法，使得小轴淬火后，能够有合适的硬度和耐磨性，淬火层深便于控制，而且不易变形，工艺简单。

技术领域

本发明涉及一种热处理工艺，特别涉及的是一种小轴的激光淬火方法。

背景技术

小轴一般泛指直径小于20mm的细长轴，广泛应用于各类电机、减速机、传动轴、水泵上。为增强轴面的硬度和耐磨度，通常需要对小轴的表面进行强化处理。而提高轴表面的硬度和耐磨度的方法有很多，常见的有高频淬火、镀铬、氮化、渗碳、PVD/CVD等。高频淬火，是最常见的热处理方法，由于热输入量大，导致轴变形大，需要进行后道机加工处理，既不环保而且能耗大；镀铬工艺，易剥落易碎并且工艺过程不环保；氮化处理，氮化处理需要采用专门氮化钢材料，这种方法成本较高，而且处理周期长，易变形，也无法进行局部处理；PVD/CVD物理或者化学气相沉积法，而这两种方法成本昂贵，还无法进行普及。激光淬火是一种新型环保节能的表面热处理方法，但目前常用激光淬火方法应用到小轴上存在很大的局限性，一般采用螺旋轨迹淬火，受光斑的尺寸限制，需要进行多道搭接。首先，由于激光特点，只有在光照射的当下区域具有很高的温度，照射区外通过基材快速冷却，在前一圈淬火和后一圈淬火的搭接处由于二次加热温度不能达到淬火温度而产生回火现象，导致整轴面的硬度不均匀；其次，由于小轴本身体积小，热容量小，加工后期冷却速度下降，存在硬度前后不一致的现象；第三，因为需要深度而降低速度，容易产生变形。国外采用一种光束整形技术，将光斑整形为环状光斑，形成类似高频感应圈的方法对轴类产品进行淬火，但这种激光淬火设备需要激光功率高，光学系统复杂，导致成本太高，难以推广应用。

发明内容

鉴于背景技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单而且效果好实用的小轴的淬火方法。

为此，本发明是采用如下技术方案来实现的：

小轴的激光淬火方法，其特征在于调节激光光斑大小后，激光光斑对准小轴的淬火起始部位，然后将小轴高速旋转，达到设定的转速后开启激光器使之出光，使得小轴旋转的周圈均达到淬火温度，小轴旋转后形成环形淬火光斑，在环形淬火光斑移动方向后端具有随动冷却装置，同时使激光与小轴在轴向相对移动，完成淬火过程。

小轴的淬火层深由小轴的轴向移动速度或光斑的大小来控制。

所述小轴的转速大于等于5转/秒。

产生激光的激光头上具有测温探头，所述测温探头通过控制器与激光发生器连接。

本发明在淬火过程中，由于小轴轴向移动，激光在轴向扫描作用下，其环形淬火光斑连续移动，不会产生回火带，其工艺非常简单，而且能够有效提高小轴的硬度和耐磨度，激光加工时，随动的冷却装置可以迅速带走环形光斑照射区域外的多余的热量，解决由于小轴的体积小和热容量不够造成硬度低的问题，而且淬火层深容易控制，对于小轴来说，这种淬火工艺极易推广。

附图说明

图1为本发明激光淬火设备的示意图。

具体实施方式

本发明的这种小轴的激光淬火方法，针对直径为20毫米的小轴实施激光淬火，将小轴4固定在夹具上，调节激光头2的激光光斑大小后，激光光斑对准小轴的淬火起始部位，然后将小轴4高速旋转，达到设定的转速后开启激光器使之出光，使得小轴4旋转的周圈均达到淬火温度，小轴4旋转后形成环形淬火光斑，同时使激光与小轴4在轴向相对移动，完成淬火过程。其中小轴4高速旋转的转速为大于或者等于5转/秒，这种高速旋转的小轴4，在激光的照射下，小轴表面形成一个“O”型加热区，该“O”型加热区就是环形淬火光斑，该区域内的轴表面的温度都在淬火温度范围内，实现淬火过程。在小轴4轴向移动时，相当于激光在轴向扫描作用下，环形淬火光斑连续移动，因此不产生回火带。在环形淬火光斑移动方向后端具有随动冷却装置，该随动冷却装置随着激光头2移动，具体的来说，该随动冷却装置为一条冷却水管3，该冷却水管3随着激光头2同步移动，在激光设备的工作台6上放置水槽，在水槽内放置水泵5，冷却水通过水泵5泵到小轴4上，在激光将小轴淬火后，能够迅速降温，以保证淬火质量。为了使得激光淬火的温度稳定，在激光头2上设置了测温探头1，该测温探头1通过控制器与激光发生器连接。所述的测温探头1可以实时将小轴2表面的温度发送给控制器，随时调节激光器的出光功率，以保证小轴2表面淬火点温度稳定。本实施例中，激光光斑直径尺寸调节为3mm，将激光功率设定为1500W，小轴的轴向移动速度2mm/s，小轴的转动速度设置为10转/秒，小轴的材料为2Cr13，激光淬火层深0.8mm，小轴的淬火层深由小轴的轴向移动速度来控制，轴向移动的速度越慢，层深越深，反之越浅；其淬火层数也可以控制光斑的大小来实现，因为在激光照射时间相同的情况下，激光光斑的大小控制同样可以达到控制淬火层深的目的。采用上述设定数据后，进行激光淬火，其小轴的可达到表面硬度可达到450-520HV。本发明在小轴轴向移动的过程中，相当于在激光轴向扫描的作用下，其环形淬火光斑连续移动，以达到完全消除回火带的作用。这种淬火方法，当小轴在轴向移动到位时，便完成了淬火过程，整个过程简单，而且淬火效果好，便于应用和推广。