一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光誘導輪對表面強化方法,還涉及激光誘導強化表面與脈沖電化學精密光整加工相結合的方法。
【背景技術】
[0002]通常輪對是做旋轉滾動,且承載著運載車輛的全部重量,因此在運行過程中很容易出現磨損。常規(guī)輪對的制造工序為:車輪坯件鍛造一粗車外圓一精車外圓及內孔徑一中頻淬火、回火下料一修研中心孔一磨外圓一銑鍵槽。熱處理雖然可以改變材料組織性能,但容易引起輕微的塑性變形。中頻淬火、回火難以提高輪對的顯微硬度和耐磨效果。粗磨、半精磨、精磨是磨削輪對最普遍的加工工序,由于精磨時磨削速度很高,磨削區(qū)瞬時溫度也很高,容易產生表面燒傷和磨削裂紋,因此很難保證輪對外圓磨削到很低的表面粗糙度,輪對表面粗糙度若大,應力集中就強,會大大降低輪對的疲勞強度。此外,由于磨削工作量大,磨削加工時會產生大量油霧或水霧,對環(huán)境造成污染,對工人健康造成損害。因此上述工序存在輪對顯微硬度小、耐磨性差、表面粗糙度大、生產周期長、環(huán)境污染嚴重等問題。
【發(fā)明內容】
[0003]針對現有技術的不足,本發(fā)明提供了一種激光誘導強化表面與脈沖電化學精密光整加工相結合的方法,以增強輪對硬度、提高表面耐磨性、降低表面粗糙度、提高疲勞壽命。
[0004]本發(fā)明是通過以下方案實現的:
一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法,包括如下步驟:
Cl)輪對表面強化步驟:由Ti02、炭黑組成混合粉末,放在某個送粉裝置中,向送粉裝置內通入甲烷并吹送混合粉末,在送粉裝置頂部一側傾斜地設置激光束,激光束輻射混合粉末和甲烷;將車輪旋轉地置于上述甲烷氣體氛圍下,在輪對金屬表層原位復合生成TiC ;
(2)輪對光整加工步驟:將步驟(I)中經激光誘導強化后的車輪接脈沖電源正極,陰極接脈沖電源負極,車輪與陰極之間通以中性電解液,卡盤夾持車輪進行旋轉,陰極同時做進給運動,通過脈沖電化學技術對輪對表面進行光整加工。
[0005]作為本發(fā)明進一步的改進,步驟(I)中混合粉末的各組分及其重量配比為:Ti02:炭黑為7:3,甲烷流量為10~16L/min。
[0006]作為本發(fā)明進一步的改進,步驟(I)中的激光束的掃描速度為300?500mm/min,激光功率為800?1500W,激光波長為1.06Mm或10.6Mm,光斑直徑為3?6mm,輪對旋轉速度為 5~10r/min。
[0007]作為本發(fā)明進一步的改進,步驟(2)中的脈沖電流值為50 A?200 A,脈沖頻率范圍為 500 Hz ?1KHz。
[0008]作為本發(fā)明進一步的改進,步驟(2)中的中性電解液配方為:15%?35%NaN03,10% ?20%NaCl,5% ?10%NaC103,1% ?2%NaS04,其余為水。
與現有技術相比,本發(fā)明具有如下有益效果: (1)本發(fā)明可以在金屬表層原位復合生成TiC,而不是在表面沉積,因此不存在涂層與基體的結合力問題;
(2)原位復合有TiC的金屬表層厚度可達400至800微米,顯微硬度可達HV1900至HV2700,因此即使表面在使用過程中有微磨損,仍然具有很好的硬度和耐磨性;
(3)反應組元為Ti02、炭黑和甲烷氣體,以激光作為能量源,不會對環(huán)境造成任何污染,是一種環(huán)保的金屬表面強化與耐磨方法;
(4)采用脈沖電化學光整技術對輪對進行光整加工,可使車輪踏面表面粗糙度降低至Ra0.1Mm以下,從而加工出超光滑的表面,踏面表面粗糙度愈小,應力集中愈小,疲勞強度也愈高;由于輪對硬度高、表面粗糙度低,可使其疲勞壽命提高3-5倍;
(5)脈沖電化學光整加工的效率與輪對表面硬度無關,對于硬度很高的表面也能很快完成光整加工;
(6)光整加工過程中不產生磨削力和磨削熱,不產生附加應力,加工精度高,表面也不產生磨削燒傷和裂紋;
(7)輪對激光強化后直接進行光整加工,不需進行精磨、研磨和拋光,大幅度節(jié)省了機械加工的時間,使生產效率大大提高;
(8)光整后的輪對調整裝配后可直接提供給用戶,不需要進行長時間跑和,生產周期大大縮短;
(9)由于減少了半精磨、精磨的工序,車間里由于磨削加工所生產的油霧大幅減少,對環(huán)境的污染也大幅減少,是一種綠色制造方法。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明脈沖電化學光整加工原理圖。
[0010]其中為車輪,2為電解液,3為陰極,4為脈沖電源。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖,對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細描述。
[0012]以金屬表層原位復合生成TiC為例,先對車輪的踏面和輪緣進行激光誘導強化,以Ti02、炭黑粉末的混合質量比為7:3,激光功率1300W,甲烷流量為10L/min,所述激光束的掃描速度為300mm/min,激光波長為10.6Mm,光斑直徑為3mm,輪對旋轉速度為5r/min。在車輪踏面和輪緣表層原位復合生成厚度可達500Mm的TiC層,顯微硬度可達HV2550。
[0013]使用如下工藝參數的脈沖電流電化學光整加工技術進行拋光:脈沖頻率9KHz,脈沖電流值200 A。使用中性電解液配方為23%NaN03,18%NaCl,6%NaC103,2%NaS04,其余為水。經過12分鐘左右,可將車輪踏面的表面粗糙度拋光至Ra0.09Mffl。
【主權項】
1.一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法,其特征在于包括如下步驟: (1)輪對表面強化步驟:由Ti02、炭黑組成混合粉末,放在某個送粉裝置中,向送粉裝置內通入甲烷并吹送混合粉末,在送粉裝置頂部一側傾斜地設置激光束,激光束輻射混合粉末和甲烷;將車輪旋轉地置于上述甲烷氣體氛圍下,在輪對金屬表層原位復合生成TiC ; (2)輪對光整加工步驟:將步驟(I)中經激光誘導強化后的車輪接脈沖電源正極,陰極接脈沖電源負極,車輪與陰極之間通以中性電解液,卡盤夾持車輪進行旋轉,陰極同時做進給運動,通過脈沖電化學技術對輪對表面進行光整加工。
2.根據權利要求1所述的一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法,其特征在于:步驟(I)中混合粉末的各組分及其重量配比為:Ti02:炭黑為7:3,甲烷流量為10~16L/min。
3.根據權利要求1所述的一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法,其特征在于:步驟(I)中的激光束的掃描速度為300?500mm/min,激光功率為800?1500W,激光波長為1.06Mm或10.6Mm,光斑直徑為3?6mm,輪對旋轉速度為5~10r/min。
4.根據權利要求1所述的一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法,其特征在于:步驟(2)中的脈沖電流值為50 A?200 A,脈沖頻率范圍為500 Hz?1KHz。
5.根據權利要求1所述的一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法,其特征在于:步驟(2)中的中性電解液配方為:15%?35%NaN03,10%?20%NaCl,5%?10%NaC103,1%?2%NaS04,其余為水。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法。常規(guī)輪對制造工序存在輪對顯微硬度小、耐磨性差、表面粗糙度大、生產周期長、環(huán)境污染嚴重等問題。本發(fā)明包括如下步驟:(1)輪對表面強化步驟:由TiO2、炭黑組成混合粉末,通入甲烷并吹送混合粉末,激光束傾斜輻射混合粉末和甲烷;將車輪旋轉地置于上述甲烷氣體氛圍下,在輪對金屬表層原位復合生成TiC;(2)輪對光整加工步驟:經激光誘導強化后的車輪與陰極之間通以中性電解液,卡盤夾持車輪進行旋轉,陰極同時做進給運動,通過脈沖電化學技術對輪對表面進行光整加工。本發(fā)明增強輪對硬度、提高表面耐磨性、降低表面粗糙度、提高疲勞壽命。
【IPC分類】B23H5-00, C23C24-08
【公開號】CN104827145
【申請?zhí)枴緾N201510181689
【發(fā)明人】葛兆星, 王輝, 王友余
【申請人】江蘇華耀機械制造有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月17日