一種雙光束激光熔覆刀具的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙光束激光熔覆刀具的加工方法，利用激光分束鏡將激光分為能量相等的兩束激光，經(jīng)聚焦鏡分別聚焦后同時作用于刀具基材兩側(cè)凹槽內(nèi)，利用旁軸送粉嘴將高硬度鐵基合金粉送至焦點處進行熔覆，達到設(shè)定的寬度、厚度要求。本發(fā)明，激光加工效率相對常規(guī)的刀具制造技術(shù)可提高20倍，操作方便，自動化程度高，雙光束同時對刀具基材兩側(cè)熔覆，確保在熔覆的過程中無需復(fù)雜的夾具，刀具基材熔覆后幾乎無變形。
【專利說明】
一種雙光束激光熔覆刀具的加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙光束激光熔覆刀具的加工方法，屬于激光加工【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]刀具行業(yè)是整個機械制造行業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，先進的切削工具是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗刀具的必要條件和保證，一般來講，刀具的材料及刃口的加工方式對其耐用度、加工效率、加工質(zhì)量影響很大，因此刀具材料的選用和刃口的加工方式顯得尤為重要。
[0003]激光熔覆技術(shù)是一種新興的表面強化技術(shù)，利用這種技術(shù)在刀具基材表面添加熔覆材料，并利用高能量密度的激光使其與刀具表面一起熔化，并快速凝固結(jié)晶形成高硬度涂層，從而提升刀具的自身性能。但在實際加工過程中，激光熔覆并未在刀具生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，其關(guān)鍵原因有兩個:一是由于激光能量密度較高的原因，在對刀具進行激光熔覆的過程中往往導(dǎo)致刀具基材產(chǎn)生形變，對刀具外觀產(chǎn)生很大影響；二是由于粉末材料及工藝問題，熔覆層易斷裂，綜合熔覆效率偏低，限制了該技術(shù)在刀具領(lǐng)域內(nèi)的實際應(yīng)用。因此尋求一種穩(wěn)定高效的激光熔覆刀具的方法成為了該領(lǐng)域研究人員一直追尋的目標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種雙光束激光熔覆刀具的加工方法，該方法利用激光分束鏡將一束激光分為兩束，同時經(jīng)聚焦鏡聚焦后作用于刀具基材兩側(cè)凹槽內(nèi)，利用旁軸送粉嘴將粉末送至兩焦點處進行熔覆。該方法中采用兩束激光同時熔覆，避免了單側(cè)熔覆產(chǎn)生熱變形的影響，降低熔覆過程中的溫度梯度對基材的影響，從而可以在高效率的條件下獲得聞質(zhì)量的刀刃涂層。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下方式實現(xiàn)的:一種雙光束激光熔覆刀具的加工方法，其特征在于:包括以下步驟:
1)、對基材表面進行除油除銹等處理，基材為碳鋼；
2)、采用具有定分光比的激光器，其激光分束鏡將一束激光分成兩束，同時聚焦后作用于基材兩側(cè)的凹槽內(nèi)；
3)、利用旁軸送粉嘴將粉末送至基材兩側(cè)凹槽的焦點處進行熔覆，兩束激光熔化基材表面和高硬度鐵基合金粉末，并在機械臂的作用下向前移動；
4)、兩側(cè)道同時熔覆完后，檢查涂層是否達到設(shè)定的寬度、厚度要求，若未達標(biāo)，沿與激光掃描垂直的方向調(diào)整機械臂，移動距離為光斑直徑的509Γ80%，然后重復(fù)上述步驟，直到涂層精度達到要求。
[0006]所述的步驟I)中，兩束激光同時對刀具基材兩側(cè)進行熔覆，兩個激光熔覆頭夾角為 60°。
[0007]所述的步驟2)中，激光器為全固態(tài)光纖激光器,激光分束鏡為光面拋光的Κ9玻璃，分光比50%:50%，分光后兩束激光的功率為130(Tl400W，兩束激光經(jīng)聚焦后在基材表面的光斑直徑為2?3mm,兩個光斑中心間距為5mnTl0mm。
[0008]所述的步驟3)中，控制兩束激光在熔覆過程中的光斑中心間距不變，為5mnTl0mm;激光掃描速度為20(T250mm/min，粉末流量為3(T60g/min ;合金粉末摻有重量百分比為389Γ43%的強化相顆粒Cr基合金粉末，使熔覆層有足夠的硬度及抗磨擦性，強化相顆粒為SiC、Cr7C3碳化物或CrB2硼化物，合金硬化層寬度為4飛_，厚度為1.Γ?.6mm。
[0009]所述的步驟2)或步驟3)中，兩激光頭間的夾角為40°飛0°，送粉嘴與激光頭夾角為30°飛0°，如熔覆后未達到指定寬度，控制機械臂移動激光頭5，確保兩道次間的搭接率為50%?80%。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點:1、激光加工效率相對常規(guī)的刀具制造技術(shù)可提高20倍，操作方便，自動化程度高，雙光束同時對刀具基材兩側(cè)熔覆，確保在熔覆的過程中無需復(fù)雜的夾具，刀具基材熔覆后幾乎無變形；2、刀刃涂層組織致密，無氣孔和裂紋，具有超高硬度及耐磨性特點，熔覆層刃口部分顯微硬度與刀具基材相比提高了 2倍左右，用此方法加工的木工刀具與傳統(tǒng)刀具加工產(chǎn)品相比性能有很大提高。；3、對基材要求不高，小部分區(qū)域使用高硬度鐵基合金可使加工成本大幅度降低，在刀具制造及其修復(fù)行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用潛力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的雙光束激光熔覆刀具的裝置示意圖。

【具體實施方式】
[0012]如圖1所示，在刀具基材為45號鋼表面采用雙光束激光熔覆的方法制備鐵基合金Fe62涂層，該涂層寬度為6mm，厚度為1.48mm。
[0013]1、采用打磨機對45號鋼的基材8表面進行除銹處理，然后用濃度為99%的工業(yè)酒精對表面進行擦拭去油。
[0014]2、米用定分光比50%:50%的激光分束鏡2,將一束由全固態(tài)光纖激光器I發(fā)出的激光分為L1、L2兩束激光，L2激光經(jīng)全反鏡3反射，L1、L2兩束激光經(jīng)光纖4、固定在機械臂10上的激光頭5、焦距為200mm的聚焦透鏡7后，作用在刀具基材8上，激光功率設(shè)為2800W，分到L1、L2處的能量分別為1400W，兩激光頭之間夾角為60°，光斑直徑為3mm，兩光斑間距為8mm。
[0015]3、利用旁軸送粉嘴6將粉末送至兩焦點處，設(shè)定機械臂運動速度，使激光熔覆速度為220mm/min,粉末流量為60g/min,熔覆層快速凝固并結(jié)晶形成涂層9,旁軸送粉頭與激光頭夾角為30°。
[0016]鐵基合金的化學(xué)成分以重量百分比計為C〈5%，Si<l%, B〈 1.8%, Cr<43%,Fe: bal，其粒度為45?109 μ m。
[0017]4、當(dāng)激光熔覆完一道工序后檢測涂層厚度是否達到要求，如沒有重復(fù)上述步驟。
[0018]5、熔覆結(jié)束后觀察其表面無明顯形變，探傷后無裂紋。采用金相切割機取部分試樣，進行打磨拋光，用無水乙醇清洗并吹干，在DHV-1000Z型數(shù)顯顯微維氏硬度計下測量其硬度，熔覆層刃口部分顯微硬度與刀具基材相比提高了 2倍左右，用此方法加工的木工刀具與傳統(tǒng)刀具加工產(chǎn)品相比性能有很大提高。
[0019]本發(fā)明加工的木工刀具適用于切削各種軟木、硬木等各種類型木質(zhì)材料。
【權(quán)利要求】
1.一種雙光束激光熔覆刀具的加工方法，包括以下步驟:其特征在于: 0、對基材表面進行除油除銹等處理，基材為碳鋼； 2),采用具有定分光比的激光器，其激光分束鏡將一束激光分成兩束，同時聚焦后作用于基材兩側(cè)的凹槽內(nèi)； 利用旁軸送粉嘴將粉末送至基材兩側(cè)凹槽的焦點處進行熔覆，兩束激光熔化基材表面和高硬度鐵基合金粉末，并在機械臂的作用下向前移動； 兩側(cè)道同時熔覆完后，檢查涂層是否達到設(shè)定的寬度、厚度要求，若未達標(biāo)，沿與激光掃描垂直的方向調(diào)整機械臂，移動距離為光斑直徑的50%?80%，然后重復(fù)上述步驟，直到涂層精度達到要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙光束激光熔覆刀具的加工方法，其特征在于:所述的步驟1)中，兩束激光同時對刀具基材兩側(cè)進行熔覆，兩個激光熔覆頭夾角為60。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙光束激光熔覆刀具的加工方法，其特征在于:所述的步驟2)中，激光器為全固態(tài)光纖激光器，激光分束鏡為光面拋光的1(9玻璃，分光比50%:50%，分光后兩束激光的功率為1300?14001，兩束激光經(jīng)聚焦后在基材表面的光斑直徑為2?3111111，兩個光斑中心間距為5臟?10111111。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙光束激光熔覆刀具的加工方法，其特征在于:所述的步驟3)中，控制兩束激光在熔覆過程中的光斑中心間距不變，為激光掃描速度為200?250臟?111，粉末流量為30?608加111 ；合金粉末摻有重量百分比為38%?43%的強化相顆粒0基合金粉末，使熔覆層有足夠的硬度及抗磨擦性，強化相顆粒為碳化物或082硼化物，合金硬化層寬度為4?6111111，厚度為1.4?1.6111111。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙光束激光熔覆刀具的加工方法，其特征在于:所述的步驟2)或步驟3)中，兩激光頭間的夾角為40。飛0。，送粉嘴與激光頭夾角為30。飛0。，如熔覆后未達到指定寬度，控制機械臂移動激光頭5，確保兩道次間的搭接率為50%?80%。
【文檔編號】C23C24/10GK104388929SQ201410700926
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】任遠, 李達, 嚴(yán)志平, 林培晨, 林學(xué)春 申請人:江蘇中科四象激光科技有限公司