【摘要】齒輪模具激光表面強化技術(shù)是指在數控環(huán)境下，利用高能量密度的激光束和涂料或熔覆材料對齒輪或模具表面進(jìn)行處理，改變其表層的組織或成分，實(shí)現表面相變強化或增強性修復的技術(shù)。
【關(guān)鍵字】齒輪模具,激光表面強化技術(shù)
齒輪模具激光表面強化技術(shù)是指在數控環(huán)境下，利用高能量密度的激光束和涂料或熔覆材料對齒輪或模具表面進(jìn)行處理，改變其表層的組織或成分，實(shí)現表面相變強化或增強性修復的技術(shù)。
激光相變強化的金屬材料學(xué)
所謂激光相變強化，是用激光束掃描工件，使工件表層快速升溫到Ac3臨界點(diǎn)以上，受熱層在光斑移開(kāi)時(shí)，由于工件基體的熱傳導作用使溫度舜間進(jìn)入馬氏體區或貝氏體區，發(fā)生馬氏體相變或貝氏體相變，完成相變強化過(guò)程。
相變強化工藝具有表面質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，可根據不同材質(zhì)、工件熱容量大小、以及激光處理工藝參數的不同，實(shí)現硬度、強化層深度可控。在傳統熱處理工藝中影響強化效果的技術(shù)因素，在激光相變強化中所起的作用發(fā)生了很大變化。
1.彌散強化和畸變強化
激光相變強化形成奧氏體，當停止激光照射，金屬表面發(fā)生馬氏體轉變。在此工藝環(huán)境下形成的奧氏體，不管是表層，還是里層，奧氏體晶粒都沒(méi)有孕育長(cháng)大的機會(huì )。彌散的奧氏體晶粒，形成彌散的馬氏體相或貝氏體相，使組織具有晶格強化的同時(shí)具有彌散強化效果。而且，在激冷條件下形成的馬氏體晶格，比常規淬火有更高的缺陷密度。與此同時(shí)，殘余奧氏體也獲得極高的位錯密度，使金屬材料具有畸變強化效果，強度大大提高。
2.無(wú)氧化脫碳淬火
在傳統熱處理中，工件在加熱過(guò)程如沒(méi)有保護措施，便會(huì )發(fā)生氧化、脫碳現象，使工件的硬度、耐磨性、使用性能和使用壽命降低。
激光相變強化所使用的吸光涂料具有保護工件表面免遭氧化的性能。
3.激光強化的抗疲勞機理
影響金屬材料抗疲勞性能的原因之一是疲勞裂紋的萌生時(shí)間。磨損和疲勞在材料損傷過(guò)程中交互促進(jìn)，磨損溝痕可成為疲勞裂紋的萌生點(diǎn)，加速疲勞裂紋的萌生，材料表面出現疲勞裂紋后，表面粗糙度嚴重惡化，磨損也將加劇。
激光強化層具有較強的抗塑性變形和抗粘著(zhù)磨損能力。
4.等強工作層
常規熱處理的冷卻方向是由表及里，表面的冷卻速度最快，由表及里冷卻速度逐漸降低，所以得到了由表及里硬度值下降的梯度分布。
激光相變強化的加熱方向雖然也相同，但表面溫度較高，而且加熱時(shí)間相對較長(cháng)，可達0.2～0.25s，而里層奧氏體化則是舜間完成，使得表層奧氏體中有更高的碳濃度，有更強的固溶強化效果。激光淬火冷卻方向卻與常規熱處理相反，是由里及表，里層溫度雖低，但冷卻速度最快，外層溫度雖高，有固溶強化優(yōu)勢，但冷卻速度最慢，雖然里層碳濃度稍低，但畸變強化和彌散強化更強烈。這樣在硬化層內就形成了幾乎不變的硬度值分布。
激光強化件等強工作層避免了常規熱處理件一旦表面出現磨損，其磨損速度便加速的現象。
齒輪激光相變強化工藝技術(shù)
1.材料問(wèn)題
激光齒輪宜采用中碳鋼，不宜采用低碳鋼。
如果采用低碳鋼，齒輪的基體將沒(méi)有強度保證，降低彎曲疲勞強度。
2.原始狀態(tài)
激光齒輪的最佳原始狀態(tài)是調質(zhì)狀態(tài)，具體操作可與齒輪毛坯鍛造后的消除應力熱處理相結合。鍛坯正火加高溫回火獲得激光齒輪所希望的調質(zhì)狀態(tài)，是低成本之路。
3.掃描方式
激光齒輪的掃描方式主要有周向連續掃描，軸向分齒掃描。
4.齒輪激光強化的預處理技術(shù)
合適的預處理劑是保證齒輪激光強化處理的關(guān)鍵之一,一直以來(lái)也是激光加工的難點(diǎn)問(wèn)題。合理適用的預處理劑和處理工藝，可以防止齒輪表面的淬火裂紋，降低表面燒損敏感性,保證激光處理后齒面精度,增加淬硬層厚度。
5.無(wú)搭接技術(shù)和離焦差異問(wèn)題
由于齒輪工況要求，齒輪表面硬化層要求沿齒廓合理分布，而齒輪的形狀特殊，另外齒輪節圓面不能有淬火帶搭接，因此需要專(zhuān)用寬帶聚焦系統。
此外,由于激光束對齒面的照射不能保證齒面不同部位均有相同的離焦量，選擇焦點(diǎn)的照射位置是保證齒面硬度分布合理的關(guān)鍵環(huán)節。
6.激光齒輪的性能
激光齒輪的性能主要是三方面：疲勞性能;如果激光齒輪和調質(zhì)齒輪均未發(fā)現有斷齒現象，證明其具有較高的抗彎曲疲勞性能;耐磨性能;使用性能。
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