專利名稱：內(nèi)齒圈齒根激光淬火硬化方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)齒圈齒根激光淬火硬化方法，特別是涉及一種內(nèi)齒圈(以下簡稱齒圈)齒根選擇性激光淬火硬化處理方法，屬于減速、變速機構(gòu)零件加工方法。
背景技術(shù)：
齒圈是汽車、風力發(fā)電、水泥磨機等產(chǎn)品減速、變速機構(gòu)中的重要零件，如汽車輪邊減速橋齒圈等。減速、變速機構(gòu)中各零部件之間的配合精度要求高，齒圈是其中關(guān)鍵部件。要求齒圈齒根具有適當強度和齒面具有高的表面硬度。但齒圈屬大尺寸薄壁零件，傳統(tǒng)技術(shù)(比如滲碳、高頻等)熱處理變形大，且變形隨機性很大，造成齒圈尺寸超差，廢品率高。而氮化技術(shù)變形雖然小，但能量消耗很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)齒圈齒根激光淬火硬化方法，其是以能量高度集中的激光束快速掃描齒圈齒根，使被掃描的齒圈齒根表面溫度迅速升高到相變點以上，當激光束移開后，被照射部位由于基體的熱傳導作用，熱量迅速傳遞給處于冷態(tài)的基體，而實現(xiàn)自冷淬火；齒根激光淬火在強化了齒圈齒根的同時，淬火變形較常規(guī)熱處理工藝小，同時，降低了能量消耗。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的內(nèi)齒圈齒根激光淬火硬化方法，其特征在于齒圈的每個齒槽底部及相連的兩個齒根側(cè)面淬火的表面，激光淬火方法相同，其具體步驟如下(I)將內(nèi)齒圈置于數(shù)控精密旋轉(zhuǎn)工作臺上的現(xiàn)有專用夾具上，齒圈軸線與回轉(zhuǎn)工作臺軸線重合；(2)齒圈上端放置擋光圈；(3)合理匹配激光功率為400-10000W、激光束掃描速度為10-80mm/min、聚焦鏡焦距為200-1000mm、離焦量絕對值為0_150mm、保護氣為氬氣或氮氣；(4)激光束為單光束或雙光束以20° 90°角入射至齒圈齒槽底部及相連的齒側(cè)需要淬火的表面；(5)導光頭上下移動，配之以回轉(zhuǎn)臺周期性小角度分度回轉(zhuǎn)帶動齒圈轉(zhuǎn)動，或?qū)Ч忸^上下移動+轉(zhuǎn)動，在處理表面形成激光硬化帶；其激光硬化帶數(shù)量為3 I條/齒槽；激光硬化帶長度L為2(T200mm ；激光硬化帶寬度W=W1+W2+W0為2 50mm ;齒側(cè)面激光硬化帶表面積占齒側(cè)面表面積比為10% 100% ;激光硬化帶層深S=S1=S2為O. I I. 2mm ； (6)光閘一次開關(guān),完成齒圈所有齒根的激光淬火硬化。本發(fā)明的積極效果是將齒圈齒根進行局部、選擇性激光硬化處理，形成一定硬化模型的激光淬火層。提高了齒圈的每個齒的兩側(cè)齒根及其附近表面在與行星輪齒面嚙合傳遞扭矩時，要求有的較高的極限扭矩和疲勞壽命；同時齒圈的淬火變形很小，完全滿足設計及生產(chǎn)技術(shù)要求；鋼鐵材料激光淬火都具有明顯的硬化效果，齒圈的材料主要有40Cr和42CrMo等合金鋼，其激光硬化處理的表面硬度可達672HV0. 2 (58. 5HRC)以上，滿足齒圈硬化技術(shù)要求；齒圈齒根激光處理硬化帶的尺寸及其分布(激光處理硬化模型)很重要，需采用特定技術(shù)方法，在齒圈齒根表面形成所需硬化模型的激光淬火硬化帶。


圖I發(fā)明的齒圈齒根表面激光淬火帶示意圖。圖2發(fā)明的齒圈齒根激光硬化層橫截面示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的描述內(nèi)齒圈齒根激光淬火硬化方法，其特征在于齒圈I的每個齒槽底部及相連的兩個齒根側(cè)面淬火的表面，激光淬火方法相同，其具體步驟如下(I)將內(nèi)齒圈置于數(shù)控精密旋轉(zhuǎn)工作臺上的現(xiàn)有專用夾具上，齒圈I軸線與回轉(zhuǎn)工作臺軸線重合；(2)齒圈I上端放置擋光圈；(3)合理匹配激光功率為400-10000W、激光束掃描速度為10-80mm/min、聚焦鏡焦距為200-1000mm、離焦量絕對值為 0-150mm、保護氣為氬氣或氮氣；(4)激光束為單光束或雙光束以20° 90°角入射至齒圈齒槽底部及相連的齒側(cè)需要淬火的表面；(5)導光頭上下移動，配之以回轉(zhuǎn)臺周期性小角度分度回轉(zhuǎn)帶動齒圈轉(zhuǎn)動，或?qū)Ч忸^上下移動+轉(zhuǎn)動，在處理表面形成激光硬化帶2 ;其激光硬化帶2數(shù)量為3 I條/齒槽；激光硬化帶2長度L為2(T200mm ；激光硬化帶2寬度W=ffl+W2+ff0為2 50mm ;齒側(cè)面激光硬化帶2表面積占齒側(cè)面表面積比為10% 100% ;激光硬化帶2層深S=S1=S2為O. I I. 2mm ; (6)光閘一次開關(guān)，完成齒圈I所有齒根的激光淬火硬化。實施例I
如圖1、2所示，齒圈I的每個齒槽底部及齒根兩個側(cè)面需要淬火的表面的激光淬火硬化方法相同，其具體方法如下(1)將齒圈置于回轉(zhuǎn)工作臺卡具上，齒長方向垂直于回轉(zhuǎn)工作臺臺面；(2)齒圈I上端放置擋光圈；(3)合理匹配激光功率1500W、激光束掃描速度為25mm/min、聚焦鏡焦距為500mm、離焦量絕對值為< 50mm、保護氣為気氣及氮氣；(4)激光束以沿齒圈直徑方向入射至齒圈齒槽底部及相連的兩個齒根側(cè)面需要淬火的表面；(5)導光頭上下移動，配之以回轉(zhuǎn)臺周期性小角度分度回轉(zhuǎn)，在處理表面形成激光硬化帶3 ;其激光硬化帶數(shù)量為I條/齒槽；激光硬化帶2長度(L)為60mm ；激光硬化帶2寬度(W)為5mm ;齒側(cè)面激光硬化帶2表面積占齒側(cè)面表面積比為15% ;激光硬化帶2深⑶為O. 3mm ;
(6)光攔一次開關(guān)，完成齒圈I所有齒根的激光硬化處理。實施例2
如圖1、2所示，齒圈I的每個齒槽底部及相連的兩個齒根側(cè)面需要淬火的表面的激光硬化處理方法相同，其具體處理方法如下(I)將齒圈I置于回轉(zhuǎn)工作臺卡具上，齒長方向垂直于回轉(zhuǎn)工作臺臺面；(2)齒圈I上端放置擋光圈；(3)合理匹配激光功率1600W、激光束掃描速度為20mm/min、聚焦鏡焦距為500mm、離焦量絕對值為< 60mm、保護氣為氬氣及氮氣；(4)經(jīng)過分光器出來的兩激光束以40° 70°入射至齒圈齒槽底部和齒圈兩齒側(cè)淬火的表面；(5)導光頭上下移動，配之以回轉(zhuǎn)臺周期性小角度分度回轉(zhuǎn)，在處理表面形成激光硬化帶2 ;其激光硬化帶數(shù)量為I條/齒槽；激光硬化帶2長度(L)為70mm ；激光硬化帶2寬度(W)為6mm ;齒側(cè)面激光硬化帶2表面積占齒側(cè)面表面積比20% ;激光硬化帶2層深(S)為O. 4mm ； (6)光攔一次開關(guān),完成齒圈I所有齒根的激光硬化處理。實施例3
如圖1、2所示，齒圈I的每個齒槽底部及相連的兩個齒根側(cè)面需要淬火的表面的激光硬化處理方法相同，其具體處理方法如下(1)將齒圈置于回轉(zhuǎn)工作臺卡具上，齒長方向垂直于回轉(zhuǎn)工作臺臺面；(2)齒圈I上端放置擋光圈；(3)合理匹配激光功率為4000W、激光束掃描速度為30mm/min、聚焦鏡焦距為600mm、離焦量絕對值為< 70mm、保護氣為氬氣及氮氣；(4)經(jīng)過分光器出來的兩激光束以40° 70°入射至齒圈齒根需要淬火的表面；
(6)導光頭上下移動，配之以回轉(zhuǎn)臺周期性小角度分度回轉(zhuǎn)，在處理表面形成激光硬化帶； 其激光硬化帶2數(shù)量為I條/齒槽；激光硬化帶2長度(L)為90mm ；激光硬化帶2寬度(W)為12mm ;齒側(cè)面激光硬化帶2表面積占齒側(cè)面表面積比為50% ;激光硬化帶2層深(S)為O. 5mm ； (6)光攔一次開關(guān),完成齒圈I所有齒根的激光硬化處理。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)齒圈齒根激光硬化處理方法，其特征在于齒圈的每個齒槽底部及齒根兩個側(cè)表面，采用相同的激光硬化處理方式，其具體步驟如下(1)將齒圈置于回轉(zhuǎn)工作臺卡具上，齒長方向垂直于回轉(zhuǎn)工作臺臺面；(2)齒圈上端放置擋光圈；(3)合理匹配激光功率為400-10000W、激光束掃描速度為10-80mm/min、聚焦鏡焦距為200-1000mm、離焦量絕對值為0-150mm、保護氣為氬氣或氮氣；(4)激光束以20° 90°角入射至齒圈齒根需要處理表面；(6)導光頭上下移動，配之以回轉(zhuǎn)臺周期性小角度分度回轉(zhuǎn)，或?qū)Ч忸^上下移動+轉(zhuǎn)動，在處理表面形成激光硬化帶；其激光硬化帶數(shù)量為3 I條/齒槽；激光硬化帶長度(L)為2(T200mm ；激光硬化帶寬度(W)為2 50mm ;齒側(cè)面激光硬化帶表面積占齒側(cè)面表面積比為10% 100% ;激光硬化層深⑶為0. I I. 2mm ; (6)光攔一次開關(guān)，完成齒圈所有齒根的激光硬化處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)齒圈齒根激光淬火硬化方法，其特征在于具體步驟如下將內(nèi)齒圈置于數(shù)控精密旋轉(zhuǎn)工作臺上的專用夾具上，齒圈上端放置擋光圈；激光束為單光束或雙光束以20°～90°角入射至齒圈齒槽底部及相連的齒側(cè)需要淬火的表面；導光頭上下移動或?qū)Ч忸^上下移動+轉(zhuǎn)動,在處理表面形成激光硬化帶；其是以能量高度集中的激光束快速掃描齒圈齒根，使被掃描的齒圈齒根表面溫度迅速升高到相變點以上，淬火變形較常規(guī)熱處理工藝小，同時，降低了能量消耗。
文檔編號C21D9/32GK102660668SQ201210144540
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者喻皓淳, 姚遠, 孔德舉, 張敏, 李瀟一, 秦芳, 鄭培和, 陳明, 魏偉 申請人:中國第一汽車股份有限公司