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1、第21卷第2期江苏理工大学学报(自然科学版)Vol.21No.22000年3月JournalofJiangsuUniversityofScienceandTechnology(NaturalScience)Mar.2000齿轮激光淬火技术替代常规渗碳工艺11122周建忠,张永康,杨继昌,毕瑞,陈奉斌(1江苏理工大学机械工程学院,江苏镇江212013;2中国一拖集团技术中心,河南洛阳471039)摘要:齿轮表面质量的好坏直接影响传动部件的质量和寿命,为此需对齿轮表面进行强化处理,传统的处理方法如渗碳等存在着诸如变形较大,硬化层沿齿廓分布不
2、均等缺陷,从而影响齿轮的使用寿命通过分析可替代常规齿轮渗碳淬火的激光齿面淬火新技术研究的意义及经济价值,着重讨论了齿面激光淬火的关键技术表面预处理涂层与方法、激光扫描方式比较了激光淬火与渗碳工艺的硬度、硬化层深度及抗点蚀疲劳性能等重要指标结果表明:采用激光淬火齿面技术不仅能提高生产率,降低成本,而且对于某些材料的齿轮完全能代替渗碳淬火工艺关键词:齿轮;激光淬火;扫描;硬化层中图分类号:TN249;TG156.3文献标识码:A文章编号:1007-1741(2000)02-0039-05了一篇题为直齿圆柱齿轮激光表面硬化1国内外研究现状MM&
3、T的论文,公布了实验结果:对激光表面硬化处理后和经渗碳处理后的AMS(美国航空材料齿轮是机械制造行业中应用广泛的零件为规范)6265正齿轮的抗胶合寿命与齿的弯曲强度了提高齿轮的承载能力,需对齿轮进行表面硬化的比较表明,激光硬化代替渗碳处理在航空器件处理而传统的齿轮硬化处理工艺,如渗碳、氮化中的AMS6265齿轮能得到显著的经济效果,有等表面化学处理和感应表面淬火、火焰表面淬火效硬化深度为0.66~0.86mm,单件成本降低了[1]等存在两个主要问题:即热处理后变形较大和不37%~78%八十年代末,美国加州机电研究易获得沿齿廓均匀分布的硬化层,从而影响齿
4、轮所的JamesFLewis用5kW激光器对大型花键的使用寿命轴进行激光淬火,在扫描速度4.32~7.62mm/s,激光淬火是利用激光将材料表面加热到相变光斑直径6.35~7.62mm的条件下,获得淬火硬[2]点以上,随着材料自身冷却,奥氏体转变为马氏度HRC59,深度0.762~0.864mm的淬硬层体,从而使材料表面硬化采用激光淬火齿面,其美国军方研究所用激光淬火潜水艇、飞机等重载加热冷却速度很高,工艺周期短,不需要外部淬火大齿轮,解决常规热处理引起齿轮变形过大及噪介质具有工件变形小,工作环境洁净,处理后不音问题激光淬火的齿轮包括AH-64直升机
5、辅需要磨齿等精加工,且被处理齿轮尺寸不受热处助动力装置的行星齿轮及飞机主传动装置的传动理设备尺寸的限制等独特优点齿轮由于激光硬化后不需要研磨,故可大大降[3]早在1980年,美国军事技术研究实验处的应低生产成本,提高生产率用技术实验室就对齿轮的激光硬化调查结果作过相对而言,国内在这方面的研究起步较晚,远一个广播节目报道,并由芝加哥伊利诺理工学院未达到能够工业化应用的程度,究其原因主要有研究所承担了齿轮的激光硬化研究项目该所的以下几点:由于历史原因,我国激光器及零部件Altegott同贝尔飞机制造公司的Patel合作发表生产水平较低,激光器是一种集光、
6、机、电等多种收稿日期:1999-10-29作者简介:周建忠,男,江苏理工大学副教授,博士生40江苏理工大学学报(自然科学版)2000年3月学科和技术于一体的高科技产品在我国现有的对于有些低碳钢材料,在其表面用炭黑粉末处理,工业水平上,元器件的生产不过关,导致激光器光在进行激光淬火时可起渗碳作用学模式不好,稳定性和可靠性不高,不能满足工厂22激光扫描方式条件下长期稳定地工作,而进口激光器又价格昂221周向连续螺旋扫描贵;由于激光加工涉及到多种学科,国内缺乏一周向连续螺旋扫描方法是采用光束垂直于
7、齿批高水平的技术力量对激光加工工艺进行综合研轮轴线,齿轮连续转动,激光束(或齿轮)轴向移究,并且对激光设备二次开发的研究也得不到深动,在齿面上形成螺旋状间隔硬化带,如图1周入,工业界难以看到激光加工的优越性;激光加向扫描时各点入射光线不平行,亦即与齿轮对称工设备的费用一次性投入较大,多数单位对其带来的经济效益认识不足,致使在使用时较为谨慎;国内多数企业对传统热处理工艺带来的工业污染和环境保护不够重视,而对激光淬火这门清洁工艺的优越性认识不足目前,国内从事这方面研究的有长春光学精密机械学院、天津纺织工学院和上海海运学院等单位,分别就齿轮激光、淬火的激光扫
8、描方式、机理及工艺参数优化等技术进行了
