激光在齿轮制备工艺方面的应用——河南齿轮激光打标机

 齿轮是机械设备传动系统中应用***为广泛数量极大的通用机械零件，在使用过程中易产生疲劳点蚀、胶合、断齿等失效现象。齿轮表面质量的好坏直接影响传动部件的质量和寿命，因此为了有效提高齿轮的承载能力，延长其使用寿命，通常采用对齿轮表面进行强化处理的方法以提高齿面硬度。
    齿轮激光表面强化是一种新型的齿轮表面强化技术，它可以克服传统的齿轮表面强化工艺，如渗碳淬火、感应淬火等的硬化层分布不均，变形大等缺点，是目前齿轮加工的前沿技术，已被用于美国核潜艇上的齿轮处理；是极有发展前景的高新技术。

一．国内外研究现状
早在1980年，美国军事应用技术实验室就对齿轮的激光硬化调查结果作过一个广播节目报道，并由芝加哥伊利诺理工学院研究所承担了齿轮的激光硬化研究项目，之后公布了实验结果：对激光表面硬化处理后和经渗碳处理后的AMS（美国航空材料规范）6265正齿轮的抗胶合寿命与齿的弯曲强度的比较表明，激光硬化代替渗碳处理在航空器件中的AMS6265齿轮能得到显著的经济效果，有效硬化深度为0.66～0.86mm，单件成本降低了37%～78%.八十年代末，美国加州机电研究所用5kW激光器对大型花键轴进行激光淬火，获得淬火硬度HRC59，深度0.762～0.864mm的淬硬层.美国军方研究所用激光淬火潜水艇、飞机等重载大齿轮，解决常规热处理引起齿轮变形过大及噪音问题.激光淬火的齿轮包括AH－64直升机辅助动力装置的行星齿轮及飞机主传动装置的传动齿轮.由于激光硬化后不需要研磨，故可大大降低生产成本，提高生产率.
目前，国内对齿轮激光、淬火的激光扫描方式、机理及工艺参数优化等技术进行的研究，均取得了一定的成果.

二．齿轮加工传统工艺

（一）传统加工工艺：传统主要采用渗碳工艺和高频表面淬火工艺等工艺路线。
1．渗碳工艺路线
采用低碳钢材质（如20Cr、20CrMnTi等），使工件表面具有耐磨性。该工艺具有较好的综合性能，但由于成本高、易造成环境污染，且不方便大模数齿轮和大齿轮轴处理，目前仅在汽车、拖拉机等特定行业采用；
2．高频淬火工艺路线
采用中碳钢材质如：低档的45#（及其代用品）、中档的40Ｃr（及其代用品）、***的４２CrMo（及其代用品）等。加工后使工件具有耐磨性能。

（二）传统工艺的弊病
中、小型批量处理的齿轮
常规处理方法多采用高频淬火、渗碳、氮化、碳氮共渗等工艺方法，其优点在于硬化均匀，可批量处理，但氮化处理的硬化曾则不及激光处理的层深；缺点在于：
1）由于长时间高温加热齿轮，其内部***有长大趋势，内部综合机构性能易变，其需配以冷却设施，工艺较为复杂；
2）容易使齿面产生较大的变形，必须进行磨削加工，而磨削时又容易出现磨削裂纹；
3）常规工艺加工处理的周期很长，能源消耗很大。
因此减小齿面的变形、缩短加工周期一直是硬齿面齿轮的关键技术难题之一。而富通激光热处理变形小、周期短、无污染，为解决齿面淬火变形提供了有效的途径，且工艺简单，加工速度快，淬硬层深度均匀，硬度稳定，在齿轮的传动啮合过程中耐磨性强，其整体的综合性能良好。

大型齿轮
常规处理方法多采用感应淬火或火焰淬火，优点在于淬硬层深，但由于热源不稳定，易产生过热、过烧现象，使齿面***不均匀、硬度不稳定；而激光处理此类齿轮，以其稳定的热源、快热、急冷的淬火等特点，使齿面***细小、硬度均匀。

三．激光表面工程技术处理齿轮工艺及特点

１．用激光表面处理技术代替传统工艺对齿轮的处理，具有工艺稳定、提高齿轮质量而不提高成本的优点。激光在齿轮上的应用工艺有：激光表面淬火、激光表面合金化。
例如激光表面淬火可以只对齿面淬火，齿根保留原调质处理的性能。而且光斑数控调节，灵活可控，使整个齿面性能均一。

２．工艺特点：
1)激光淬火适用于各种高碳、中碳或合金钢齿轮；
2)加热快、变形小，可对零件局部进行硬化，可避免整体加热产生的变形。
3)淬硬层硬度比常规热处理（感应加热）高10-20%，一般用45#、40Cr钢硬化在HRC58-65左右，分布均匀，硬化层深度可以控制在0.4~0.8mm的范围，适合齿轮承载传动的强度要求。
4)一般激光淬火后仅需抛光或精磨处理，无需回火及其他后续加工；
5)实验证明富通激光技术处理后的齿轮耐磨性、抗断齿性、耐腐蚀性较高；
6)激光淬火还可以解决伞形齿、斜齿、锥齿、蜗杆等非直齿在常规（感应加热）淬火难以处理的问题。
总体来讲，激光表面工程技术处理的齿面，其综合机械性能很好，不但有较高的硬度，而且有良好的韧性配合，这一特点是由激光淬火的冷却特性所决定的。

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