一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光誘導輪對表面強化方法，還涉及激光誘導強化表面與脈沖電化學精密光整加工相結(jié)合的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常輪對是做旋轉(zhuǎn)滾動，且承載著運載車輛的全部重量，因此在運行過程中很容易出現(xiàn)磨損。常規(guī)輪對的制造工序為:車輪坯件鍛造一粗車外圓一精車外圓及內(nèi)孔徑一中頻淬火、回火下料一修研中心孔一磨外圓一銑鍵槽。熱處理雖然可以改變材料組織性能，但容易引起輕微的塑性變形。中頻淬火、回火難以提高輪對的顯微硬度和耐磨效果。粗磨、半精磨、精磨是磨削輪對最普遍的加工工序，由于精磨時磨削速度很高，磨削區(qū)瞬時溫度也很高，容易產(chǎn)生表面燒傷和磨削裂紋，因此很難保證輪對外圓磨削到很低的表面粗糙度，輪對表面粗糙度若大，應力集中就強，會大大降低輪對的疲勞強度。此外，由于磨削工作量大，磨削加工時會產(chǎn)生大量油霧或水霧，對環(huán)境造成污染，對工人健康造成損害。因此上述工序存在輪對顯微硬度小、耐磨性差、表面粗糙度大、生產(chǎn)周期長、環(huán)境污染嚴重等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種激光誘導強化表面與脈沖電化學精密光整加工相結(jié)合的方法，以增強輪對硬度、提高表面耐磨性、降低表面粗糙度、提高疲勞壽命。
[0004]本發(fā)明是通過以下方案實現(xiàn)的:
一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法，包括如下步驟:
(O輪對表面強化步驟:由Ti02、碳酸銨組成混合粉末，放在某個送粉裝置中，向送粉裝置內(nèi)通入N2并吹送混合粉末，在送粉裝置頂部一側(cè)傾斜地設置激光束，激光束輻射混合粉末和N2 ;將車輪旋轉(zhuǎn)地置于上述N2氣體氛圍下，在輪對金屬表層原位復合生成TiN ;
(2)輪對光整加工步驟:將步驟(I)中經(jīng)激光誘導強化后的車輪接脈沖電源正極，陰極接脈沖電源負極，車輪與陰極之間通以中性電解液，卡盤夾持車輪進行旋轉(zhuǎn)，陰極同時做進給運動，通過脈沖電化學技術(shù)對輪對表面進行光整加工。
[0005]作為本發(fā)明進一步的改進，步驟(I)中混合粉末的各組分及其重量配比為:Ti02:碳酸銨為7:3，N2流量為10~16L/min。
[0006]作為本發(fā)明進一步的改進，步驟(I)中的激光束的掃描速度為300?500mm/min，激光功率為800?1500W，激光波長為1.06Mm或10.6Mm，光斑直徑為3?6mm，輪對旋轉(zhuǎn)速度為 5~10r/min。
[0007]作為本發(fā)明進一步的改進，步驟(2)中的脈沖電流值為50 A?200 A，脈沖頻率范圍為 500 Hz ?1KHz。
[0008]作為本發(fā)明進一步的改進，步驟(2)中的中性電解液配方為:15%?35%NaN03，10% ?20%NaCl，5% ?10%NaC103，1% ?2%NaS04，其余為水。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果: (1)本發(fā)明可以在金屬表層原位復合生成TiN，而不是在表面沉積，因此不存在涂層與基體的結(jié)合力問題；
(2)原位復合有TiN的金屬表層厚度可達500至800微米，顯微硬度可達HV1700至HV2000,因此即使表面在使用過程中有微磨損，仍然具有很好的硬度和耐磨性；
(3)反應組元為Ti02、碳酸銨和N2氣體，以激光作為能量源，不會對環(huán)境造成任何污染，是一種環(huán)保的金屬表面強化與耐磨方法；
(4)采用脈沖電化學光整技術(shù)對輪對進行光整加工，可使車輪踏面表面粗糙度降低至Ra0.1Mm以下，從而加工出超光滑的表面，踏面表面粗糙度愈小，應力集中愈小，疲勞強度也愈高；由于輪對硬度高、表面粗糙度低，可使其疲勞壽命提高3-5倍；
(5)脈沖電化學光整加工的效率與輪對表面硬度無關，對于硬度很高的表面也能很快完成光整加工；
(6)光整加工過程中不產(chǎn)生磨削力和磨削熱，不產(chǎn)生附加應力，加工精度高，表面也不產(chǎn)生磨削燒傷和裂紋；
(7)輪對激光強化后直接進行光整加工，不需進行精磨、研磨和拋光，大幅度節(jié)省了機械加工的時間，使生產(chǎn)效率大大提高；
(8)光整后的輪對調(diào)整裝配后可直接提供給用戶，不需要進行長時間跑和，生產(chǎn)周期大大縮短；
(9)由于減少了半精磨、精磨的工序，車間里由于磨削加工所生產(chǎn)的油霧大幅減少，對環(huán)境的污染也大幅減少，是一種綠色制造方法。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明脈沖電化學光整加工原理圖。
[0010]其中為車輪，2為電解液，3為陰極，4為脈沖電源。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細描述。
[0012]以金屬表層原位復合生成TiN為例，先對車輪的踏面和輪緣進行激光誘導強化，以Ti02、碳酸銨粉末的混合質(zhì)量比為7:3，激光功率1200W，N2流量為12L/min，所述激光束的掃描速度為300mm/min，激光波長為10.6Mm,光斑直徑為4mm，輪對旋轉(zhuǎn)速度為6r/min。在車輪踏面和輪緣表層原位復合生成厚度可達600Mm的TiN層，顯微硬度可達HV1800。
[0013]使用如下工藝參數(shù)的脈沖電流電化學光整加工技術(shù)進行拋光:脈沖頻率8KHz，脈沖電流值190 A。使用中性電解液配方為23%NaN03，18%NaCl，6%NaC103，2%NaS04,其余為水。經(jīng)過10分鐘左右，可將車輪踏面的表面粗糙度拋光至Ra0.0SMffl。
【主權(quán)項】
1.一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法，包括如下步驟: (O輪對表面強化步驟:由Ti02、碳酸銨組成混合粉末，放在某個送粉裝置中，向送粉裝置內(nèi)通入N2并吹送混合粉末，在送粉裝置頂部一側(cè)傾斜地設置激光束，激光束輻射混合粉末和N2 ;將車輪旋轉(zhuǎn)地置于上述N2氣體氛圍下，在輪對金屬表層原位復合生成TiN ; (2)輪對光整加工步驟:將步驟(I)中經(jīng)激光誘導強化后的車輪接脈沖電源正極，陰極接脈沖電源負極，車輪與陰極之間通以中性電解液，卡盤夾持車輪進行旋轉(zhuǎn)，陰極同時做進給運動，通過脈沖電化學技術(shù)對輪對表面進行光整加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法，其特征在于:步驟(I)中混合粉末的各組分及其重量配比為:Ti02:碳酸銨為7:3，N2流量為10~16L/mino
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法，其特征在于:步驟(I)中的激光束的掃描速度為300?500mm/min，激光功率為800?1500W，激光波長為1.06Mm或10.6Mm，光斑直徑為3?6mm，輪對旋轉(zhuǎn)速度為5~10r/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法，其特征在于:步驟(2)中的脈沖電流值為50 A?200 A，脈沖頻率范圍為500 Hz?1KHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法，其特征在于:步驟(2)中的中性電解液配方為:15%?35%NaN03，10%?20%NaCl，5%?10%NaC103，1%?2%NaS04，其余為水。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光誘導輪對表面強化與光整加工方法。常規(guī)輪對制造工序存在輪對顯微硬度小、耐磨性差、表面粗糙度大、生產(chǎn)周期長、環(huán)境污染嚴重等問題。本發(fā)明包括如下步驟：（1）輪對表面強化步驟：由TiO2、碳酸銨組成混合粉末，通入N2并吹送混合粉末，激光束傾斜輻射混合粉末和N2；將車輪旋轉(zhuǎn)地置于上述N2氣體氛圍下，在輪對金屬表層原位復合生成TiN；（2）輪對光整加工步驟：經(jīng)激光誘導強化后的車輪與陰極之間通以中性電解液，卡盤夾持車輪進行旋轉(zhuǎn)，陰極同時做進給運動，通過脈沖電化學技術(shù)對輪對表面進行光整加工。本發(fā)明增強輪對硬度、提高表面耐磨性、降低表面粗糙度、提高疲勞壽命。
【IPC分類】C25F3-16, C23C24-10
【公開號】CN104805434
【申請?zhí)枴緾N201510181688
【發(fā)明人】葛兆星, 王輝, 王友余, 劉以群, 楊勇, 高玉忠, 劉學勇, 茆春春
【申請人】江蘇華耀機械制造有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月17日