Laserphasenumwandlungsverstärkung von Zahnradformen
Die Laser-Oberflächenverstärkungstechnologie von Zahnradformen bezieht sich auf die Technologie der Verwendung von Laserstrahlen mit hoher Energiedichte und Beschichtungs- oder Verkleidungsmaterial, um die Oberfläche von Zahnrädern oder Formen zu behandeln, die Struktur oder Zusammensetzung der Oberfläche zu ändern und die Oberflächenumwandlungsverstärkung oder verbesserte Reparatur unter der numerischen Steuerungsumgebung zu realisieren. Wenn die Formoberflächen bereits unterhalb der Toleranz abgenutzt sind, Wiederherstellung verschlissener GetriebeformoberflächenBeim Laserauftragschweißen wird die ursprüngliche Geometrie vor dem Verstärkungsdurchgang wiederhergestellt.
Eine umfassendere Technologieübersicht finden Sie unterLaserhärtetechnik.
Metallurgische Grundlagen der Lasertransformationsverstärkung
Bei der sogenannten Lasertransformationsverstärkung wird der Laserstrahl zum Scannen des Werkstücks verwendet, sodass die Oberfläche des Werkstücks schnell über den kritischen Punkt AC3 ansteigt. Wenn sich die Heizschicht aufgrund der Wärmeleitung der Werkstückmatrix von der Stelle entfernt, gelangt die Temperatur zwischen Shun in den Martensitbereich oder Bainitbereich, und es findet die Martensitumwandlung oder Bainitumwandlung statt, wodurch der Transformationsverstärkungsprozess abgeschlossen wird.
Der Phasenumwandlungsverstärkungsprozess hat die Vorteile einer guten Oberflächenqualität. Je nach Material, Wärmekapazität des Werkstücks und Laserbearbeitungsparametern können die Härte und die Tiefe der Verstärkungsschicht gesteuert werden. Im traditionellen Wärmebehandlungsprozess haben sich die technischen Faktoren, die den Verstärkungseffekt beeinflussen, in Bezug auf die Rolle der Laserphasenumwandlungsverstärkung stark verändert.
1. Dispersions- und Verzerrungsverstärkung
Wenn die Laserbestrahlung gestoppt wird, kommt es zu einer martensitischen Umwandlung auf der Metalloberfläche. Die in dieser Prozessumgebung gebildeten Austenitkörner haben keine Chance zu wachsen, egal ob in der Oberflächenschicht oder in der Innenschicht. Die dispergierten Austenitkörner bilden die dispergierte Martensit- oder Bainitphase, wodurch die Struktur den Effekt einer Gitterverstärkung und Dispersionsverstärkung hat. Darüber hinaus weist das beim Abschrecken gebildete Martensitgitter eine höhere Defektdichte auf als beim herkömmlichen Abschrecken. Gleichzeitig weist der Restaustenit auch eine sehr hohe Versetzungsdichte auf, wodurch die Metallwerkstoffe eine verzugsverstärkende Wirkung haben und die Festigkeit deutlich verbessert.
2. Oxidation-Freies Abschrecken
Bei der herkömmlichen Wärmebehandlung kommt es ohne Schutzmaßnahmen im Erhitzungsprozess zu Oxidation und Entkohlung, die die Härte, Verschleißfestigkeit, Betriebsleistung und Lebensdauer des Werkstücks verringern.
Die zur Laserphasenumwandlungsverfestigung verwendete absorbierende Beschichtung hat die Eigenschaft, die Oberfläche des Werkstücks vor Oxidation zu schützen.
3. Ermüdungswiderstandsmechanismus
Einer der Gründe, die die Ermüdungsbeständigkeit von Metallwerkstoffen beeinflussen, ist die Entstehungszeit von Ermüdungsrissen. Verschleiß und Ermüdung fördern sich gegenseitig im Prozess der Materialschädigung. Verschleißrillenmarkierungen können der Ausgangspunkt eines Ermüdungsrisses sein und die Entstehung eines Ermüdungsrisses beschleunigen. Wenn auf der Oberfläche des Materials Ermüdungsrisse auftreten, verschlechtert sich die Oberflächenrauheit erheblich und der Verschleiß wird ebenfalls verstärkt.
Die laserverstärkte Schicht weist eine hohe Beständigkeit gegen plastische Verformung und adhäsiven Verschleiß auf.
4. Arbeitsschicht mit gleicher-Stärke
Die Abkühlungsrichtung der herkömmlichen Wärmebehandlung verläuft von der Oberfläche nach innen, die Abkühlungsgeschwindigkeit der Oberfläche ist am schnellsten und die Abkühlungsgeschwindigkeit nimmt von der Oberfläche nach innen allmählich ab, sodass die Gradientenverteilung der Härtewertabnahme von der Oberfläche nach innen erhalten wird.
Obwohl die Erwärmungsrichtung der Laserumwandlungsverfestigung dieselbe ist, ist die Oberflächentemperatur höher und die Heilungszeit relativ länger, bis zu 0,2–0,25 s, während die Austenitisierung der inneren Schicht zwischen Shun und Shun abgeschlossen ist, wodurch der Oberflächenaustenit eine höhere Kohlenstoffkonzentration und eine stärkere Festlösungsverfestigungswirkung aufweist. Die Abkühlrichtung beim Laserabschrecken ist entgegengesetzt zur konventionellen Wärmebehandlung, nämlich von innen nach außen. Obwohl die Temperatur der Innenschicht niedrig ist, ist die Abkühlgeschwindigkeit am schnellsten. Obwohl die Temperatur der Außenschicht hoch ist, hat sie den Vorteil einer Lösungsverfestigung, aber die Abkühlgeschwindigkeit ist am langsamsten. Obwohl die Kohlenstoffkonzentration der Innenschicht etwas niedrig ist, sind die Verformungsverstärkung und die Dispersionsverstärkung stärker. Dadurch bleibt die Härtewertverteilung in der gehärteten Schicht nahezu unverändert.
Die starke Arbeitsschicht laserverstärkter Teile kann das Phänomen vermeiden, dass sich die Verschleißrate beschleunigt, sobald die Oberfläche konventionell wärmebehandelter Teile abgenutzt ist.
Technologie zum Laserhärten von Zahnrädern
1. Materialauswahl
Die Laserausrüstung sollte aus Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt statt aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bestehen.
Wenn kohlenstoffarmer Stahl verwendet wird, gibt es keine Festigkeitsgarantie für die Getriebebasis und die Biegewechselfestigkeit wird reduziert.
2. Originalzustand
Der beste Originalzustand von Lasergeräten ist der Abschreck- und Anlasszustand. Der spezifische Vorgang kann mit einer Spannungsarmglühbehandlung nach dem Schmieden des Zahnradrohlings kombiniert werden. Es handelt sich um eine kostengünstige Möglichkeit, den gewünschten Abschreck- und Anlasszustand von Lasergeräten durch Normalisieren des Schmiedematerials und Hochtemperaturanlassen zu erreichen.
3. Scanmodus
Der Scanmodus des Laserzahnrads umfasst hauptsächlich kontinuierliches Umfangsscannen und axial geteiltes Scannen.
4. Vorbehandlungstechnologie
Das richtige Vorbehandlungsmittel ist einer der Schlüssel zur Gewährleistung der Laserverstärkungsbehandlung von Zahnrädern und war schon immer ein schwieriges Problem bei der Laserbearbeitung. Durch ein angemessenes Vorbehandlungsmittel und Behandlungsverfahren können Abschreckrisse auf der Oberfläche des Zahnrads verhindert, die Empfindlichkeit gegenüber Oberflächenverbrennungen verringert, die Genauigkeit der Zahnoberfläche nach der Laserbehandlung sichergestellt und die Dicke der gehärteten Schicht erhöht werden.
5. Überlappungs- und Defokussierungskontrolle
Aufgrund der Anforderungen an die Arbeitsbedingungen des Zahnrads muss die Oberflächenhärtungsschicht des Zahnrads angemessen über das Zahnprofil verteilt sein, und die Form des Zahnrads ist besonders. Darüber hinaus kann die kreisförmige Fläche der Zahnradteilung nicht von einem Löschband überdeckt werden, sodass ein spezielles Breitband-Fokussierungssystem erforderlich ist.
Da der Laserstrahl außerdem nicht den gleichen Defokussierungsbetrag in verschiedenen Teilen der Zahnoberfläche gewährleisten kann, liegt der Schlüssel zur Gewährleistung einer angemessenen Härteverteilung auf der Zahnoberfläche in der Wahl des Brennpunkts.
6. Getriebeleistung
Die Leistung von Lasergeräten besteht hauptsächlich aus drei Aspekten: Ermüdungsleistung; Wenn bei Laserzahnrädern und vergüteten Zahnrädern kein gebrochener Zahn vorhanden ist, ist nachgewiesen, dass sie eine hohe Biegeermüdungsbeständigkeit aufweisen. Verschleißfestigkeit; Serviceleistung.
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