高端刀具光纤激光熔敷设备及工艺研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hulin99
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刀具尤其高端刀具失效的最主要原因之一是刀刃刃口部位的磨损和开裂,因此,提高其刃口部位的硬度和耐磨性是延长高端刀具使用寿命的关键。相对于等离子喷焊、硬质合金表面堆焊等表面强化处理技术,激光熔敷强化这一新兴的技术具有高效、稳定、污染小、热影响区小等无与伦比得天独厚的优点。  本研究集成了光纤激光熔敷工作平台,该系统由IPG fiber laser、激光熔敷头和冷却系统、控制系统、KUKA工业机器人和辅助设备等组成。该平台以KUKA Robot和IPG fiber laser为核心,能实现高端刀具刀刃同轴送粉熔敷,具有高效稳定、高度柔性化的特点。  采用所集成熔敷系统对430不锈钢高端刀具刀刃熔敷 Ni35-WC硬质合金层。研究了不同熔敷工艺对熔敷层单次单道熔敷厚度、显微硬度和微观组织结构的影响。结果表明:激光功率在1600W范围内,激光功率越大,单次单道熔敷层厚度越大;载粉氩气流量增大,单次单道熔敷层厚度先增加后减小;熔敷速度增加,单次单道熔敷层厚度减小。当激光功率P=1600W,熔敷速度V=180mm·min-1,载粉氩气流量Q=4L·min-1,离焦量f=15mm,保护气体Ar压力为0.06MPa时,获得最理想的熔敷效果。单次单道最大熔敷层厚度可达2.5mm,表面无裂纹,可以达到刀具开刃的理想厚度。熔敷层组织为细针状马氏体伴有少量残留奥氏体,碳化铬碳化物硬质相以及 WC颗粒均匀的分布在熔敷层组织中。在最佳工艺参数下得到刀刃熔敷层平均显微硬度达到 HV0.2850MPa,是基体的2倍以上;熔敷层的平均静摩擦系数μ在0.245~0.290之间,具有良好的减摩耐磨性能;电化学腐蚀试验结果表明Ni35-WC合金熔敷层在腐蚀介质中易发生钝化,具有优异的耐腐蚀性能。  上述结果表明,采用激光熔敷Ni35-WC硬质合金粉末可以实现高端刀具刀刃的强化工作,显著改善高端刀具刀刃部位的硬度和耐磨性,以达到延长刀具的使用寿命的目的。从企业实际的批量化生产角度来考虑,高端刀具的刀身和刀柄可以采用成本低的普通不锈钢材质,而仅在刃部熔敷性能优异的硬质合金材料,从而大大降低生产成本,提高企业经济效益。
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