激光制备机夹刀片涂层工艺及装置研究

摘要

使用Nd∶YAG激光器对机夹刀片工作面进行涂层制备，提高刀片表面的耐磨性，从而提高其切削性能和使用寿命。通过对激光制备机夹刀片涂层工艺的实验研究和理论分析，进一步优化工艺参数，提高涂层质量。研究内容如下:
　　(1)从激光加工方法、涂层材料、材料添加方式及激光扫描路径规划四个方面，制定激光制备机夹刀片涂层工艺。
　　(2)设计了一套完整的激光制备机夹刀片涂层装置，该装置能够自动实现工作台旋转定位、涂覆合金粉末以及激光涂层制备等功能。本装置采用步进电机驱动，S7-200PLC控制，用Step7-Micro/Win编程软件编写PLC控制程序，能够实现自动加工与手动加工。
　　(3)分别以激光多功能加工机的脉冲电流、扫描速度、离焦量、脉冲宽度、脉冲频率为变量制备机夹刀片涂层，在X5032A型立式升降台铣床上进行单因素实验，获得各因素对涂层耐磨性的影响规律。选择影响较大的脉冲电流、扫描速度、离焦量进行正交实验，获得最佳激光工艺参数组合:脉冲电流I=370A、扫描速度v=100mm/min、离焦量L=14mm、脉冲宽度ti=0.6ms以及脉冲频率f=60Hz。
　　(4)采用最佳工艺参数组合制备机夹刀片涂层，与无涂层刀片进行耐磨性对比实验，结果表明:涂层刀片的耐磨性有明显的提高，使用寿命提高近一倍。利用X射线衍射、扫描电子显微镜及其能谱仪对涂层的组成物相、微观结构及磨损形貌进行检测并分析。结果显示:涂层组织中含有C0.3N0.7Ti和WN，涂层组织均匀致密、无明显裂纹缺陷，与基体呈良好的冶金结合，并且磨损后的涂层无明显剥落现象。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．1．1 刀具涂层工艺的发展

1．1．2 刀具涂层工艺的现状

1．1．3 激光制备刀片涂层工艺

1．2 激光加工技术

1．2．1 激光加工的类型及特点

1．2．2 激光制备涂层技术

1．3 本课题的主要研究内容

第2章 激光制备机夹刀片涂层工艺规划

2．1 激光加工方法制定

2．2 涂层材料研究

2．2．1 涂层材料选用的一般原则

2．2．2 涂层材料的选用

2．3 涂层材料预涂覆方式规划

2．3．1 常见涂层材料预涂覆方式分类

2．3．2 涂层材料预涂覆方式制定

2．4 激光扫描路径规划

2．4．1 直线式扫描路径

2．4．2 折叠式扫描路径

2．5 本章小结

第3章 激光制备机夹刀片涂层装置研究

3．1 激光制备机夹刀片涂层装置系统方案

3．1．1 系统总体设计要求

3．1．2 驱动方案设计

3．1．3 控制系统方案

3．2 机械部分设计

3．2．1 电磁铁部分及其关键零件设计

3．2．2 粉末涂覆部分及其关键零件设计

3．2．3 工作台及底座部分及其关键零件设计

3．3 控制系统硬件选型及组装

3．4 控制程序设计

3．5 本章小结

第4章 激光制备机夹刀片涂层实验

4．1 实验材料

4．2 实验设备

4．3 实验总体设计

4．4 工艺参数单因素实验与分析

4．4．1 脉冲电流对刀片涂层耐磨性的影响

4．4．2 扫描速度对刀片涂层耐磨性的影响

4．4．3 离焦量对刀片涂层耐磨性的影响

4．4．4 脉冲宽度对刀片涂层耐磨性的影响

4．4．5 脉冲频率对刀片涂层耐磨性的影响

4．4．6 涂层质量分析与控制

4．5 正交实验与分析

4．5．1 正交实验设计

4．5．2 正交实验结果分析

4．5．3 激光制备刀片涂层工艺模型公式

4．6 耐磨性对比实验与分析

4．6．1 X射线衍射分析

4．6．2 耐磨性对比实验设计

4．6．3 刀片磨损机理分析

4．6．4 刀片磨损过程及磨损量分析

4．6．5 扫描电子显微镜及能谱分析

4．7 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 论文工作总结

5．2 今后工作展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢