CN117551997B - 一种滚丝轮的激光熔覆制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光熔覆技术领域，具体涉及一种滚丝轮的激光熔覆制造方法，包括如下步骤：S1、滚丝轮基体材质选用40Mn2钢；S2、滚丝轮基体表面激光熔覆合金层；S3、激光熔覆后滚丝轮基体去应力退火处理；S4、滚丝轮基体机械加工获得螺纹表面。本发明制造的滚丝轮解决了现有滚丝轮生产及使用过程中真空热处理成本高、材料脆性大、易崩坏、焊接性能差、不易修复等问题，同时通过基体材料的更换可节约生产成本，另外还具有节约稀有贵重金属的社会效益。本发明同时适用于对本发明制作的滚丝轮出现磨损或其他损伤后进行修复，基体修复后可反复多次使用，降低生产成本。

Description

一种滚丝轮的激光熔覆制造方法

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，具体涉及一种滚丝轮的激光熔覆制造方法。

背景技术

滚丝轮是在滚丝机上利用金属塑性变形的方法滚压出螺纹的一种工具。

目前滚丝轮通常采用Cr12MoV或DC53等冷作模具钢制作，表面经过反向滚压成型后再经过真空淬火的热处理方式来提高表面硬度至HRC60以上，使用上述工艺制作的滚丝轮可满足日常生产需求，但存在如下问题：

（1）冷作模具钢中碳及合金元素含量较高，热处理后虽然硬度很高，但其塑性和韧性较低，在使用过程中经常出现螺纹崩碎现象。

（2）冷作模具钢的碳含量和合金含量较高，材料焊接性能不良；在出现磨损和螺纹崩碎后很难进行焊接修复。

（3）制作过程中热处理工序需要进行真空淬火，其工序复杂、成本较高。

（4）冷作模具钢中含有稀有贵重合金元素，滚丝轮报废会浪费这类资源。

发明内容

针对滚丝轮生产及使用过程中真空热处理成本高、材料脆性大、易崩坏、焊接性能差、不易修复等问题，本发明提供一种滚丝轮的激光熔覆制造方法，制得的滚丝轮具有硬度高、耐磨性强、焊接性能优良、易修复等优点，同时生产成本低。

本发明提供一种滚丝轮的激光熔覆制造方法，包括如下步骤：

S1、滚丝轮基体材质选用40Mn2钢；

S2、滚丝轮基体表面激光熔覆合金层；

S3、激光熔覆后滚丝轮基体去应力退火处理；

S4、滚丝轮基体机械加工获得螺纹表面。

进一步的，步骤S1中，滚丝轮基体由40Mn2钢经锻造、调质处理获得。该滚丝轮基体抗拉强度为885MPa，屈服强度为735MPa，可强度满足工件的要求。

进一步的，步骤S2中，滚丝轮基体表面激光熔覆前进行预处理，预处理方法为滚丝轮基体表面进行车削加工，车削后滚丝轮基体工作面直径比成品尺寸直径短4~5mm。作用在于预留激光熔覆合金层厚度。

进一步的，步骤S2中，丝轮基体表面激光熔覆合金层方法为，通过激光熔覆工艺将合金粉末熔覆到丝轮基体表面。

进一步的，激光熔覆工艺参数为，熔覆功率为5000~6000W，光斑尺寸为20*2mm，熔覆线速度为300~500mm/min，搭接率为50%~60%，熔覆层厚度为2.5~3mm。

进一步的，合金粉末粒度为100~400目，合金粉末包括如下重量百分数的成分：C0.015%~0.02%、Mn 0.25%~0.35%、B 1.1%~1.2%、Si 1.1%~1.2%、Cr 14.5%~15.5%、Ni 1.5%~1.8%、Mo 1.0%~1.2%，其余为Fe及其他微量杂质。其成分中碳含量低，材料具有好的焊接性能，通过其成分中的硼、硅和锰元素起到强化作用提高其强度、硬度和耐磨性。成分中的铬和镍元素可以使熔覆层晶间有更好的耐晶间腐蚀性能，提高其强度及防腐性能。钼元素可以减小工件在250℃左右保温时的回火脆性，使熔覆层拥有好的塑性和韧性，避免使用过程中螺纹崩坏。该合金粉末熔覆后可得到细小的隐针马氏体及贝氏体组织，其熔覆后硬度即可达到HRC60。

进一步的，步骤S3中，滚丝轮基体去应力退火处理的方法为，滚丝轮基体激光熔覆后趁热装入温度为200~250℃的热处理炉中保温2~3h，然后埋入保温砂中缓慢冷却。

进一步的，步骤S4中，利用数控车床并使用氮化硼车刀对滚丝轮基体表面进行机械加工，完成螺纹加工成型。

进一步的，步骤S4中，滚丝轮基体机械加工后进行退磁处理。

本发明同时适用于对本发明制作的滚丝轮出现磨损或其他损伤后进行修复，具体为，可通过执行上述S2-S4步骤工序进行修复处理，基体修复后可反复多次使用。

本发明的有益效果在于：本发明制造的滚丝轮解决了现有滚丝轮生产及使用过程中真空热处理成本高、材料脆性大、易崩坏、焊接性能差、不易修复等问题，同时通过基体材料的更换可节约生产成本，另外还具有节约稀有贵重金属的社会效益。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

上海某公司新制54型20系列标准螺纹滚丝轮，其激光熔覆制造方法工艺流程：

（1）使用40Mn2钢锻造及调质处理制作滚丝轮基体。

（2）滚丝轮基体表面车削加工，直径车削至145mm，车削后滚丝轮基体工作面直径比成品尺寸直径短4~5mm。

（3）配置激光熔覆粉末。熔覆层应同时具备抗冲击、耐磨等特点，合金粉末化学成分重量百分比：碳0.02%，锰0.3%、硼1.2%、硅1.15%、铬15%、镍1.7%、钼1.0%，其余为铁元素及其他微量杂质。粉末粒度范围为100-270目，粉末充分混合后烘干使用。

（4）制定合理的激光熔覆工艺进行激光熔覆，其工艺参数为：熔覆功率P=6000W，光斑尺寸 B=20*2mm，熔覆线速度V=380mm/min，搭接率50%，熔覆层厚度3mm。

（5）激光熔覆后趁热装入温度为250℃的热处理炉中保温2小时后埋入保温砂中缓慢冷却，完成去应力退火工序。

（6）利用数控车床并使用氮化硼车刀对滚丝轮表面进行机械加工，完成螺纹机加工成型。

（7）退磁处理。

本实例生产的54型20系列滚丝轮，取样检测，其硬度达HRC62，熔覆层为细小的隐针马氏体及贝氏体组织。上线试用跟踪1000小时无损伤，最终使用寿命提高一倍以上。

实施例2

上海某公司激光制造54型20系列标准螺纹滚丝轮磨损后修复，同样适用本发明方法，其工艺流程：

（1）损伤的滚丝轮基体（滚丝轮基体由40Mn2钢经锻造、调质处理获得）表面车削加工，直径车削至145mm，车削后滚丝轮基体工作面直径比成品尺寸直径短4~5mm。

（2）配置激光熔覆粉末。熔覆层应同时具备抗冲击、耐磨等特点，合金粉末化学成分重量百分比：碳0.018%，锰0.32%、硼1.2%、硅1.1%、铬14.8%、镍1.6%、钼1.1%，其余为铁元素及其他微量杂质。粉末粒度范围为270-400目，粉末充分混合后烘干使用。

（3）制定合理的激光熔覆工艺进行激光熔覆，其工艺参数为：熔覆功率P=5800W，光斑尺寸 B=20*2mm，熔覆线速度V=400mm/min，搭接率50%，熔覆层厚度3mm。

（4）激光熔覆后趁热装入220℃的热处理炉中保温3小时后埋入保温砂中缓慢冷却，完成去应力退火工序。

（5）利用数控车床并使用氮化硼车刀对滚丝轮表面进行机械加工，完成螺纹机加工成型。

（6）退磁处理。

本实例是对损伤后的激光制造滚丝轮的修复实例，经修复后的滚丝轮拥有新制激光滚丝轮同等的性能及使用寿命，使滚丝轮修复得以实现。

尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种滚丝轮的激光熔覆制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、滚丝轮基体材质选用40Mn2钢；

S2、滚丝轮基体表面激光熔覆合金层；

S3、激光熔覆后滚丝轮基体去应力退火处理；

S4、滚丝轮基体机械加工获得螺纹表面；

步骤S2中，丝轮基体表面激光熔覆合金层方法为，通过激光熔覆工艺将合金粉末熔覆到丝轮基体表面，激光熔覆工艺参数为，熔覆功率为5000~6000W，光斑尺寸为20*2mm，熔覆线速度为300~500mm/min，搭接率为50%~60%，熔覆层厚度为2.5~3mm，合金粉末包括如下重量百分数的成分：C 0.015%~0.02%、Mn 0.25%~0.35%、B 1.1%~1.2%、Si 1.1%~1.2%、Cr14.5%~15.5%、Ni 1.5%~1.8%、Mo 1.0%~1.2%，其余为Fe及其他微量杂质；

步骤S3中，滚丝轮基体去应力退火处理的方法为，滚丝轮基体激光熔覆后趁热装入温度为200~250℃的热处理炉中保温2~3h，然后埋入保温砂中缓慢冷却；

步骤S4中，利用数控车床并使用氮化硼车刀对滚丝轮基体表面进行机械加工，完成螺纹加工成型。

2.如权利要求1所述的滚丝轮的激光熔覆制造方法，其特征在于，步骤S1中，滚丝轮基体由40Mn2钢经锻造、调质处理获得。

3.如权利要求1所述的滚丝轮的激光熔覆制造方法，其特征在于，步骤S2中，滚丝轮基体表面激光熔覆前进行预处理，预处理方法为滚丝轮基体表面进行车削加工，车削后滚丝轮基体工作面直径比成品尺寸直径短4~5mm。

4.如权利要求1所述的滚丝轮的激光熔覆制造方法，其特征在于，合金粉末粒度为100~400目。

5.如权利要求1所述的滚丝轮的激光熔覆制造方法，其特征在于，步骤S4中，滚丝轮基体机械加工后进行退磁处理。