面向裂纹控制的20CrMnTi齿轮激光熔覆工艺研究

发布时间：2017-07-06 20:17

  本文关键词：面向裂纹控制的20CrMnTi齿轮激光熔覆工艺研究

  更多相关文章： 激光熔覆技术 正交试验法 参数优化 裂纹控制 齿轮修复

【摘要】：本文以激光熔覆层裂纹控制为主要研究目的,以优化参数为主要手段,利用Fe基合金粉末对20CrMnTi板材表面及齿轮轮齿复杂曲面进行激光熔覆工艺及关键技术的研究。确定了主要研究思路为:以20CrMnTi齿轮钢板材为试样进行单道、多道激光熔覆工艺及参数优化试验;以磨损的齿轮为修复对象,研究激光熔覆修复的关键技术;探索控制熔覆层裂纹率,提高熔覆层质量的优化参数组合及工艺方法。利用正交试验法对20CrMnTi齿轮钢表面单道激光熔覆Fe65合金粉末进行工艺参数优化,并对试验所得结果通过方差分析的方法进行分析,得到工艺参数中对熔覆层高度影响最大的是离焦量,其次是激光功率,最后是扫描速度;对宽度的影响程度由大到小分别为激光功率、扫描速度及离焦量;对硬度影响最大的为离焦量,其次是激光功率,最小的是扫描速度;而对熔覆层裂纹倾向的影响由大到小依次为激光功率、离焦量和扫描速度。通过试验研究得到的优化工艺参数组合为:激光功率3.0KW,扫描速度3mm/s,离焦量25mm。利用粉末预置法及同步送粉法两种工艺对20CrMnTi齿轮钢表面多道搭接激光熔覆Fe65合金粉末进行试验研究。根据熔覆层质量分析不同的熔覆工艺及搭接率对裂纹产生倾向的影响。得到在确定单道熔覆层宽度及光斑直径的条件下可以初步确定搭接系数的选择范围;同步送粉法更适用于大面积熔覆层的要求,且搭接率为40%时获得的多道搭接熔覆层形状规整,表面质量较高。针对斜齿轮齿槽及齿廓复杂型面,设计最佳熔覆工艺。齿槽熔覆时将齿轮垂直立于工作台并在此基础上以光束照射方向为轴旋转与斜齿轮螺旋角相同大小的角度,从而确保激光束垂直照射齿槽位置。齿面熔覆时,在保证激光束与相邻轮齿不发生干涉的情况下尽量减小齿面的倾斜角度,使熔覆区域内各点的光束入射角度相近。在进行齿槽熔覆时选择参数组合为激光功率1200W,离焦量25mm,扫描速度3.5mm/s,齿面熔覆选择激光功率1000W,离焦量30mm,扫描速度5mm/s以及预置粉末厚度均为1mm时,所得的熔覆层尺寸均匀,与轮齿结合良好,且无裂纹产生。
【关键词】：激光熔覆技术 正交试验法 参数优化 裂纹控制 齿轮修复
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景与意义12
• 1.2 激光熔覆工艺与技术概述12-17
• 1.2.1 激光熔覆技术的原理13-14
• 1.2.2 激光熔覆技术的特点14
• 1.2.3 激光熔覆技术的应用14-15
• 1.2.4 激光熔覆工艺概述15-17
• 1.3 国内外激光熔覆工艺技术研究现状17
• 1.4 激光熔覆工艺技术的发展方向17-18
• 1.5 论文研究的内容、目的与技术路线18-20
• 第2章 基于正交设计与方差分析的激光熔覆试验方案设计20-28
• 2.1 激光熔覆的设备及材料20-24
• 2.1.1 激光熔覆设备20-23
• 2.1.2 试验分析设备23-24
• 2.2 激光熔覆材料24-25
• 2.2.1 基体材料24
• 2.2.2 激光熔覆合金粉末选择24-25
• 2.3 基于正交设计与方差分析的试验方法设计25-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 面向裂纹控制的单道激光熔覆试验研究28-46
• 3.1 熔覆层裂纹的影响因素28-29
• 3.2 稀释率计算及其分析29-30
• 3.3 面向裂纹控制的单道激光熔覆工艺试验探究30-31
• 3.4 激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响分析31-41
• 3.4.1 各因素水平对熔覆层高度的影响32-33
• 3.4.2 各因素水平对熔覆层宽度的影响33-35
• 3.4.3 各因素水平对熔覆层硬度的影响35-36
• 3.4.4 各因素水平对熔覆层裂纹的影响36-39
• 3.4.5 熔覆层微观裂纹的观察39-40
• 3.4.6 正交优化结果40-41
• 3.5 优化参数下激光熔覆层质量测试41-45
• 3.5.1 显微硬度检测42-43
• 3.5.2 显微组织观察43-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 面向裂纹控制的多道搭接激光熔覆工艺试验研究46-58
• 4.1 搭接率计算及其分析46-49
• 4.2 面向裂纹控制的多道搭接激光熔覆工艺试验研究49-52
• 4.2.1 预置法熔覆试验及结果分析49-50
• 4.2.2 同步送粉多道搭接熔覆试验及结果分析50-52
• 4.3 优化参数下激光熔覆层质量测试与裂纹分析52-56
• 4.3.1 多道搭接熔覆层硬度分析52-54
• 4.3.2 多道搭接熔覆层耐磨性测试54-55
• 4.3.3 多道搭接熔覆层裂纹分析55-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第5章 齿轮三维型面损伤激光熔覆修复关键技术研究58-66
• 5.1 齿轮传动失效形式与三维损伤几何特征分析58-59
• 5.2 齿轮三维型面损伤激光熔覆工艺59-60
• 5.3 齿轮复杂型面精准激光熔覆空间位置调姿研究60-62
• 5.4 齿轮轮齿三维型面损伤激光熔覆试验研究及其结果分析62-64
• 5.5 本章小结64-66
• 第6章 总结与展望66-68
• 6.1 工作总结66-67
• 6.2 工作展望67-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文72-74
• 致谢74

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本文编号：527673