一种单工位激光淬火回火加工曲轴的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种淬火、回火工艺，特指一种单工位激光淬火、回火加工曲轴的方法及装置，可应用于发动机曲轴表面强化加工。

背景技术

淬火是把钢加热到临界温度以上，保温一定时间，然后以大于临界冷却速度进行冷却，从而获得以马氏体为主的不平衡组织的一种热处理工艺方法。回火一般紧接着淬火进行，主要目的是消除工件淬火时产生的残余应力，防止变形和开裂。例如中国发明公开CN109576459 A的专利提出一种连续式淬火-回火装置，即通过传输带连接淬火炉、淬火池和回火炉，以实现淬火、回火的连续进行，其特点是可在可靠的传送和保护条件下实现对工件的加热-淬火-回火连续性生产，生产效率高，但是传统加热炉淬火、回火存在以下缺陷，比如需要冷却介质、工件易变形、硬化层相对较浅等。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，从而提供一种单工位激光淬火、回火加工曲轴的方法及装置。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种单工位激光淬火回火加工曲轴的装置，包含一计算机和一激光器，所述的计算机控制所述的激光器，所述的激光器的下游设有一衍射光束分束器，所述的衍射光束分束器的下游设有一反射镜，所述的反射镜的下游设有一组合透镜，所述的计算机与一可编程控制器和一卡盘控制器均相连接，曲轴固定于一丝杆上，

其中，

所述的计算机将曲轴的轮廓信号输入到所述的卡盘控制器，所述的卡盘控制器控制丝杆的进给与回转，

所述的可编程控制器根据曲轴的轮廓信号来控制所述的组合透镜，并使得所述的组合透镜的焦距得到调整。

作为本发明较佳的实施例，所述的激光器为高功率光纤耦合半导体激光器。

一种利用如前述的单工位激光淬火回火加工曲轴的装置对曲轴进行加工的方法，包含步骤：

步骤S1、将曲轴固定在三爪卡盘上，使得三爪卡盘的回转中心与曲轴的回转中心完全重合；

步骤S2、设置激光器的参数，并打开激光器与衍射光束分束器，将激光束分成多组，并调节各激光束的能量，组合透镜调节各激光束的焦距，丝杠和三爪卡盘根据预定路径进行进给和回转直至加工结束；

步骤S3、加工结束后，待曲轴完全冷却后卸下曲轴；

步骤S4、关闭激光器、衍射光束分束器和计算机。

本发明的单工位激光淬火、回火加工曲轴的方法及装置具有以下优点：1、本发明可实现在单工位上实现淬火和回火工艺，大大节省了占地位置，提高了加工效率；2、本发明采用激光淬火、回火，功率密度高，冷却速度快，不需要冷却介质，是清洁高效新工艺；3、本发明可将待加工曲轴外形轮廓编入可编程控制器，激光焦距根据曲轴外形轮廓进行变化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的单工位激光淬火回火加工曲轴的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，该单工位激光淬火回火加工曲轴的装置，包含一计算机11和一激光器1，该计算机11控制该激光器1，该激光器1的下游设有一衍射光束分束器2，该衍射光束分束器2的下游设有一反射镜4，该反射镜4的下游设有一组合透镜5，该计算机11与一可编程控制器9和一卡盘控制器10均相连接，曲轴7固定于一丝杆8上，

其中，

该计算机11将曲轴7的轮廓信号输入到该卡盘控制器10，该卡盘控制器 10控制丝杆8的进给与回转，

该可编程控制器9根据曲轴7的轮廓信号来控制该组合透镜5，并使得该组合透镜5的焦距得到调整。

需要说明的是，该激光器1为高功率光纤耦合半导体激光器，采用高功率光纤耦合半导体激光器，最大输出功率8000W，最小激光光斑1mm，波长范围 900nm-1030nm。

下面介绍利用该装置对曲轴进行加工的方法，包含步骤：

步骤S1、将曲轴7固定在三爪卡盘6上，使得三爪卡盘6的回转中心与曲轴7的回转中心完全重合；

步骤S2、设置激光器1的参数，并打开激光器1与衍射光束分束器2，将激光束分成多组，并调节各激光束的能量。组合透镜5调节各激光束的焦距，丝杠8和三爪卡盘6根据预定路径进行进给和回转直至加工结束。需要说明的是，在初始状态，衍射光束分束器2将能量均分给两组激光，对最右侧的曲轴轴颈和主轴颈进行激光淬火。激光焦距则根据曲轴轴颈和主轴颈回转的位置进行调。激光淬火后，接着调节衍射光束分束器2分配的能量，并对同一曲轴轴颈和主轴颈进行激光回火。同一曲轴轴颈和主轴颈在进行过激光淬火与回火后，丝杠转动，曲轴进给，对下一对曲轴轴颈和主轴颈进行激光淬火与回火；

步骤S3、加工结束后，待曲轴7完全冷却后卸下曲轴7；

步骤S4、关闭激光器1、衍射光束分束器2和计算机11。

以40Cr曲轴为例，经过加工后，预计硬化层层深度≥0.6mm，加工硬度硬度≥53HRC。

本发明利用激光作为热源，对曲轴进行激光淬火与回火，一方面激光淬火回火不需要冷却介质、易于实现自动化、功率密度高、冷却速度快、清洁节能；另一方面可以根据曲轴轮廓具体设计激光移动路径，可以同时对不同的轴颈进行淬火回火处理。

不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。