第1章 绪论
1.1 课题意义
我国制造业的高速发展，使切削刀具市场具有巨大的发展潜力。2011 年，我国的金属切削刀具消耗在总体上大致延续了 2010 年的增长趋势，在总量上有所增长。据测算，我国 2011 年的刀具消耗大约为 390 亿元人民币，比 2010 年增长约 13%，其中消耗的国内刀具约为 270 亿元人民币，比 2010 年增长尚不足 4%，而消耗的进口刀具约为 120 亿元人民币，比 2010 年增长约 25%。预测今后的增长速度仍将远高于发达国家水平。正因为在我国每年有如此大的刀具消费量，每年因为磨损而报废的刀具量也是巨大的。由此可见，如果利用激光绿色再制造技术[1]对磨损刀具进行修复能使其达到使用要求，那么企业将会节约大量贵重材料和资金、降低生产成本、提高企业效益，争强企业竞争力。
本文通过试验研究在高速钢基体上采用填充黄铜粉末的激光焊接硬质合金的工艺方法、工艺参数，并进行组织分析和显微硬度测试，确定匹配的工艺参数，焊接破损刀具，进行切削试验，检验修复后刀具的使用性能。
1.2 激光绿色再制造技术
1.2.1 激光绿色再制造技术的特点
再制造是产品维修、报废阶段的一种再生处理，是用高技术对废旧装备修复、改造的产业化。再制造的对象既可以是设备、系统、设施，也可以是零部件。
传统的再制造技术主要来源于传统的表面工程技术和修复技术，包括火焰、等离子、超声喷涂技术；火焰、等离子喷焊技术；刷镀、冷镀铁镀层技术；火焰、电弧堆焊技术；微弧焊接技术等。这些技术具有设备成本低、修复成本低、移动较为灵活等特点，已在国民经济各个部门获得生产应用，也是目前大量使用的修复方法。但是，传统的再制造技术也存在一些缺点：修复过程中伴随强烈的沙尘、气体、噪音、环境污染，不是绿色再制造；修复层与基体界面属于机械结合，结合力不强，修复层容易剥落；修复层厚度较薄；修复能源热注入大，基体材料容易产生变形和稀释，使材料性能降低；基本属于人工手工操作，自动化程度低，修复精度低不可控，限制了它的应用范围。
第2章 试验材料、方法与设备
2.1 试验材料
2.1.1 母材材料
本试验选择一种具有代表性的刀具材料高速钢作为母材,其牌号为W2Mo9Cr4VCo8(M42)[ 50]，熔点约为 1520℃，其成份如表 2.1 所示。
2.1.2 硬质合金
由于刀具材料要求的特殊性（高硬度和耐磨性、足够强度和韧性、较高的耐热性和传热性），在基体材料（高速钢）焊接一层硬度和耐磨性更高的材料硬质合金。硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。本实验采用含 Co 8%（质量分数）YG8（WC+8Co）硬质合金块，熔点约为 2600℃。
第 3 章 激光焊接工艺参数优化与焊缝组织结构分析..........20
3.1 工艺参数对焊缝成形的影响 ............ 20
3.1.1 离焦量对焊接成形的影响 ................... 20
3.1.2 功率对焊缝成形的影响 ................. 22
3.1.3 焊接速度对焊缝成形的影响 ............... 23
3.2 工艺参数对激光焊接质量显微组织的影响 ................. 24
3.2.1 激光功率对焊缝显微组织的影响 ................. 25
3.2.2 焊接速度对焊缝显微组织的影响 .............. 28
3.3 相结构 ................ 30
3.4 本章小结 ............ 31
第 4 章 焊缝截面显微硬度测试............32
4.1 显微硬度 .................32
4.2 焊缝截面显微硬度测试 ................. 32
4.3 本章小结 ...............36
第 5 章 平面拉刀焊接有限元模拟及切断刀修复切削试验...........37
5.1 平面拉刀焊接有限元模拟 .................37
5.1.1 平面拉刀模型 .................37
5.1.2 平面拉刀焊接刀齿的有限元分析 .............. 38
5.1.3 优化模拟参量的有限元对比分析 ........... 44
5.2 切断车刀切削试验 ............46
5.3 本章小结 ................50
结 论
采用 5kW 横流 CO2激光器，研究在 M42 高速钢为母材利用 H62 黄铜粉末作为焊接粉末焊接 YG8 硬质合金的工艺方法和工艺参数；对不同焊接参数的焊缝进行宏观形貌、显微组织和相结构进行观察和分析，测量不同焊缝截面显微硬度，模拟分析平面拉刀焊接硬质合金刀头后受力及变形情况，选取优化焊缝进行刀具切削试验，检验修复后刀具的使用性能，探讨刀具修复的可行性。
全文的主要工作及得到的主要结论总结如下：
1. 不同的工艺参数条件下，利用黄铜粉末作为粘结剂，通过同轴送粉焊接 M42 高速钢与 YG8 硬质合金。
2. 通过对焊缝的成形、显微组织观察及相结构分析发现：在激光功率 1.1kW、焊接速度 7mm/s 和离焦量-3mm 的工艺参数下焊接截面质量较好；并且母材与焊接粉末有相互渗透，说明结合区是冶金结合。
3. 通过对焊缝截面的显微硬度测试发现：高速钢与黄铜结合部的硬度较高速钢母材的硬度值有所下降但并不是硬度值最低的，硬度值最低处与焊缝的距离大约为1~3mm，焊缝处的高速钢与黄铜有互熔使得硬度下降，但是在激光束照射下相当于对高速钢进行淬火，硬度值下降不多。而硬质合金与黄铜结合部的硬度也有所下降，增强了硬质合金的韧性。
4. 通过对平面拉刀的有限元模拟受力和形变分析发现：焊接后的平面拉刀的抗拉、抗压及形变弯曲均符合硬质合金及和黄铜的要求。
5. 通过激光焊接切断车刀切削试验，验证刀具修复后符合使用要求。
参 考 文 献:
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