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質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)

激光淬火的功率密度高,冷卻速度快,不需要水或油等冷卻介質(zhì),是清潔、快速的淬火工藝。與感應(yīng)淬火、火焰淬火、滲碳淬火工藝相比,激光淬火淬硬層均勻,硬度高(一般比感應(yīng)淬火高1-3HRC),工件變形小,加熱層深度和加熱軌跡容易控制,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,不需要象感應(yīng)淬火那樣根據(jù)不同的零件尺寸設(shè)計(jì)相應(yīng)的感應(yīng)線圈,對(duì)大型零件的加工也無(wú)須受到滲碳淬火等化學(xué)熱處理時(shí)爐膛尺寸的限制,因此在很多工業(yè)領(lǐng)域中正逐步取代感應(yīng)淬火和化學(xué)熱處理等傳統(tǒng)工藝。尤其重要的是激光淬火前后工件的變形幾乎可以忽略,因此特別適合高精度要求的零件表面處理。

技術(shù)特質(zhì)

激光淬硬層的深度依照零件成分、尺寸與形狀以及激光工藝參數(shù)的不同,一般在0.3~2.0mm范圍之間。對(duì)大型齒輪的齒面、大型軸類(lèi)零件的軸頸進(jìn)行淬火,表面粗糙度基本不變,不需要后續(xù)機(jī)械加工就可以滿足實(shí)際工況的需求。

激光熔凝淬火技術(shù)是利用激光束將基材表面加熱到熔化溫度以上,由于基材內(nèi)部導(dǎo)熱冷卻而使熔化層表面快速冷卻并凝固結(jié)晶的工藝過(guò)程。獲得的熔凝淬火組織非常致密,沿深度方向的組織依次為熔化-凝固層、相變硬化層、熱影響區(qū)和基材。激光熔凝層比激光淬火層的硬化深度更深、硬度要高,耐磨性也更好。該技術(shù)的不足之處在于工件表面的粗糙度受到一定程度的破壞,一般需要后續(xù)機(jī)械加工才能恢復(fù)。為了降低激光熔凝處理后零件表面的粗糙度,減少后續(xù)加工量,華中科技大學(xué)配制了專(zhuān)門(mén)的激光熔凝淬火涂料,可以大幅度降低熔凝層的表面粗糙度�，F(xiàn)在進(jìn)行激光熔凝處理的冶金行業(yè)各種材料的軋輥、導(dǎo)衛(wèi)等工件,其表面粗糙度已經(jīng)接近激光淬火的水平。

適用材料

激光淬火現(xiàn)已成功地應(yīng)用到冶金行業(yè)、機(jī)械行業(yè)、石油化工行業(yè)中易損件的表面強(qiáng)化,特別是在提高軋輥、導(dǎo)衛(wèi)、齒輪、剪刃等易損件的使用壽命方面,效果顯著,取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。近年來(lái)在模具、齒輪等零部件表面強(qiáng)化方面也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

激光淬火的應(yīng)用實(shí)例:激光淬火強(qiáng)化的鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸移動(dòng)圖冊(cè),其硬度提高HB230提高到HB680,使用壽命提高2~3倍。

齒輪激光淬火技術(shù)

齒輪是機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用廣泛的零件.為了提高齒輪的承載能力,需對(duì)齒輪進(jìn)行表面硬化處理.而傳統(tǒng)的齒輪硬化處理工藝,如滲碳、氮化等表面化學(xué)處理和感應(yīng)表面淬火、火焰表面淬火等存在兩個(gè)主要問(wèn)題:即熱處理后變形較大和不易獲得沿齒廓均勻分布的硬化層,從而影響齒輪的使用壽命.

該所的Altegott 同貝爾飛機(jī)制造公司的 Patel 合作發(fā)表了一篇題為《直齒圓柱齒輪激光表面硬化MM&T》的論文,公布了實(shí)驗(yàn)結(jié)果:對(duì)激光表面硬化處理后和經(jīng)滲碳處理后的AMS(美國(guó)航空材料規(guī)范)6265正齒輪的抗膠合壽命與齒的彎曲強(qiáng)度的比較表明,激光硬化代替滲碳處理在航空器件中的AMS6265齒輪能得到顯著的經(jīng)濟(jì)效果,有效硬化深度為0.66~0.86mm,單件成本降低了37%~78%.八十年代末,美國(guó)加州機(jī)電研究所的James F Lewis 用5kW激光器對(duì)大型花鍵軸進(jìn)行激光淬火,在掃描速度4.32~7.62mm/s,光斑直徑6.35~7.62mm的條件下,獲得淬火硬度HRC59,深度0.762~0.864mm的淬硬層.美國(guó)軍方研究所用激光淬火潛水艇、飛機(jī)等重載大齒輪,解決常規(guī)熱處理引起齒輪變形過(guò)大及噪音問(wèn)題.激光淬火的齒輪包括AH-64直升機(jī)輔助動(dòng)力裝置的行星齒輪及飛機(jī)主傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)齒輪.由于激光硬化后不需要研磨,故可大大降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)率.

相對(duì)而言,國(guó)內(nèi)在這方面的研究起步較晚,遠(yuǎn)未達(dá)到能夠工業(yè)化應(yīng)用的程度,究其原因主要有以下幾點(diǎn):

1、由于歷史原因,我國(guó)激光器及零部件生產(chǎn)水平較低,激光器是一種集光、機(jī)、電等多種學(xué)科和技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品.在我國(guó)現(xiàn)有的工業(yè)水平上,元器件的生產(chǎn)不過(guò)關(guān),導(dǎo)致激光器光學(xué)模式不好,穩(wěn)定性和可靠性不高,不能滿足工廠條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作,而進(jìn)口激光器又價(jià)格昂貴;

2、由于激光加工涉及到多種學(xué)科,國(guó)內(nèi)缺乏一批高水平的技術(shù)力量對(duì)激光加工工藝進(jìn)行綜合研究,并且對(duì)激光設(shè)備二次開(kāi)發(fā)的研究也得不到深入,工業(yè)界難以看到激光加工的優(yōu)越性;

3、激光加工設(shè)備的費(fèi)用一次性投入較大,多數(shù)單位對(duì)其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益認(rèn)識(shí)不足,致使在使用時(shí)較為謹(jǐn)慎;

4、國(guó)內(nèi)多數(shù)企業(yè)對(duì)傳統(tǒng)熱處理工藝帶來(lái)的工業(yè)污染和環(huán)境保護(hù)不夠重視,而對(duì)激光淬火這門(mén)清潔工藝的優(yōu)越性認(rèn)識(shí)不足.目前,國(guó)內(nèi)從事這方面研究的有長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院、天津紡織工學(xué)院和上海海運(yùn)學(xué)院等單位,分別就齒輪激光、淬火的激光掃描方式、機(jī)理及工藝參數(shù)優(yōu)化等技術(shù)進(jìn)行了研究,并取得了一定的成果.這些單位所開(kāi)展的齒輪激光淬火研究工作所采用的齒輪模數(shù)一般較大(m>=5),且由于實(shí)際生產(chǎn)中所采用的激光導(dǎo)光系統(tǒng)和預(yù)處理涂層等的不同導(dǎo)致在實(shí)驗(yàn)室里得出的工藝參數(shù)很難直接在實(shí)際批量生產(chǎn)中應(yīng)用,即加工工藝參數(shù)的可移植性喪失. 因而研究成果在實(shí)用性方面還有不小的差距.

2、幾乎不破壞表面粗糙度 采用防氧化保護(hù)薄涂層 模具鋼 各種模具

3、激光淬火不開(kāi)裂 精確定量的數(shù)控淬火 冷作模具鋼 模具、刃具

4、對(duì)局部、溝、槽淬火 定位精確的數(shù)控淬火 中碳合金鋼 減振器

5、激光 淬火清潔、高效 不需要水或油等冷卻介質(zhì) 鑄鐵材料 發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸

6、淬火硬度比常規(guī)方法高 淬火層組織細(xì)密、強(qiáng)韌性好 高碳合金鋼 大型軋輥

7、激光淬火是快速加熱、自激冷卻,不需要爐膛保溫和冷卻液淬火,是一種無(wú)污染綠色環(huán)保熱處理工藝,可以很容易實(shí)行對(duì)大型模具表面進(jìn)行均勻淬火。

8、由于激光加熱速度快,熱影響區(qū)小,又是表面掃描加熱淬火,即瞬間局部加熱淬火,所以被處理的模具變形很小。

9、由于激光束發(fā)散角很小,具有很好的指向性,能夠通過(guò)導(dǎo)光系統(tǒng)對(duì)模具表面進(jìn)行精確的局部淬火。

10、激光表面淬火的硬化層深度一般為0。3~1。5mm。

目前,用于激光淬火的設(shè)備有半導(dǎo)體光纖輸出激光器,光纖激光器,全固態(tài)激光器,其中半導(dǎo)體光纖輸出激光器在淬火領(lǐng)域應(yīng)用最廣。

激光器的選用要考慮以下幾方面內(nèi)容:

1、激光器輸出好的光束質(zhì)量,電光轉(zhuǎn)換率,光纖數(shù)值孔徑,以及模式及模的穩(wěn)定性。

2、激光器輸出功率穩(wěn)定性。

3、激光器應(yīng)具有高的可靠性,應(yīng)能滿足工業(yè)加工環(huán)境下的連續(xù)工作。

4、激光器本身應(yīng)具有良好的維護(hù)性,有故障診斷和連鎖功能;

5、操作簡(jiǎn)單方便。

6、設(shè)備銷(xiāo)售廠商的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)能力,可信程度。一定要避免因小失大。

7、設(shè)備易損件補(bǔ)充來(lái)源是否有保障,供應(yīng)渠道是否暢通。

二、機(jī)床

激光加工機(jī)床的加工的基本尺寸范圍為:長(zhǎng) 5.5 米,直徑 Φ 2.6 米。特殊工件,可加工的尺寸范圍更大。本激光加工機(jī)床為雙懸臂加工系統(tǒng),可進(jìn)行多工位的激光加工。

三、機(jī)器人

機(jī)器人可選國(guó)外和國(guó)產(chǎn)六軸機(jī)器人,可實(shí)現(xiàn)異形曲面和多角度加工。

2、激光淬火工藝采用了常用普通中碳鋼代替昂貴的合金滲碳鋼,從而有效地降低了生產(chǎn)成本,產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益.

3、激光淬火解決了常規(guī)齒輪滲碳工藝中存在的變形難題,這不僅省去了后面的磨齒工藝,而且提高了成品率,從而進(jìn)一步降低了成本.

4、為了使此項(xiàng)技術(shù)能在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,在研制性能可靠的工業(yè)用大功率激光器的同時(shí),必須進(jìn)行齒輪激光表面處理專(zhuān)家系統(tǒng)的研制和開(kāi)發(fā),激光處理實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)優(yōu)化、處理過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真模擬和實(shí)時(shí)監(jiān)控,以及熱處理后表面組織結(jié)構(gòu)和性能的計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè),做到齒輪激光淬火過(guò)程的易操作性,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀和人工智能化的表面處理