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工業(yè)制造

模具和機械構(gòu)件的激光淬硬

星之球科技 來源:德國FORM+Werkzeug雜志2013-07-23 我要評論(0 )   

采用激光淬火工藝,對經(jīng)過切削加工好的構(gòu)件進行淬硬時產(chǎn)生的局部淬火變形是很小的,由此可使后續(xù)加工減少到最低程度或者完全免去這種加工,從而使模具在淬硬后可立即投...

        采用激光淬火工藝,對經(jīng)過切削加工好的構(gòu)件進行淬硬時產(chǎn)生的局部淬火變形是很小的,由此可使后續(xù)加工減少到最低程度或者完全免去這種加工,從而使模具在淬硬后可立即投入生產(chǎn)應(yīng)用。德國Alotec公司在這方面掌握有相當(dāng)多的技術(shù)訣竅,公司為其客戶除了提供有償?shù)拇慊鸱?wù)外,還可直接到客戶駐地使用可移動的激光設(shè)備進行淬火。此外,Alotec公司為全球制造和供應(yīng)激光束淬火設(shè)備,這些設(shè)備可按照客戶的要求來進行配置。作為選項,激光束淬火設(shè)備可以擴展為激光粉末堆焊和激光焊絲堆焊。 

 

      除了CO2激光器、光纖激光器和Nd:YAG(摻釹釔鋁石榴石激光器)外,直接可以使用的還有光纖連接的高效二極管激光器(HLDL)。高效二極管激光器是以一個相對較短的波長范圍進行工作,由此使能量吸入工件材料的情況要比其他激光光源更為有效,高效二極管的能量吸收效率約可達(dá)到35%。

 

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采用10kW的HLDL激光器,淬硬寬度可達(dá)60mm 
          可淬硬的工件材料有結(jié)構(gòu)鋼、調(diào)質(zhì)鋼和鑄鋼,以及各種不同種類的如片狀石墨鑄鐵或球狀石墨鑄鐵。可直接淬硬的材料,其含碳量至少要達(dá)到0.22%。但是,經(jīng)滲碳的鋼和預(yù)先經(jīng)氮化的鋼同樣也可以進行淬火。 

       模具表面通過大于1000oK/s的溫度的升高速度加熱到奧氏體化的溫度,這個溫升經(jīng)控制達(dá)到接近材料的熔點,但是不會到達(dá)這個熔點溫度。溫度能維持的時間約為10-3~10秒,冷卻的速度決定于溫度向構(gòu)件本身的傳導(dǎo)。在構(gòu)件表面形成一層較薄的氧化層,這一層氧化層多數(shù)是無足輕重的,并且可毫不費力地將其去除掉。在采用氣體保護的情況下進行激光淬火時可以避免產(chǎn)生氧化層。與其他的淬火工藝相比,激光淬火所獲得的金相組織是相當(dāng)精細(xì)的顆粒。由于馬氏體的形成,硬度值可達(dá)到硬度的上限值。對于淬火工藝的選擇來說,應(yīng)由對工件提出的功能要求來決定,而不是出于如像淬火工藝局部的可使用性來決定。 

        應(yīng)該減少切削加工的制造費用或者減少“已淬硬”構(gòu)件的加工費用。如果在淬火時傳入工件的熱量較高,由以前切削加工所形成的應(yīng)力會在工件的周圍釋放出來,造成構(gòu)件的變形。工件就需要留有加工余量,這種加工余量需要花費較多的材料費用并有一定的風(fēng)險。結(jié)果是在淬硬的構(gòu)件上必須要進行后續(xù)加工,這會耗費較多的時間和費用。我們的目標(biāo)是,應(yīng)使構(gòu)件在>軟的<狀態(tài)下,即在淬火之前進行切削精加工,這就必需要采用一種產(chǎn)生很小變形的淬火工藝。而采用HLDL激光器進行局部淬火,為減小淬火變形提供了最好的條件。并且能繼續(xù)保持構(gòu)件核芯的基本韌性和相應(yīng)降低了產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險。 

        在激光淬火時,激光束瞄準(zhǔn)著被淬硬的部位或者局部的部位,只有很少量的熱傳導(dǎo)到構(gòu)件。因此,使構(gòu)件不致產(chǎn)生較大的變形,從而對淬硬工件只須進行很少的后續(xù)加工或甚至不再需要進行這種加工。 

        此外,激光淬火的較高能量效率和較短的過程時間,這對這種淬火工藝的應(yīng)用起著積極的作用。從而使經(jīng)淬硬的工件很快應(yīng)用于下列的生產(chǎn)過程。激光淬火可以集成到連續(xù)的生產(chǎn)工藝過程中。 

        這種淬火工藝特點是對環(huán)境友好和清潔。此外,給設(shè)計人員和生產(chǎn)規(guī)劃人員打開了新的可能性。很多年來,證明激光淬火具有明顯的經(jīng)濟效果。 

工業(yè)機器人確保激光束對構(gòu)件的接近性 
       通過工業(yè)機器人來操作HLDL激光器的激光光源。一個附設(shè)的用于工件定位的回轉(zhuǎn)-傾斜工作臺幾乎完全確保了激光束對構(gòu)件表面的接近性。在需要時可用直線坐標(biāo)軸對工業(yè)機器人進行補充。激光功率調(diào)控器Lompoe Pro確保了在工件表面上達(dá)到±10oK的最好的溫度穩(wěn)定性。工件表面的溫度采用照相機進行測定,用激光功率調(diào)控器進行處理。這就可以通過在淬火軌跡內(nèi)精確分配溫度值。由此滿足了在高質(zhì)量要求情況下對取得均勻淬硬成果所必需的基本條件。 

       像進給速度這樣的一些其他工藝參數(shù)以及與幾何位置相關(guān)的對工件的不同入射角,是根據(jù)許多淬火過程和相應(yīng)的經(jīng)驗來確定和進行評價。鏡系統(tǒng)(指激光器系統(tǒng)中折射鏡和聚光鏡等——譯注)能夠使激光束在構(gòu)件內(nèi)部范圍以最佳的投射角到達(dá)待淬火的表面。

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可提供其他的系統(tǒng)和附屬設(shè)備 

       動態(tài)激光掃描系統(tǒng)Lassy能夠在掃描頻率達(dá)200Hz的情況下對變化不定的強度情況或淬火軌跡寬度進行測量。激光束由此能對變化的工件表面形狀進行跟蹤,也可以略過這個工件表面。 

       激光束分析儀Lasmon用來測量激光束的功率密度分配和以三維模型將其直觀地表示出來。仿真軟件DCAM沿構(gòu)件表面對激光束路徑進行脫機編程。Alotec公司還提供“Plug and Work”型移動式小型激光系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以擴展成激光粉末堆焊和激光焊絲堆焊設(shè)備。

 

 

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