I . Огляд процесу лазерної термічної обробки
Лазерна термообробка - це вдосконалена технологія модифікації поверхні, яка використовує лазерний промінь високої енергії для швидкого нагрівання та охолодження поверхні матеріалів .
Основний принцип полягає в нагріванні поверхні матеріалу над температурою фазового переходу аустеніту за дуже короткий час лазерним променем (щільність енергії до 10, 000 до 1 мільйона Вт на квадратний сантиметр), а потім покладається на термічну провідність матеріалу, щоб швидко охолонути, утворюючи суперфінну структуру мартенситу, що значно вдосконалює 3 -хробочу стійкість до поверхні, а не живлять 3 -го твердість, а не живлять твердість, що є стійкістю до 3 -ї твердості.
Технологія має характеристики високої точності, низької деформації, захисту навколишнього середовища та економії енергії та широко використовується при виробництві автомобілів, механічній обробці та інших полях .}
По -друге, переваги лазерної термічної обробки
1. Висока ефективність та економія енергії:
Лазерна швидкість нагрівання надзвичайно вражає, до 100, 000 до 1 мільйона градусів Цельсія в секунду, а швидкість охолодження однаково вражає, до 100, 000 градусів Цельсія в секунду . Це ультра-швидкість нагрівання та охолодження може значно скоротити
У той же час, з точки зору споживання енергії, лазерна термічна обробка становить лише від 1/3 до 1/5 традиційної теплообробки ., наприклад, у фактичному виробництві великої виробничої підприємства, після прийняття лазерної технології термічної обробки, час обробки однакової кількості продуктів скорочується приблизно 40%, а енергетична вартість відновлюється майже 60%, що приносить суттєві економічні вигоди, {} 7 60%,}}}}}}} 7 60%}}}}} inверин}}}}}} inверин}}}}}}}}
2. Висока точність та гнучкість:
Діаметр плями лазерного променя має чудову регулювання і може бути точно відрегульований до рівня мікрона . Ця функція робить її надзвичайно придатною для локального арматури складної геометрії .
Наприклад, канавки для цвілі, зубчасті поверхні передач тощо ., приймаючи індустрію виробництва автомобіля як приклад, для внутрішніх точних частин двигуна, таких як клапани, поршні тощо ., лазерна теплова обробка може точно зміцнити ключові частини, покращити продуктивність та надійність частин.}}}}}}}}}}}}}}}}}}}
У виробництві форм, для форм зі складною формою та високими точними вимогами, лазерна термічна обробка може зміцнити локальні частини, схильні до зносу, не впливаючи на загальну структуру та продовжити термін служби форми .}
3. Захист навколишнього середовища та відсутність забруднення:
Лазерна термічна обробка не потребує води, олії та інших охолоджувальних середовищ у процесі робочого процесу, щоб ефективно зменшити скидання відходів рідини .
Ця функція повністю відповідає вимогам зеленого виробництва та допомагає зменшити несприятливий вплив на навколишнє середовище . порівняно з забрудненням навколишнього середовища та ресурсними відходами, спричиненими великим використанням охолоджуючих середовищ у традиційних методах термічної обробки, лазерна термічна обробка, безсумнівно, є більш екологічним та стійким вибором .}}}
4. Відмінна продуктивність поверхні:
Після лазерної термічної обробки твердість загартованого шару може бути збільшена на 5-20%, стійкість до зносу збільшується на 3 - 5 разів, а термін служби продовжується більш ніж у 3 рази . Це означає, що оброблені частини можуть витримувати більш високі навантаження та суворіші умови праці в практичних застосуванні .}}
У гірничодобувній техніці зносостійкість видобутку деталей після лазерної термічної обробки значно підвищується, що значно знижує витрати на технічне обслуговування та заміну обладнання та покращує ефективність виробництва . в аерокосмічному полі, термін служби ключових частин після лазерної термічної обробки забезпечує більш достовірну гарантію безпеки польоту .}
3. Приклади галузевих додатків
1. Корпус циліндра двигуна/арматура лайнера циліндра
The laser quenching of the inner wall of the cylinder is carried out by helical scanning, and the thickness of the hardened layer reaches 0.2~0.4mm, and the surface hardness is increased from HRC20 to more than HRC60. The wear amount of 10,000 km is reduced from 0.054mm to 0.0087mm, and the Ремонт пробіг розширюється від 60, 000 км до 200, 000 км.
Параметри процесу:
-Laser Power: 1,5 кВт ~ 2,5 кВт (безперервна волоконна лазер)
-СКАНІННА ШВИДКА: 10 мм/с ~ 30 мм/с
-Діаметр місця: 2 мм ~ 4 мм (прямокутне місце для оптимізації розподілу енергії)
-Ходна глибина шару: 0,2 мм ~ 0,4 мм (контролюється регулюванням потужності та швидкості)
-Мопідробний режим: Самооохолодження (покладаючись на тепловіддача матриці)
Наприклад, блок двигуна піддавався лазерній термічній обробці з лазерною потужністю 2 . 0 кВт та швидкістю сканування 15 мм/с.
Після цього процесу очищення твердість поверхні значно покращилася, переходячи від початкового HRC20 до значної HRC 62.}} в той же час, зносостійкість блоку двигуна значно посилюється, збільшуючись на повну шість разів порівняно з .. Це значне вдосконалення продуктивності дозволяє двигун до вищого рівня та зносу в одному операції, що стосується вищого рівня життя, а також вищого рівня життя, що виходить в дію вищому рівні. і стабільність .
2. Поверхнева обробка автомобільних форм
Параметри процесу:
-LASER POWER: 800 Вт ~ 1,5 кВт (імпульсний лазер для точності точності)
-Пульс частота: 20 Гц ~ 50 Гц (контроль тепла)
-Венька: 30% ~ 50% (для забезпечення рівномірності)
-Ходра товщини шару: 0,1 мм ~ 0,3 мм
Лезо штампування дверей обробляли лазером 1 . 2 кВт і 40% швидкістю перекриття. За допомогою цього лікування твердість леза досягла високого рівня HRC58 до HRC 62.
З цієї причини термін служби цвілі був значно розширений, збільшуючись від початкової ємності лише 100, 000 циклів до 350, 000 циклів . Це помітне поліпшення не лише зменшує частоту заміни цвілі та обслуговування, але й зменшує виробничі витрати .}}}}}}}}}}}} підвищення ефективності виробництва та випускності виробництва . підвищення ефективності виробництва, що випускають виробництво. Якість . в таких галузях, як виробництво автомобілів, де точність та довговічність компонентів є надзвичайно критичними, застосування цієї технології, безсумнівно, приносить значні конкурентні переваги та економічні вигоди для компаній .}}}
3. Система передачі
Лазерне зварювання та гасіння композитного процесу оболонки приводу:
-Пограмки Параметри: 4 кВт лазерна потужність, швидкість зварювання 1,2 м/хв, захист аргону
-Парійні параметри: потужність лазерної потужності 1,8 кВт, швидкість сканування 20 мм/с
-Ефект: глибина зварювання 12,5 мм, твердість гасіння HRC55, загальна деформація<0.1 mm.
У процесі обробки корпусу приводу в компонентах системи передачі було прийнято складений процес лазерного зварювання та гасіння . для параметрів зварювання, була використана лазерна потужність 4 кВт, а швидкість зварювання, встановлена 1 . 2 м/хв. Висока якість процесу зварювання ., наприклад, при фактичній роботі стабільна лазерна потужність та відповідна швидкість зварювання призводять до рівномірних та сильних зварних швів, тоді як захисний ефект газу аргону ефективно запобігає окисленню зварювання при високих температурах, забезпечуючи тим самим продуктивність та зовнішній вигляд зварних швів.
4. підсилення та валу
Параметри гасіння лазерного гасіння поверхні зубчастої передачі:
-Laser Power: 1,2 кВт ~ 2,0 кВт
-Каналізація Швидкість: 8 мм/с ~ 15 мм/с (низька швидкість у корені зуба, висока швидкість у верхній частині адаптивного контролю зуба)
-Посова форма: подовжена пляма (4 мм х 0,5 мм, відповідна кривизна поверхні зуба)
-Ходна глибина шару: 1,0 мм ~ 2,0 мм
У процесі виробництва важкої техніки ключовий компонентний передач (з модулем 12) обробляли конкретним лазерним процесом . конкретно, потужність 1 . 8 кВт була використана, і обробка здійснювалася з швидкістю сканування 10 мм/с.
After this treatment, the hardness of the tooth surface has significantly improved, reaching a range of HRC60 to HRC63. This enhancement in hardness directly leads to substantial performance improvements, most notably a significant increase in fatigue life. The original fatigue life of the gear was only 50,000 cycles, but after the aforementioned treatment, it astonishingly збільшено з 50, 000 цикли до 200, 000 цикли .
5. Виробництво інструментів точності
Лазерне гасіння краю інструменту жорсткого різання:
Параметри процесу:
-Лазер Потужність: 300 Вт ~ 600 Вт (короткий пульсовий лазер, щоб уникнути перегріву)
-Пулз Ширина: 0,5 мс ~ 2 мс
-По -репетиція: 100 Гц ~ 200 Гц
-Ходна глибина шару: 50 мкм ~ 150 мкм
У конкретній частині промислового виробництва край фрезерного різака пройшов спеціальну обробку з імпульсним лазером 500 Вт .}
Перед цим твердістю краю фрезерного різака був HRA 88. Після того, як пройшов цей розширений процес лікування, твердість краю значно покращилася до HRA 92.} Це підвищення твердості призвело до надзвичайно помітних наслідків, причому найвизначніше було істотним збільшенням скорочення життя, яке було в кінці, що закінчилося 500 Вт імпульсного лазера, різання життя продовжується повним тричі .
In the mechanical processing workshop, this treated milling cutter can withstand higher cutting forces and longer continuous operation when machining metal parts. In the manufacturing of components for aerospace, where precision and material requirements are extremely high, this hardened and extended-cutting-life milling cutter can more accurately and efficiently complete complex shape processing tasks, providing strong support for the high-quality production of aerospace Продукти . Це не тільки зменшує витрати на час та робочу силу, пов’язану зі замінами частоти млин, але й підвищує ефективність виробництва та стабільність якості продукції, що приносить позитивний вплив на розвиток пов'язаних галузей .}}}
4. Оптимізація параметрів та проектування процесів
1. Контроль щільності енергії:
У процесі лазерної теплообробки точний контроль щільності енергії є критичним кроком . формула обчислення щільності енергії e e=p / (v * d), де p представляє потужність, v позначає швидкість сканування Параметри .
Різні матеріали власні конкретні фазові пороги переходу ., що беруть сталь в прикладі, її фазовий поріг переходу, як правило, коливається від 150 Дж/см² до 300 Дж/см² .} Це означає, що при лазерній теплообробці, енергетична щільність повинна бути точно контрольована в межах цього діапазону . Фазова трансформація, що призводить до поганих результатів лікування; Якщо щільність енергії занадто висока, це може спричинити надмірну абляцію або інші несприятливі ефекти на матеріал .
2. Налаштування швидкості охолодження:
Розумне регулювання швидкості охолодження має ключове значення для забезпечення якості лазерної термічної обробки та уникнення генерації дефектів ., вміло регулюючи шлях руху світла, наприклад, використання сканування кільця, режим розподілу нагрівання та перенесення може бути ефективно змінено, щоб реалізувати контроль швидкості охолодження .
Крім того, застосування зовнішніх допоміжних методів охолодження, таких як стиснене повітря, також може відігравати значну роль . стиснене повітря може швидко видалити тепло з області обробки, прискорення процесу охолодження ., однак, коригування швидкості охолодження потребує попереднього контролю; Це може бути занадто швидким або занадто повільним, обидва вони можуть спричинити проблеми ., якщо швидкість охолодження занадто швидка, це може призвести до надмірного теплового напруги в матеріалі, що потенційно спричиняє тріщини; Якщо швидкість охолодження занадто повільна, це може не вчасно запобігти несприятливих фазових перетворень .
3. Рекомендація інтелектуального параметра:
У хвилі оцифрування та інтелекту в сьогоднішню епоху поле лазерної термічної обробки також спричинило інтелектуальні зміни . на основі розширених моделей машинного навчання, таких як нейронна мережа BP, вона може забезпечити сильну підтримку прогнозування параметрів процесу .}}}}}
Ці моделі машинного навчання за допомогою вивчення та аналізу широких експериментальних даних та виробничих випадків у реальному світі можуть встановити складні моделі взаємозв'язків між вхідними параметрами (такими як склад матеріалу, твердість цільової та ін. .) та параметри процесу вихідного процесу (оптимальні комбінації потужності/швидкості, тощо .) .} більше, ніж їхні довідки, що мають значення, що не має значення, ніж у розмірі, що не має значення, ніж у діапазоні, що не має значення, ніж у діапазоні, що не має значення, ніж у діапазоні, що не має значення, ніж у діапазоні. значення для фактичного виробництва .
V . Тенденція майбутнього розвитку
1. інтелект та автоматизація:
У розробці розширених виробничих технологій інтелект та автоматизація стали ключовими тенденціями . Поле лазерної термічної обробки не є винятком . через розумну комбінацію машинного зору та технології AI, були досягнуті чудові прориви .
Machine vision technology is like a pair of keen eyes, capable of capturing various subtle changes in the laser processing process in real time and with precision. AI technology, on the other hand, acts as an intelligent brain, able to quickly and accurately analyze and process the information obtained by machine vision. The synergy between the two allows for adaptive adjustments to laser parameters.
Наприклад, під час процесу гасіння система може контролювати глибину загартованого шару в режимі реального часу . Ця функція схожа на встановлення точного вимірювального інструменту для процесу, гарантуючи, що глибина гасевого шару завжди відповідає проектним вимогам . в той же час, він також може контролювати температуру розподілу температури в реальному часі. Мережа . Це дозволяє своєчасно виявити та коригувати областей з нерівними температурами, таким чином забезпечуючи послідовність та стабільність якості продукції .
2. Технологія композитної обробки:
Композитна технологія обробки показала потужну інноваційну силу в галузі лазерної термічної обробки ., поєднуючи лазерне гасіння з обшивкою, очищенням та іншими процесами, вона утворює багатофункціональну виробничу лінію, що значно покращує ефективність обробки .}
Laser quenching can significantly improve the surface hardness and wear resistance of parts, while cladding can add a layer of material with special properties to the surface of parts, enhancing their corrosion resistance and high temperature resistance. Cleaning process can remove impurities and pollutants on the surface of parts, creating good conditions for subsequent processing procedures.
Коли ці процеси поєднуються, вони утворюють ефективний робочий режим спільної роботи ., наприклад, на виробничій лінії, частину спочатку можна очистити для видалення поверхневого бруду та окислення, а потім зазнає лазерного гасіння для збільшення твердості поверхні з подальшим притисканням, щоб надати його спеціальними властивостями ., що постійно переповнюється, що перевищує етапі, що перевозиться, що перевозить, що перевищують етапі, що перебувають у сутому, що входять до списку. Виробничий цикл, підвищує ефективність виробництва та знижує виробничі витрати .
3. Нова адаптація матеріалу:
Зі швидким зростанням нової галузі енергетичних транспортних засобів попит на легкі матеріали збільшується з кожним днем . Для задоволення цього попиту, лазерне теплообробка активно виконувало дослідницькі та розробки для загальноприйнятих легких матеріалів у нових енергетичних транспортних засобах, таких як алюмінієвий сплав, комплексні матеріали з вуглецевим волокном, тощо.
Алюмінієвий сплав має хорошу силу та легкі характеристики, але ще є можливість для вдосконалення деяких аспектів продуктивності . за допомогою спеціально розробленого лазерного теплообробки, його кристалічна структура може бути оптимізована, його міцність і міцність можуть бути вдосконалені, щоб він міг краще адаптуватися до складного робочого середовища нових енергетичних транспортних засобів .
Композити з вуглецевого волокна мають відмінне співвідношення сили до ваги, але є проблеми у зв'язку з обробкою та поверхневою обробкою . Спеціалізовані процеси лазерної термічної обробки можуть покращити їх поверхневу продуктивність та підвищити міцність з'єднання з іншими компонентами, тим самим підвищуючи надійність та безпеку всієї структури автомобіля .
Ці спеціальні процеси лазерної термічної обробки для розробки нових матеріалів забезпечують сильну технічну підтримку розвитку нових енергетичних транспортних засобів та сприяють автомобільній промисловості до більш легкої, високопродуктивної та стійкої спрямованості .
Vi . Висновок
Laser heat treatment technology, with its high efficiency, precision, and environmental friendliness, has become a core process in the automotive and mechanical manufacturing industries. From enhancing the wear resistance of engine blocks to extending the lifespan of gears, numerous application examples vividly demonstrate the profound impact of technological innovation on manufacturing. In the future, as intelligence and composite processing advance, Лазерна термічна обробка, безсумнівно, ще більше сприятиме оновленню та трансформації виробництва передового обладнання .
