I . Pregled postopka laserske toplotne obdelave
Laserska toplotna obdelava je napredna tehnologija spreminjanja površine, ki uporablja lasersko žarek z visoko energijo za hitro ogrevanje in hlajenje površine materialov .
Ključno načelo je, da se površino materiala nad temperaturo faznega prehoda v zelo kratkem času v zelo kratkem času z laserskim žarkom (gostota energije do 10, 000 do 10, ogreje upor .
Tehnologija ima značilnosti visoke natančnosti, nizke deformacije, varčevanja z okoljem in varčevanjem z energijo ter se pogosto uporablja pri avtomobilski proizvodnji, mehanski obdelavi in drugih poljih .
Drugič, prednosti laserske toplotne obdelave
1. Visoka učinkovitost in varčevanje z energijo:
The laser heating rate is extremely impressive, up to 100,000 to 1 million degrees Celsius per second, and the cooling rate is equally impressive, up to 100,000 degrees Celsius per second. This ultra-fast heating and cooling rate can significantly reduce processing cycles and greatly improve production efficiency.
At the same time, in terms of energy consumption, laser heat treatment is only 1/3 to 1/5 of traditional heat treatment. For example, in the actual production of a large manufacturing enterprise, after adopting laser heat treatment technology, the processing time of the same number of products is shortened by about 40%, and the energy cost is reduced by nearly 60%, bringing significant economic benefits to the enterprise.
2. visoka natančnost in prilagodljivost:
Premer točke laserskega žarka ima odlično prilagodljivost in ga je mogoče natančno prilagoditi ravni mikrona . Ta funkcija je izjemno primerna za lokalno okrepitev kompleksne geometrije .
Na primer, plesni utori, zobniške površine itd.
V proizvodnji plesni, za plesni s kompleksno obliko in visoko natančnostjo, lahko lasersko toplotno obdelavo okrepi lokalne dele, nagnjene k obrabi, ne da bi to vplivalo na celotno strukturo, in podaljša življenjsko dobo kalupa .
3. varstvo okolja in brez onesnaženja:
Lasersko toplotno obdelavo v delovnem procesu ne potrebuje vode, olja in drugih hladilnih medijev, da bi učinkovito zmanjšali praznjenje odpadne tekočine .
Ta funkcija je v celoti v skladu z zahtevami zelene proizvodnje in pomaga zmanjšati škodljivi vpliv na okolje . v primerjavi z onesnaževanjem okolja in odpadkov z viri, ki jih povzroča velika uporaba hladilnih medijev v tradicionalnih metodah toplotne obdelave, je laserska toplotna obdelava nedvomno bolj okolju prijazna in trajnostna izbira .
4. Odlične zmogljivosti površine:
Po laserski toplotni obdelavi se lahko trdota utrjene plasti poveča za 5 do 20%, odpornost na obrabo se poveča za 3 do 5 -krat, življenjsko dobo se podaljša za več kot 3 -krat . To pomeni
V rudarskih strojih je odpornost obrabe rudarskih delov po laserski toplotni obdelavi znatno izboljšana, kar močno zmanjša stroške vzdrževanja in nadomeščanja opreme in izboljša učinkovitost proizvodnje . v vesoljskem polju, življenjska doba ključnih delov po laserskem toplotnem obdelavi zagotavlja zanesljivejšo jamstvo za varnost leta .
3. Primeri aplikacije v industriji
{{0}?
Lasersko potešitev notranje stene valja se izvede s spiralnim skeniranjem, debelina utrjene plasti pa doseže 0 . 2 ~ 0,4 mm, površinska trdota pa se poveča iz HRC20 na več kot HRC60. do 10, {5} do 10, {}} do 10, {}} do 10, {}} do 10, {}} do 10, {}} do 10, {5} km se je povečala 10, {5} km. 0,0087 mm, prevožena kilometrina pa se razširi od 60, 000 km na 200, 000 km.
Parametri procesa:
-Laser Moč: 1,5 kW ~ 2,5 kW (neprekinjeni vlaknasti laser)
-Scanning Hitrost: 10 mm/s ~ 30 mm/s
-Spot Premer: 2 mm ~ 4 mm (pravokotna točka za optimizacijo porazdelitve energije)
-Hardening Slayer Globina: 0,2 mm ~ 0,4 mm (nadzorovano s prilagajanjem moči in hitrosti)
-So hlajenje: samo hlajenje (zanašanje na toplotno prevodnost matrice)
Na primer, blok motorja je bil podvržen laserski toplotni obdelavi z lasersko močjo 2 . 0 kW in hitrostjo skeniranja 15 mm/s.
Po tem postopku zdravljenja se je površinska trdota bistveno izboljšala, skočila iz originalnega HRC20 na znaten HRC 62. hkrati pa se je upornost motorja močno povečala, saj se v primerjavi z. v primerjavi s polno šestkrat poveča za večje stopnje, ki jih je mogoče izboljšati in se z motorjem dopušča, da bi motorirali motorični blok, ki je z motorjem, ki se lahko v primerjavi z motorjema, in motorirajo, da motorirajo višje stopnje in motorirajo, da motor z motorjem dopušča, da motorirajo višje frotion njegova učinkovitost in stabilnost .
2. površinsko obdelavo avtomobilskih kalupov
Parametri procesa:
-Laser Moč: 800 W ~ 1,5 kW (impulzni laser za natančen rezalni rob)
-Pulzni frekvenca: 20 Hz ~ 50 Hz (vhod v toploto)
-Zon povezava: 30% ~ 50% (za zagotovitev enakomernosti)
-Raring Debelina plasti: 0,1 mm ~ 0,3 mm
Rezilo vrat za žigosanje vrat je bilo obdelano z laserjem 1 . 2 kW in 40 -odstotno hitrostjo prekrivanja. Skozi to zdravljenje je trdota rezila dosegla visoko raven HRC58 do HRC 62.
Zaradi tega je bila življenjska doba kalupa znatno razširjena, kar se poveča iz izvirne zmogljivosti le 100, 000 ciklov na 350, 000 cikli . Kakovost . v panogah, kot je avtomobilska proizvodnja, kjer sta natančnost in trajnost komponent izjemno kritična, uporaba te tehnologije nedvomno prinaša pomembne konkurenčne prednosti in gospodarske koristi podjetjem .
3. deli prenosnika
Lasersko varjenje in gašenje sestavljenega procesa lupine pogonske osi:
-Parametri za odpravljanje: 4 kW laserska moč, hitrost varjenja 1,2 m/min, zaščita pred argonom
-Annealing Parametri: 1,8 kW laserska moč, hitrost skeniranja 20 mm/s
-Effect: globina zvara 12,5 mm, trdota garniške cone HRC55, skupna deformacija<0.1 mm.
V procesu ravnanja z ohišjem pogonske osi v komponentah prenosnika je bil sprejet sestavljen postopek laserskega varjenja in gašenje . za parametre varjenja je bila uporabljena laserska moč 4 kW, pri čemer je bila hitrost varjenja na 1 . 2 m/min za zaščito {{3} 2 m/min, in argon plina, za zaščito predhodno in argon plin, in argon plin, ki je bila za zaščito {{4}, in argonski plin, in argon plin, ki je bila za zaščito {4}, in argon plin, ki je bila za zaščito . 2 m/min. in visoka kakovost postopka varjenja . na primer v dejanskem delovanju stabilna laserska moč in ustrezna hitrost varjenja povzroči enakomerna in močna zvara, medtem ko zaščitni učinek plina argon učinkovito preprečuje oksidacijo zvara pri visokih temperaturah in tako zagotavlja zmogljivost in kakovost videza zvar.
4. Oprema in ojačitev gredi
Parametri laserskega gašenja površine zobne zobne površine:
-Laser moč: 1,2 kW ~ 2,0 kW
-SCanning Hitrost: 8 mm/s ~ 15 mm/s (nizka hitrost v korenu zoba, velika hitrost na vrhu zoba prilagodljiva kontrola)
-Spot oblika: podolgovata točka (4 mm x 0,5 mm, ujemanje ukrivljenosti površine zob)
-HorthArdering Slayer Globina: 1,0 mm ~ 2,0 mm
V procesu izdelave težkih strojev je bila ključna komponentna prestava (z modulom 12) obdelana z določenim laserskim postopkom . posebej, uporabljena je bila moč 1 {{4} 8 kW in obdelava izvedena s hitrostjo skeniranja 10 mm/s.
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 increased Od 50, 000 cikli do 200, 000 cikli .
5. izdelava natančnih orodij
Lasersko gašenje roba orodja za rezanje trdega koša:
Parametri procesa:
-Laser Power: 300 W ~ 600 W (kratek impulzni laser, da se izognete pregrevanju)
-Pulz širina: 0,5 ms ~ 2 ms
-Frekvenca ponovne ponovitve: 100 Hz ~ 200 Hz
-HorthArdening Slayer Globina: 50 μm ~ 150 μm
V določenem delu industrijske proizvodnje je rob rezkalnega rezalnika doživel posebno obdelavo s 500 W impulznim laserjem .
Before this, the hardness of the milling cutter's edge was HRA88. After undergoing this advanced treatment process, the edge hardness has significantly improved to HRA92. This enhancement in hardness has brought about extremely noticeable effects, with the most prominent being a substantial increase in cutting life. Originally, the cutting life of this milling cutter was relatively short, but after being treated S 500 W impulznim laserjem se je rezalno življenjsko dobo podaljšalo za polno trikrat .
V delavnici z mehansko obdelavo lahko ta obdelani rezkalnik zdrži višje sile rezanja in daljše neprekinjeno delovanje pri obdelavi kovinskih delov . pri izdelavi komponent za vesoljsko vesolje, kjer so natančne in materialne potrebe izredno visoke, ki trdijo, da lahko rezalni rezalniki, ki se lahko natančno in učinkoviteje kompleksne oblike, natančneje in učinkoviteje kompleksne oblike, ki jih lahko natančneje in učinkoviteje kompleksne kompleksne obdelave lahko natančno in učinkoviteje kompleksne oblike, natančneje in učinkovite Izdelki . Ne samo da zmanjšuje stroške časa in dela, povezane s pogostimi nadomestitvami rezalnikov mlinov, ampak tudi poveča učinkovitost proizvodnje in stabilnost kakovosti izdelka, kar pozitivno vpliva na razvoj povezanih panog .
4. Optimizacija parametrov in točke oblikovanja procesov
1. nadzor gostote energije:
V procesu laserske toplotne obdelave je natančen nadzor gostote energije kritični korak . formula za izračun gostote energije E je e=p / (v * d), kjer p predstavlja moč, v označevanju hitrosti skeniranja in D je formula tesno povezavo med tem, ko je tesna povezava med tem, ko je tesna povezava med tem, ko je tesno povezano razmerje med energijo {{2 { parametri .
Različni materiali imajo svoje specifične pragove faznega prehoda . jeklo kot primer, njegov prag faznega prehoda se običajno giblje od 150 J/cm² do 300 J/cm² . sproži zadostno fazno transformacijo, kar vodi do slabih rezultatov zdravljenja; Če je gostota energije previsoka, lahko povzroči prekomerno ablacijo ali druge škodljive učinke na material .
2. Prilagoditev hitrosti hlajenja:
Razumna regulacija hitrosti hlajenja je ključnega pomena, da se zagotovi kakovost laserskega toplotnega obdelave in se izognemo ustvarjanju napak . s spretno prilagajanjem poti gibanja svetlobnih točk, kot je uporaba skeniranja obroče
Poleg tega lahko uporaba zunanjih pomožnih metod hlajenja, kot je stisnjen zrak, igra tudi pomembno vlogo . stisnjeni zrak lahko hitro odstrani toploto s območja obdelave, kar pospeši postopek hlajenja ., vendar je za prilagoditev hitrosti hlajenja natančen nadzor; Lahko je prehitro ali prepočasi, oboje, ki lahko povzročijo težave ., če je hitrost hlajenja prehitra, lahko privede do prekomernega toplotnega stresa znotraj materiala, kar lahko povzroči razpoke; Če je hitrost hlajenja prepočasna, morda ne bo pravočasno preprečil neželenih faznih transformacij .
3. priporočilo inteligentnega parametra:
V valu digitalizacije in inteligence v današnji dobi je področje laserske toplotne obdelave spodbudilo tudi inteligentne spremembe ., ki temeljijo na naprednih modelih strojnega učenja, kot je nevronsko omrežje BP, lahko zagotovi močno podporo za napovedovanje procesnih parametrov .
Ti modeli strojnega učenja s študijem in analizo obsežnih eksperimentalnih podatkov in primerov proizvodnje v resničnem svetu lahko vzpostavijo zapletene modele odnosov med vhodnimi parametri (kot so materialna sestava, ciljna trdota itd. zagotavljanje izjemno visoke referenčne vrednosti za dejansko proizvodnjo .
V . prihodnji razvojni trend
1. Inteligenca in avtomatizacija:
Pri razvoju napredne proizvodne tehnologije so inteligenca in avtomatizacija postali ključni trendi . Polje laserske toplotne obdelave ni izjema . s pametno kombinacijo strojnega vida in tehnologije AI so bili doseženi izjemni preboji .
Tehnologija strojnega vida je kot par navdušenih oči, ki lahko v realnem času zajame različne subtilne spremembe v procesu laserske obdelave in z natančnostjo . AI tehnologije na drugi strani deluje kot inteligentni možgani, ki lahko hitro in natančno analizirajo in obdelujejo informacije, pridobljene s strojno vizijo . sinergije med adaptivno prilagajanjem med dvema dovoljenimi prilagoditvami med dvema dovoljenimi prilagoditvami med dvema dopuščeno
For example, during the quenching process, the system can monitor the depth of the quenched layer in real time. This function is like installing a precise measuring instrument for the process, ensuring that the depth of the quenched layer always meets the design requirements. At the same time, it can also monitor the temperature distribution in real time, akin to equipping the entire treatment process with a comprehensive temperature monitoring omrežje . To omogoča pravočasno zaznavanje in prilagajanje območij z neenakomernimi temperaturami, s čimer zagotavlja doslednost in stabilnost kakovosti izdelka .
2. Tehnologija kompozitne obdelave:
Kompozitna tehnologija obdelave je pokazala močno inovativno silo na področju laserske toplotne obdelave . s kombiniranjem laserskega gašenja s oblogo, čiščenjem in drugimi procesi, tvori večfunkcijsko proizvodno linijo, ki močno izboljša učinkovitost obdelave .
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.
When these processes are combined, they form an efficient collaborative working mode. For example, on the production line, a part can first be cleaned to remove surface dirt and oxidation layers, then undergo laser quenching to increase surface hardness, followed by cladding to endow it with special properties. This continuous, integrated processing flow reduces downtime and transfer between intermediate steps, significantly skrajša proizvodni cikel, poveča učinkovitost proizvodnje in zmanjša proizvodne stroške .
3. Nova prilagoditev materiala:
S hitrim porastom nove industrije energetskih vozil se povpraševanje po lahkih materialih iz dneva v dan povečuje . Za zadovoljevanje tega povpraševanja je polje Laser toplotno obdelavo aktivno izvajalo raziskovalna in razvojna dela za pogosto uporabljena lahka materiala v novih energetskih vozilih, kot so aluminijasta zlitina, in razvita posebna lasorska kompozitna materiala itd.
Aluminijeva zlitina ima dobro moč in lahke značilnosti, vendar je še vedno prostor za izboljšanje nekaterih vidikov uspešnosti . s posebno zasnovanim postopkom laserske toplote, njegovo kristalno strukturo je mogoče optimizirati, njena moč in žilavost je mogoče izboljšati, tako da se lahko bolje prilagodi kompleksnemu delovnemu okolju novih energetskih vozil . .
Kompoziti iz ogljikovih vlaken imajo odlično razmerje med močjo in težo, vendar obstajajo izzivi v povezavi in površinski obdelavi . Specializirani postopki laserskega toplotnega obdelave lahko izboljšajo njihovo zmogljivost površine in povečajo moč pri povezavi z drugimi komponentami, s čimer izboljšajo zanesljivost in varnost celotne strukture vozila .
Ti posebni postopki laserskega toplotnega obdelave za razvoj novih materialov zagotavljajo močno tehnično podporo razvoju novih energetskih vozil in promovirajo avtomobilsko industrijo do lahke, visokozmogljive in trajnostne usmeritve .
VI . Sklep
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, Laserska toplotna obdelava bo nedvomno še dodatno spodbudila nadgradnjo in preoblikovanje napredne proizvodnje opreme .
