I. Pregled procesa laserskog toplinskog obrade
Laserska toplotna obrada je napredna tehnologija modifikacije površine koja koristi laserski snop visoke energije za brzo zagrijavanje i hlađenje površine materijala.
Osnovni princip je zagrijati površinu materijala iznad faznog tranzicijskog temperature u vrlo kratkom vremenu od laserskog snopa (energetske gustoće do 10, a zatim se oslanja na termičko provođenje materijala da bi se oblikovalo superfina martenzitne strukture, čime se značajno poboljšava površinsko tvrdoće, otpornost na trošenje i otpornost na umor.
Tehnologija ima karakteristike visoke preciznosti, male deformacije, zaštite okoliša i uštede energije, a široko se koristi u proizvodnji automobila, mehaničkoj obradi i drugim poljima.
Drugo, prednosti laserskog toplotnog tretmana
1. Visoka efikasnost i ušteda energije:
Laserska stopa grijanja je izuzetno impresivna, do 100, 000 do milion stepeni Celzijusa u sekundi, a stopa hlađenja jednako je impresivna, do 100, 000 stepeni Celzijusa u sekundi. Ova brzina zagrijavanja i hlađenja ultra brzo mogu značajno smanjiti cikluse obrade i uvelike poboljšati efikasnost proizvodnje.
Istovremeno, u pogledu potrošnje energije, laserska toplotna obrada je samo 1/3 do 1/5 tradicionalnog toplotnog tretmana. Na primjer, u stvarnoj proizvodnji velikog prerađivačkog preduzeća, nakon usvajanja tehnologije za obradu laserske toplinske obrade skraćeno je vrijeme za obradu istog broja proizvoda, a energetski trošak se smanjuje za gotovo 60%.
2. Visoka preciznost i fleksibilnost:
Prečnik laserskih grede promjera ima izvrsnu podesivost i može se precizno prilagoditi na nivou mikrona. Ova značajka čini izuzetno pogodnom za lokalnu pojačanje složene geometrije.
Na primjer, utor za plijeste, zupčani zub, itd. Poduzimanjem automobilske industrije kao primer, za unutrašnje precizne dijelove motora, poput ventila, klipova itd., Laserski toplinski tretman može precizno ojačati ključne dijelove, poboljšati performanse i pouzdanost dijelova.
U proizvodnji kalupa, za kalupe sa složenim oblikom i visokim preciznim zahtjevima, laserska toplotna obrada može ojačati lokalne dijelove za habanje bez utjecaja na cjelokupnu strukturu i produžiti servisni vijek kalupa.
3. Zaštita životne sredine i bez zagađenja:
Laserska toplotna obrada ne treba voda, ulje i drugi hlađenje u radnom procesu, tako da efikasno smanjuju ispuštanje otpadne tečnosti.
Ova je funkcija u punoj liniji sa zahtjevima zelene proizvodnje i pomaže u smanjenju negativnog utjecaja na okoliš. U usporedbi s zagađenjem okoliša i otpadom resursa uzrokovan velikom upotrebom hlađenja u tradicionalnim metodama za toplinsku obradu, laserska toplotna obrada nesumnjivo je ekološki prihvatljiviji i održiviji izbor.
4. Odlične površinske performanse:
Nakon laserskog termičke obrade, tvrdoća učvršćenog sloja može se povećati za 5 do 20%, otpornost na habanje povećava se za 3 do 5 puta, a život se pruža za više od 3 puta. To znači da tretirani dijelovi mogu izdržati veće opterećenja i olakšavaju radne uvjete u praktičnim primjenama.
U rudarskim strojevima, otpornost na habanje rudarskih dijelova nakon laserskog toplotnog tretmana značajno je poboljšana, što u velikoj mjeri smanjuje troškove održavanja i zamjene opreme i poboljšava efikasnost proizvodnje. U zrakoplovnom polju, radni vijek ključnih dijelova nakon laserskog toplinskog obrade pruža pouzdaniju garanciju za sigurnost leta.
3. Primjeri aplikacije za industriju
1. Ojačanje body / cilindra motora motora
Lasersko gašenje unutrašnjeg zida cilindra vrši se helikojnim skeniranjem, a debljina učvršćenog sloja doseže {{0. 4 mm, a površinska tvrdoća povećava se sa HRC2 0 na više od HRC-a. Trošišta od 10, 000 KM smanjuje se sa 0,054 mm do 0,0087 mm, a premještana kilometraža produžava se sa 60, 000 km do 200, 000 KM.
Procesni parametri:
-Slačića snaga: 1,5 kW ~ 2,5 kW (kontinuirani vlakni laser)
Brzina boje: 10 mm / s ~ 30 mm / s
-Potračni prečnik: 2 mm ~ 4 mm (pravokutno mjesto za optimizaciju distribucije energije)
- Dubina sloja: 0 2 mm ~ {3}}. 4 mm (kontrolirano podešavanjem snage i brzine)
-Olični režim: samohlapanje (oslanjajući se na provod topline matrice)
Na primjer, blok motora bio je podvrgnut laserskom toplinskom tretmanu sa laserom snage 2. 0 kW i brzina skeniranja od 15 mm / s.
Nakon ovog postupka liječenja, površinska tvrdoća značajno je poboljšana, skačući iz originalnog HRC20 na značajan HRC62. Istovremeno, otpornost na habanje bloka motora uvelike je poboljšana, povećavajući se do punih šest puta u odnosu na ranije. Ova značajna poboljšanja performansi omogućava bloku motora da izdrži viši nivo trenja i habanja u stvarnom radu, učinkovito proširujući životni vijek motora i poboljšavajući svoju efikasnost i stabilnost.
2. Površinska obrada automobilskih kalupa
Procesni parametri:
--Proslovna snaga: 800 W ~ 1,5 kW (pulsni laser za preciznu reznu ivicu)
- frekvencija: 20 Hz ~ 50 Hz (kontrolni ulaz topline)
-Konnicalna brzina: 30% ~ 50% (kako bi se osigurala ujednačenost)
- debljina sloja: 0 1 mm ~ {3}}. 3 mm
Sečivo žigosanje na vratima tretirano je laserom od 1,2 kW i 40% brzine preklapanja. Kroz ovaj tretman, tvrdoća sečiva dosegla je visok nivo HRC58 do HRC62.
Iz tog razloga, radni vijek kalupa značajno je produžen, povećavajući se iz prvobitnog kapaciteta samo 100, 000 ciklusa na 350, 000 ciklusa. Ovo uočljivo poboljšanje ne samo smanjuje učestalost zamjene kalupa i održavanja, već i snižava troškove proizvodnje. Pojačava i efikasnost proizvodnje i stabilnost kvaliteta proizvoda. U industriji poput automobilske proizvodnje, gdje su preciznost i izdržljivost komponenti izuzetno kritični, primjena ove tehnologije nesumnjivo donosi značajne konkurentske prednosti i ekonomske koristi kompanijama.
3. Dijelovi prijenosnog sustava
Laserski zavarivanje i gašenje kompozitnih procesa pogonske osovine školjke:
- Parametri za laseru od 4 kW, brzina zavarivanja 1,2 m / min, zaštita argona
- kairing parametri: 1,8 kW laserska snaga, brzina skeniranja 20 mm / s
-Fequct: dubina zavarivanja 12,5 mm, zona utapanja tvrdoća HRC55, ukupna deformacija<0.1 mm.
U procesu rukovanja pogonskim osovinom kućišta u komponentama prenosne sustav, usvojen je kompozitni proces laserskog zavarivanja i gašenja. Za parametre za zavarivanje korišteno je laserska snaga od 4 kW, sa brzinom zavarivanja na 1,2 m / min, a za zaštitu je zaposlen Argon Gas. Ova konfiguracija parametra osigurava stabilnost i visoku kvalitetu postupka zavarivanja. Na primjer, u stvarnom radu, stabilnoj laserskoj snazi i odgovarajućem brzinu zavarivanja rezultiraju ujednačenim i snažnim zavarivanjem, dok zaštitni učinak argonskog plina učinkovito sprečava oksidaciju zavarivanja na visokim temperaturama, čime se osigurava kvaliteti i kvaliteti izgleda i kvalitete izgleda.
4. Armatura opreme i osovine
Parametri zupčanja lasera površine zuba:
-Sletralna snaga: 1,2 kW ~ 2. 0 KW
-Zastava: 8 mm / s ~ 15 mm / s (mala brzina u korijenu zuba, veliku brzinu na vrhu kontrole adaptivne zube)
-Pot oblik: izduženo mjesto (4 mm x 0. 5 mm, odgovarajuća zakrivljenost površine zuba)
- Dubina sloja: 1. 0 mm ~ 2. 0 Mm
U proizvodnom procesu teške mehanizacije, ključni komponentni stupanj (sa modulom 12) obrađen je specifičnim laserskim postupkom. Konkretno, korištena je snaga 1,8 kW, a obrada se provodila na brzini skeniranja od 10 mm / s.
Nakon ovog tretmana, tvrdoća površine zuba značajno se poboljšala, dosegnuvši niz HRC60 do HRC63. Ovo poboljšanje tvrdoće direktno dovodi do značajnih poboljšanja performansi, najisfernice značajnog povećanja života umora. Originalni umornog vijek zupčanika bio je samo 50, 000 ciklusi, ali nakon gore navedenog tretmana, zadivljujuće se povećalo iz 50, 000 ciklusa na 200, 000 ciklusa.
5. Precizna proizvodnja alata
Lasersko ukidanje ivice alata za rezanje tvrde metala:
Procesni parametri:
-Podreda: 300 W ~ 600 W (kratki pulsni laser za izbjegavanje pregrijavanja)
-Pulse širine: 0 5 ms ~ 2 ms
- Frekvencija prepeteza: 100 Hz ~ 200 Hz
- Dubina sloja: 50 μm ~ 150 μm
U određenom dijelu industrijske proizvodnje, ivica glodalice je pretrpio poseban tretman sa 500 W pulseranim laserom.
Prije toga, tvrdoća glodačkog rezača je HRA88. Nakon što je podvrgnut ovom naprednom procesu liječenja, tvrdoća ivice značajno se poboljšala HRA92. Ovo poboljšanje tvrdoće donijelo je u izuzetno uočljive efekte, a najistaknutije je značajno povećanje rezanja života. Prvobitno, vijek trajanja ovog mljevenog rezača bio je relativno kratak, ali nakon što se tretira sa 500 W pulsiranim laserom, život rezanja produžen je u potpunosti tri puta.
U radionici za mehaničku obradu, ovaj tretirani glodalica može izdržati veće sile rezanja i duže kontinuirani rad prilikom obrade metalnih dijelova. U proizvodnji komponenti za vazduhoplovstvo, gde su precizni i materijalni zahtevi izuzetno visoki, ovaj rezač za glodanje i produženo vezanje - može preciznije i efikasnije kompletni složeni zadaci obrade oblika, pružajući snažnu podršku za visokokvalitetnu proizvodnju vazduhoplovnih proizvoda. Ne samo da smanjuje troškove i radne snage povezane s čestim zamjenama rezača mlin, već poboljšavaju i efikasnost proizvodnje i stabilnost kvaliteta proizvoda, dovodeći pozitivne utjecaje na razvoj srodnih industrija.
4. Optimizacija parametara i dizajniranje procesa
1. Kontrola gustoće energije:
U procesu laserske toplotne obrade, precizna kontrola gustoće energije je kritični korak. Formula za izračunavanje energetske gustoće E je e=P / (V * D), gdje P predstavlja snagu, v označava brzinu skeniranja, a D je prečnik spot. Ova formula jasno ilustrira bliski odnos između gustoće energije i ovih ključnih parametara.
Različiti materijali imaju vlastiti specifični fazni prijelazni pragovi. Uzimajući čelik kao primjer, njegov fazni prag tranzicije obično se kreće od 150 J / cm² do 300 J / cm². To znači da kada lasersko liječenje toplote čelik, gustoća energije mora biti precizno kontrolirana unutar ovog raspona. Ako je gustoća energije preniska, možda neće pokrenuti dovoljnu faznu transformaciju, što dovodi do loših rezultata liječenja; Ako je gustoća energije previsoka, može prouzrokovati pretjeranu ablaciju ili druge štetne efekte na materijal.
2. Podešavanje brzine hlađenja:
Razumna regulacija stope hlađenja je od ključnog značaja za osiguranje kvalitete laserskog toplinskog obrade i izbjegavanje generacije nedostataka. Vešto podešavanje stazeg pokreta svjetlosnog spota, poput upotrebe skeniranja prstena, način distribucije i prijenosa topline može se učinkovito promijeniti, tako da realizira kontrolu brzine hlađenja.
Pored toga, primjena vanjskih pomoćnih metoda hlađenja, poput komprimiranog zraka, također može igrati značajnu ulogu. Komprimirani zrak može brzo ukloniti toplinu iz područja obrade, ubrzanje procesa hlađenja. Međutim, prilagođavanje stope hlađenja zahtijeva preciznu kontrolu; Može biti prebrzo ili prespor, obojica mogu uzrokovati probleme. Ako je stopa hlađenja prebrza, mogla bi dovesti do prekomjernog termičkog stresa unutar materijala, potencijalno uzrokujući pukotine; Ako je brzina hlađenja prespor, možda neće uspjeti da sprovedu nepovoljne fazne transformacije.
3. Inteligentna preporuka parametara:
U valu digitalizacije i inteligencije u današnjoj eri, polje laserskog toplotnog tretmana takođe je uveo u inteligentnim promjenama. Na osnovu naprednih modela za učenje mašina, poput BP neuronske mreže, može pružiti snažnu podršku za predviđanje procesnih parametara.
Ovi modeli učenja stroja, kroz studiju i analizu opsežnih eksperimentalnih podataka i stvarne proizvodnje, mogu uspostaviti složene modele odnosa između ulaznih parametara (poput kompozicije materijala, ciljane tvrdoće itd.) I izlaznih parametara procesa (optimalne kombinacije snage / brzine itd.). Štaviše, njihove greške predviđanja mogu se kontrolirati u rasponu od manje od 5%, pružajući izuzetno visoku referentnu vrijednost za stvarnu proizvodnju.
V. Budući razvojni trend
1. Inteligencija i automatizacija:
U razvoju napredne tehnologije proizvodnje, inteligencija i automatizacija postali su ključni trendovi. Polje laserske toplotne obrade nije izuzetak. Kroz pametnu kombinaciju strojnog vida i AI tehnologije postignuta su izvanredna proboja.
Tehnologija stroja za viziju je poput par oštrih očiju, sposobna za snimanje različitih suptilnih promjena u procesu laserskog obrade u stvarnom vremenu i preciznošću. AI tehnologija, s druge strane, djeluje kao inteligentan mozak, koji mogu brzo i precizno analizirati i obrađivati podatke dobivene strojno vidom. Sinergija između njih dva omogućava prilagođavanje prilagođavanja laserskim parametrima.
Na primjer, tokom procesa gašenja, sustav može u stvarnom vremenu nadzirati dubinu ugašenog sloja. Ova je funkcija kao ugradnja preciznog mjernog instrumenta za postupak, osiguravajući da dubina kvadratnog sloja uvijek ispunjava zahtjeve za dizajn. Istovremeno, može i nadgledati raspodjelu temperature u realnom vremenu, srodna za opremanje cjelokupnog postupka liječenja sa sveobuhvatnom mrežom za nadzor temperature. To omogućava pravovremeno otkrivanje i prilagođavanje područja s neravnim temperaturama, čime se osigurava dosljednost i stabilnost kvaliteta proizvoda.
2. Kompozitna tehnologija obrade:
Kompozitna tehnologija obrade pokazala je snažnu inovativnu silu u polju laserskog toplotnog tretmana. Kombinovanjem laserskog gašenja sa oblogom, čišćenjem i drugim procesima, on čini multifunkcionalnu proizvodnu liniju, što uvelike poboljšava efikasnost obrade.
Lasersko gašenje može značajno poboljšati površinsku tvrdoću i otpornost na habanje dijelova, dok obloge može dodati sloj materijala s posebnim svojstvima na površinu dijelova, poboljšavajući njihovu otpornost na koroziju i otpor visoke temperature. Proces čišćenja može ukloniti nečistoće i zagađivače na površini dijelova, stvarajući dobre uvjete za naknadne postupke obrade.
Kada se ovi procesi kombiniraju, formiraju efikasan način rada sa kolaborativnim radom. Na primjer, na proizvodnoj liniji, prvi se može očistiti da bi se uklonila površinske prljavštine i oksidacijske slojeve, a zatim podvrgava lasersko ukidanje za povećanje površinske tvrdoće, nakon čega slijede oblogom za obnavljanje s posebnim svojstvima. Ovaj kontinuirani, integrirani protok obrade smanjuje prekid i prenos između srednjih koraka, značajno skraćuje proizvodni ciklus, povećava proizvodnu efikasnost i smanjuje troškove proizvodnje.
3. Nova adaptacija materijala:
Sa brzom rastom nove industrije energetske vozile, potražnja za laganim materijalima se povećava iz dana u dan. Da bi se ispunila ova potražnja, teren laserskih toplotnih pročišćavanja aktivno je izvršio istraživanje i razvoj koji se često koriste lagani materijali u novim energetskim vozilima, poput aluminijumske legure, kompozitnih materijala ugljičnog vlakana, itd. I razvijeni posebni proces laserske toplinske obrade.
Aluminijska legura ima dobru snagu i lagane karakteristike, ali još uvijek postoji prostor za poboljšanje u nekim aspektima performansi. Kroz posebno dizajnirani proces laserskih toplotnih obrada može se optimizirati njegova kristalna struktura, njegova snaga i žilavost mogu se poboljšati, tako da se može bolje prilagoditi složenom radnom okruženju novih energetskih vozila.
Kompoziti ugljičnog vlakana imaju odličnu omjer čvrstoće i težine, ali postoje izazovi u vezi s priključkom i površinskim tretmanom. Specijalizirani laserski procesi za toplinsku obradu mogu poboljšati površinu i poboljšati čvrstoću veze s drugim komponentama, čime poboljšava pouzdanost i sigurnost cijele strukture vozila.
Ovi posebni procesi laserskih toplotnih obrada za razvoj novih materijala pružaju snažnu tehničku podršku za razvoj novih energetskih vozila i promoviraju automobilsku industriju na lakše, visoke performanse i održivog smjera.
VI. Zaključak
Laserska tehnologija za pročišćavanje toplote, sa velikom efikasnošću, preciznošću i ekološkom ljubaznošću postala je temeljni proces u automobilskoj i mehaničkoj proizvodnoj industriji. Iz poboljšanja otpornosti na habanje blokova motora za proširenje životnog vijeka zupčanika, brojni primjeri aplikacije živopisno pokazuju dubok utjecaj tehnološke inovacije na proizvodnju. U budućnosti, kao avanstveno obavještajne i kompozitne obrade, laserski toplinski tretman nesumnjivo će se nesumnjivo pokretati nadogradnje i transformacije napredne proizvodnje opreme.
