模具和机械构件的激光淬硬

newmaker    来源：德国FORM+Werkzeug杂志

欢迎访问e展厅 展厅 5 激光焊接机展厅 激光淬火, 激光熔覆, ... 采用激光淬火工艺，对经过切削加工好的构件进行淬硬时产生的局部淬火变形是很小的，由此可使后续加工减少到最低程度或者完全免去这种加工，从而使模具在淬硬后可立即投入生产应用。德国Alotec公司在这方面掌握有相当多的技术诀窍，公司为其客户除了提供有偿的淬火服务外，还可直接到客户驻地使用可移动的激光设备进行淬火。此外，Alotec公司为全球制造和供应激光束淬火设备，这些设备可按照客户的要求来进行配置。作为选项，激光束淬火设备可以扩展为激光粉末堆焊和激光焊丝堆焊。 除了CO2激光器、光纤激光器和Nd:YAG（掺钕钇铝石榴石激光器）外，直接可以使用的还有光纤连接的高效二极管激光器（HLDL）。高效二极管激光器是以一个相对较短的波长范围进行工作，由此使能量吸入工件材料的情况要比其他激光光源更为有效，高效二极管的能量吸收效率约可达到35%。 采用10kW的HLDL激光器，淬硬宽度可达60mm 可淬硬的工件材料有结构钢、调质钢和铸钢，以及各种不同种类的如片状石墨铸铁或球状石墨铸铁。可直接淬硬的材料，其含碳量至少要达到0.22%。但是，经渗碳的钢和预先经氮化的钢同样也可以进行淬火。 模具表面通过大于1000oK/s的温度的升高速度加热到奥氏体化的温度，这个温升经控制达到接近材料的熔点，但是不会到达这个熔点温度。温度能维持的时间约为10-3～10秒，冷却的速度决定于温度向构件本身的传导。在构件表面形成一层较薄的氧化层，这一层氧化层多数是无足轻重的，并且可毫不费力地将其去除掉。在采用气体保护的情况下进行激光淬火时可以避免产生氧化层。与其他的淬火工艺相比，激光淬火所获得的金相组织是相当精细的颗粒。由于马氏体的形成，硬度值可达到硬度的上限值。对于淬火工艺的选择来说，应由对工件提出的功能要求来决定，而不是出于如像淬火工艺局部的可使用性来决定。 应该减少切削加工的制造费用或者减少“已淬硬”构件的加工费用。如果在淬火时传入工件的热量较高，由以前切削加工所形成的应力会在工件的周围释放出来，造成构件的变形。工件就需要留有加工余量，这种加工余量需要花费较多的材料费用并有一定的风险。结果是在淬硬的构件上必须要进行后续加工，这会耗费较多的时间和费用。我们的目标是，应使构件在>软的<状态下，即在淬火之前进行切削精加工，这就必需要采用一种产生很小变形的淬火工艺。而采用HLDL激光器进行局部淬火，为减小淬火变形提供了最好的条件。并且能继续保持构件核芯的基本韧性和相应降低了产生裂纹的风险。 在激光淬火时，激光束瞄准着被淬硬的部位或者局部的部位，只有很少量的热传导到构件。因此，使构件不致产生较大的变形，从而对淬硬工件只须进行很少的后续加工或甚至不再需要进行这种加工。 此外，激光淬火的较高能量效率和较短的过程时间，这对这种淬火工艺的应用起着积极的作用。从而使经淬硬的工件很快应用于下列的生产过程。激光淬火可以集成到连续的生产工艺过程中。 这种淬火工艺特点是对环境友好和清洁。此外，给设计人员和生产规划人员打开了新的可能性。很多年来，证明激光淬火具有明显的经济效果。 工业机器人确保激光束对构件的接近性 通过工业机器人来操作HLDL激光器的激光光源。一个附设的用于工件定位的回转-倾斜工作台几乎完全确保了激光束对构件表面的接近性。在需要时可用直线坐标轴对工业机器人进行补充。激光功率调控器Lompoe Pro确保了在工件表面上达到±10oK的最好的温度稳定性。工件表面的温度采用照相机进行测定，用激光功率调控器进行处理。这就可以通过在淬火轨迹内精确分配温度值。由此满足了在高质量要求情况下对取得均匀淬硬成果所必需的基本条件。 像进给速度这样的一些其他工艺参数以及与几何位置相关的对工件的不同入射角，是根据许多淬火过程和相应的经验来确定和进行评价。镜系统（指激光器系统中折射镜和聚光镜等——译注）能够使激光束在构件内部范围以最佳的投射角到达待淬火的表面。 可提供其他的系统和附属设备 动态激光扫描系统Lassy能够在扫描频率达200Hz的情况下对变化不定的强度情况或淬火轨迹宽度进行测量。激光束由此能对变化的工件表面形状进行跟踪，也可以略过这个工件表面。 激光束分析仪Lasmon用来测量激光束的功率密度分配和以三维模型将其直观地表示出来。仿真软件DCAM沿构件表面对激光束路径进行脱机编程。Alotec公司还提供“Plug and Work”型移动式小型激光系统。这种系统可以扩展成激光粉末堆焊和激光焊丝堆焊设备。

文章内容仅供参考 (投稿) (1/14/2013)