采用激光淬火工藝，對(duì)經(jīng)過(guò)切削加工好的構(gòu)件進(jìn)行淬硬時(shí)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(guó)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(hù)除了提供有償?shù)拇慊鸱?wù)外，還可直接到客戶(hù)駐地使用可移動(dòng)的激光設(shè)備進(jìn)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(hù)的要求來(lái)進(jìn)行配置。作為選項(xiàng)，激光束淬火設(shè)備可以擴(kuò)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(gè)相對(duì)較短的波長(zhǎng)范圍進(jìn)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%。
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(lèi)的如片狀石墨鑄鐵或球狀石墨鑄鐵?？芍苯哟阌驳牟牧?，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(jìn)行淬火。
模具表面通過(guò)大于1000oK/s的溫度的升高速度加熱到奧氏體化的溫度，這個(gè)溫升經(jīng)控制達(dá)到接近材料的熔點(diǎn)，但是不會(huì)到達(dá)這個(gè)熔點(diǎn)溫度。溫度能維持的時(shí)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(wú)足輕重的，并且可毫不費(fèi)力地將其去除掉。在采用氣體保護(hù)的情況下進(jìn)行激光淬火時(shí)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(duì)于淬火工藝的選擇來(lái)說(shuō)，應(yīng)由對(duì)工件提出的功能要求來(lái)決定，而不是出于如像淬火工藝局部的可使用性來(lái)決定。
應(yīng)該減少切削加工的制造費(fèi)用或者減少“已淬硬”構(gòu)件的加工費(fèi)用。如果在淬火時(shí)傳入工件的熱量較高，由以前切削加工所形成的應(yīng)力會(huì)在工件的周?chē)尫懦鰜?lái)，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(fèi)較多的材料費(fèi)用并有一定的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果是在淬硬的構(gòu)件上必須要進(jìn)行后續(xù)加工，這會(huì)耗費(fèi)較多的時(shí)間和費(fèi)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(jìn)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(jìn)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(xiǎn)。
在激光淬火時(shí)，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(duì)淬硬工件只須進(jìn)行很少的后續(xù)加工或甚至不再需要進(jìn)行這種加工。
此外，激光淬火的較高能量效率和較短的過(guò)程時(shí)間，這對(duì)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(guò)程。激光淬火可以集成到連續(xù)的生產(chǎn)工藝過(guò)程中。
這種淬火工藝特點(diǎn)是對(duì)環(huán)境友好和清潔。此外，給設(shè)計(jì)人員和生產(chǎn)規(guī)劃人員打開(kāi)了新的可能性。很多年來(lái)，證明激光淬火具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果。
工業(yè)機(jī)器人確保激光束對(duì)構(gòu)件的接近性
通過(guò)工業(yè)機(jī)器人來(lái)操作HLDL激光器的激光光源。一個(gè)附設(shè)的用于工件定位的回轉(zhuǎn)-傾斜工作臺(tái)幾乎完全確保了激光束對(duì)構(gòu)件表面的接近性。在需要時(shí)可用直線坐標(biāo)軸對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行補(bǔ)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(jī)進(jìn)行測(cè)定，用激光功率調(diào)控器進(jìn)行處理。這就可以通過(guò)在淬火軌跡內(nèi)精確分配溫度值。由此滿(mǎn)足了在高質(zhì)量要求情況下對(duì)取得均勻淬硬成果所必需的基本條件。
像進(jìn)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(duì)工件的不同入射角，是根據(jù)許多淬火過(guò)程和相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定和進(jìn)行評(píng)價(jià)。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。
可提供其他的系統(tǒng)和附屬設(shè)備
動(dòng)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(duì)變化不定的強(qiáng)度情況或淬火軌跡寬度進(jìn)行測(cè)量。激光束由此能對(duì)變化的工件表面形狀進(jìn)行跟蹤，也可以略過(guò)這個(gè)工件表面。
激光束分析儀Lasmon用來(lái)測(cè)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(lái)。仿真軟件DCAM沿構(gòu)件表面對(duì)激光束路徑進(jìn)行脫機(jī)編程。Alotec公司還提供“Plug and Work”型移動(dòng)式小型激光系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以擴(kuò)展成激光粉末堆焊和激光焊絲堆焊設(shè)備。
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