在維修或優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)零部件方面，激光熔覆是一種成熟的技術(shù)，由于其可靠的可重復(fù)性、少量的熱敏元件應(yīng)力和實(shí)現(xiàn)低成本的機(jī)械改造，這些優(yōu)勢(shì)都讓激光熔覆成為一種不可缺少的技術(shù)?，F(xiàn)在市場上出現(xiàn)了一種新的設(shè)備——iClad®,可用于熔覆內(nèi)部輪廓或盲孔,達(dá)到傳統(tǒng)的加工頭所無法企及的水平。這種微型加工適用于熔覆直徑小至26mm的孔，加工深度可達(dá)500毫米。現(xiàn)在，它的生產(chǎn)者Pallas公司（位于德國Wrselen）首次給iClad裝備了一個(gè)旋轉(zhuǎn)加工頭，可以用來修復(fù)柴油火車發(fā)動(dòng)機(jī)中磨損的缸孔。配備旋轉(zhuǎn)功能的機(jī)器在眾多應(yīng)用方面擁有無與倫比的潛力，修復(fù)帶有偏心孔或直徑50毫米或以上的非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的開口組件的內(nèi)部輪廓，加工深度可達(dá)500毫米。
修復(fù)大型柴油列車的發(fā)動(dòng)機(jī)
比利時(shí)激光專家——Laser Coating Diamond Technology公司（簡寫為LaserCo DT），總部設(shè)在比利時(shí)Str py- Bracquegnies，通過激光熔覆和金剛石涂層保護(hù)金屬免受磨損。一家比利時(shí)鐵路運(yùn)營商委托該公司，采用激光熔覆技術(shù)對(duì)上下活塞的反轉(zhuǎn)點(diǎn)來整修磨損的缸孔。該公司的常務(wù)董事Hugues Desmecht，要求位于德國Aachen的弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（ILT）開展可行性研究。關(guān)于這項(xiàng)研究，ILT與Pallas公司（www.pallaskg.de）緊密合作，早期兩者合作開發(fā)出了iClad，并且現(xiàn)在正在市場上銷售該系統(tǒng)。在這項(xiàng)研究中，基于iClad的激光熔覆被用于修復(fù)六個(gè)損壞缸孔中的兩個(gè)。
無需更換部件
更換發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的成本大約是20000美元?？紤]到在運(yùn)輸過程中所消耗的大量資金和時(shí)間，激光熔覆是被認(rèn)可的更具時(shí)間和成本效益的替代方案。對(duì)于足夠大的孔徑，如直徑100毫米或更大，市場上現(xiàn)有多種傳統(tǒng)的加工頭能提供外部或內(nèi)部輪廓的加工?，F(xiàn)在，隨著小型旋轉(zhuǎn)iClad頭的問世，它已成為一種可靠的維修受損缸孔的新技術(shù)，是以前標(biāo)準(zhǔn)加工頭所無法做到的。因此，LaserCo DT公司和比利時(shí)的鐵路運(yùn)營商對(duì)ILT所進(jìn)行的可行性研究有著很高的期望。
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每個(gè)iClad頭（圖1）包括三個(gè)模塊：粉末供料口，主體和光纖插頭。與傳統(tǒng)的加工頭對(duì)比，iClad加工頭和組件之間的工作距離只有幾毫米。而在標(biāo)準(zhǔn)加工頭中，該距離達(dá)到20毫米。根據(jù)加工點(diǎn)的不同，激光束可以30 或90 的角度退出。盲孔可以很容易地利用30 角的加工頭完成涂覆，這得益于激光的工作點(diǎn)在加工頭前方。需對(duì)通孔進(jìn)行涂覆時(shí)，就采用90 角的加工頭。內(nèi)部狹窄的旋轉(zhuǎn)加工頭有額外的功能，因?yàn)樗梢圆迦肟變?nèi)從側(cè)面或頂部進(jìn)行熔覆——下降深度達(dá)500毫米。工業(yè)應(yīng)用的主要標(biāo)準(zhǔn)是加工頭持續(xù)的熱負(fù)荷能力。使用的高效水冷卻方式可以防止精密元件發(fā)生過熱現(xiàn)象。加工頭的內(nèi)部保護(hù)系統(tǒng)可以防止它受到粉末顆粒沉積帶來的污染或損壞。此外，激光束經(jīng)過的光學(xué)路徑也持續(xù)充滿著保護(hù)氣體。
配備旋轉(zhuǎn)功能的新型加工頭被用來翻新柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的缸孔（圖2）。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器集成到加工頭部允許修復(fù)靜態(tài)安裝部件上的偏心孔。即便是水平插入，加工頭也能確保粉末均勻應(yīng)用，而無需改變其旋轉(zhuǎn)角度。然而，在這種特定的應(yīng)用程序中，旋轉(zhuǎn)頭通過五軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)垂直地插入氣缸孔。使用旋轉(zhuǎn)頭的一個(gè)主要爭議點(diǎn)就是，考慮到加工頭自身的重量，要讓它通過固定的加工頭旋轉(zhuǎn)重達(dá)700公斤的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是不可能的（圖3）。偏心孔創(chuàng)造了大量的不平衡，使得它非常難保證所需要的加工精度。對(duì)每一個(gè)汽缸單獨(dú)進(jìn)行中心定位是一個(gè)不太可行的選擇，因?yàn)樯婕按罅康某杀疽蛩亍?
在上下壞點(diǎn)間的汽缸磨損內(nèi)層，覆蓋大于1毫米厚度的涂層。這就是所謂的不銹鋼合金熔覆，以確保不僅僅是必要的耐磨性，而且在酸性和堿性環(huán)境中擁有良好的耐腐蝕性。選定合金材料的韌性能夠防止裂紋的形成，還具有良好的機(jī)械加工性能和最小表面的涂層孔隙率。首先，將LaserCo DT客戶的磨損孔機(jī)加工到一定尺寸，以消除磨損和裂痕，為后續(xù)的激光熔覆創(chuàng)建一個(gè)光滑的表面。
Weisheit先生對(duì)測試結(jié)果非常滿意。他說：“這毫無疑問證明激光熔覆在缸孔的修復(fù)方面技術(shù)上是可行的，也符合成本效益，無需購買替代品更換。應(yīng)用可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部輪廓加工頭iClad，得到的涂層具有優(yōu)良的表面質(zhì)量。”在他看來，運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)證明了其工業(yè)應(yīng)用的能力。即使經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的連續(xù)使用，它繼續(xù)工作的能力仍然絕對(duì)可靠。這個(gè)測試的圓滿成功為修理或修復(fù)機(jī)器零件提供了突破性的證據(jù)，這是以前可望而不可及的。 Kalawrytinos看到這種獨(dú)特加工頭的巨大應(yīng)用潛力，“ iClad的五軸加工能力允許它以合理的成本和在前所未有的時(shí)間段內(nèi)精準(zhǔn)地翻修磨損的孔洞。” 本文作者Stephan Kalawrytinos是Pallas公司的總經(jīng)理（公司位于德國Wrselen），Andreas Weisheit博士就職于弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所，Hugues Desmecht是LaserCo DT公司總經(jīng)理（公司位于比利時(shí)Strpy Bracquegnies）。有關(guān)更多信息，請(qǐng)發(fā)電郵至：[email protected]或 [email protected]。(end) |
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