I . Présentation du processus de traitement thermique au laser
Le traitement thermique au laser est une technologie de modification de surface avancée qui utilise le faisceau laser à densité à haute énergie pour chauffer et refroidir rapidement la surface des matériaux .
Le principe central consiste à chauffer la surface du matériau au-dessus de la température de transition de la phase austénite en très peu de temps par faisceau laser (densité d'énergie jusqu'à 10, 000 à 1 million de watts par centimètre carré), puis s'appuyer sur la conduction thermique du matériau pour refroidir rapidement, formant une structure de martensite superfine, {s'améliorant significative
La technologie a les caractéristiques d'une haute précision, d'une faible déformation, d'une protection de l'environnement et d'une économie d'énergie, et est largement utilisée dans la fabrication d'automobiles, le traitement mécanique et d'autres champs .
Deuxièmement, les avantages du traitement thermique au laser
1. Haute efficacité et économie d'énergie:
Le taux de chauffage au laser est extrêmement impressionnant, jusqu'à 100, 000 à 1 million de degrés Celsius par seconde, et le taux de refroidissement est tout aussi impressionnant, jusqu'à 100, 000 degrés Celsius par seconde . Ce taux de chauffage ultra-rapide et de refroidissement peut réduire considérablement les cycles de traitement et considérablement améliorer l'efficacité de production.
Dans le même temps, en termes de consommation d'énergie, le traitement thermique au laser n'est que de 1/3 à 1/5 de traitement thermique traditionnel ., par exemple, dans la production réelle d'une grande entreprise de fabrication, après avoir adopté la technologie de traitement thermique laser, le temps de traitement du même nombre de produits est raccourci d'environ 40%, et le coût énergétique est réduit de près de 60%
2. haute précision et flexibilité:
Le diamètre du point du faisceau laser a un excellent réglage et peut être ajusté avec précision au niveau micron . Cette fonction le rend extrêmement adapté au renforcement local de la géométrie complexe .
Par exemple, les rainures de moule, les surfaces de dent de vitesse, etc. . prenant l'industrie de la fabrication de l'automobile comme exemple, pour les parties de précision internes du moteur, telles que les vannes, les pistons, etc.
Dans la fabrication de moisissures, pour les moules avec une forme complexe et des exigences de haute précision, le traitement thermique au laser peut renforcer les pièces locales sujettes à l'usure sans affecter la structure globale et prolonger la durée de vie du moule .
3. Protection environnementale et aucune pollution:
Le traitement thermique au laser n'a pas besoin d'eau, d'huile et d'autres milieux de refroidissement dans le processus de travail, afin de réduire efficacement la décharge de liquide de déchets .
Cette fonction est en ligne avec les exigences de fabrication verte et contribue à réduire l'impact négatif sur l'environnement . par rapport à la pollution de l'environnement et aux déchets de ressources causés par l'utilisation importante des milieux de refroidissement dans les méthodes traditionnelles de traitement thermique, le traitement thermique laser est sans aucun doute un choix plus respectueux de l'environnement et durable .}
4. Excellentes performances de surface:
Après le traitement thermique au laser, la dureté de la couche durcie peut être augmentée de 5 à 20%, la résistance à l'usure est augmentée de 3 à 5 fois, et la durée de vie est prolongée de plus de 3 fois . Cela signifie que les parties traitées peuvent résister à des charges plus élevées et des conditions de travail plus sévères dans des applications pratiques . et des conditions de travail plus sévères dans des applications pratiques .
Dans Mining Machinery, la résistance à l'usure des pièces minières après le traitement thermique au laser est considérablement améliorée, ce qui réduit considérablement les coûts d'entretien et de remplacement de l'équipement et améliore l'efficacité de la production . dans le champ aérospatial, la durée de vie des pièces clés après un traitement thermique laser offre une garantie plus fiable pour la sécurité de vol .
3. Exemples d'applications de l'industrie
1. Cylindre moteur Corps / doublure de cylindre
The laser quenching of the inner wall of the cylinder is carried out by helical scanning, and the thickness of the hardened layer reaches 0.2~0.4mm, and the surface hardness is increased from HRC20 to more than HRC60. The wear amount of 10,000 km is reduced from 0.054mm to 0.0087mm, and the Le kilométrage de révision est étendu de 60, 000 km à 200, 000 km.
Paramètres de processus:
-Laser Power: 1,5 kW ~ 2,5 kW (laser en fibre continu)
-Canning Speed: 10 mm / s ~ 30 mm / s
- Diamètre du point: 2 mm ~ 4 mm (tache rectangulaire pour optimiser la distribution d'énergie)
-Dection de la couche horrible: 0,2 mm ~ 0,4 mm (contrôlé en ajustant la puissance et la vitesse)
-Mode de refroidissement: auto-refroidissement (en s'appuyant sur la conduction thermique de la matrice)
Par exemple, le bloc moteur a été soumis à un traitement thermique au laser avec une puissance laser de 2 . 0 kW et une vitesse de balayage de 15 mm / s.
Après ce processus de traitement, la dureté de surface s'est considérablement améliorée, passant d'un HRC20 d'origine à un HRC substantiel 62. en même temps, la résistance à l'usure du bloc moteur a été considérablement améliorée, augmentant par six fois six fois par rapport à la dérision plus élevée et à l'usure de l'opération réelle, ce qui a une augmentation de la vie et une augmentation de son fonction Efficacité et stabilité .
2. Traitement de surface des moules automobiles
Paramètres de processus:
-Laser Power: 800 W ~ 1,5 kW (laser à impulsion pour la tranche de précision)
-Pulse Fréquence: 20 Hz ~ 50 Hz (entrée de chaleur de commande)
- Taux de connexion: 30% ~ 50% (pour assurer l'uniformité)
-Pépisseur de la couche horrible: 0,1 mm ~ 0,3 mm
La lame de la matrice d'estampage de la porte a été traitée avec un laser de 1 . 2 kW et un taux de chevauchement de 40%. Grâce à ce traitement, la dureté de la lame a atteint un niveau élevé de HRC58 à HRC 62.
For this reason, the service life of the mold has been significantly extended, increasing from an original capacity of only 100,000 cycles to 350,000 cycles. This notable improvement not only reduces the frequency of mold replacement and maintenance but also lowers production costs. It enhances both production efficiency and the stability of product Qualité . Dans les industries comme la fabrication automobile, où la précision et la durabilité des composants sont extrêmement critiques, l'application de cette technologie apporte sans aucun doute des avantages compétitifs et des avantages économiques importants aux entreprises .
3. Parties du système de transmission
Soudage au laser et extinction Composite Processus de coque d'essieu d'entraînement:
-Comètre de surfilage: 4 kW Power laser, vitesse de soudage 1,2 m / min, protection de l'argon
-Anventaire Paramètres: 1,8 kW puissance laser, vitesse de balayage 20 mm / s
-Effet: profondeur de soudure 12,5 mm, dureté de la zone de trempe HRC55, déformation globale<0.1 mm.
Dans le processus de manipulation du boîtier de l'essieu d'entraînement dans les composants du système de transmission, un processus composite de soudage au laser et de l'extinction a été adopté . pour les paramètres de soudage, une puissance laser de 4 kW a été utilisée, avec une vitesse de soudage définie à 1 .} Une qualité élevée du processus de soudage ., par exemple, en fonctionnement réel, une puissance laser stable et une vitesse de soudage appropriée entraînent des soudures uniformes et fortes, tandis que l'effet protecteur du gaz argon empêche efficacement l'oxydation de la soudure à des températures élevées, garantissant ainsi les performances et la qualité d'apparence des soudures.
4.
Paramètres de trempage laser de la surface de la dent de vitesse:
-Laser Power: 1,2 kW ~ 2,0 kW
-Canning Speed: 8 mm / s ~ 15 mm / s (basse vitesse à la racine de la dent, grande vitesse en haut du contrôle adaptatif de la dent)
- Forme de la poignée: tache allongée (4 mm x 0,5 mm, correspondance de courbure de surface dentaire)
-Dection de la couche horrible: 1,0 mm ~ 2,0 mm
Dans le processus de fabrication des machines lourdes, le matériel de composant clé (avec le module 12) a été traité par un processus laser spécifique . spécifiquement, une puissance de 1 . 8 kW a été utilisée et le traitement a été effectué à une vitesse de balayage de 10 mm / s.
Après ce traitement, la dureté de la surface des dents s'est considérablement améliorée, atteignant une gamme de HRC60 à HRC 63. Cette amélioration de la dureté conduit directement à des améliorations substantielles des performances, notamment une augmentation significative de la durée de vie de la fatigue . La durée de fatigue d'origine de l'équipement n'a été que 50,000 de 50, 000 cycles à 200, 000 cycles .
5. Fabrication d'outils de précision
Extinction laser du bord de l'outil de coupe durs:
Paramètres de processus:
-Laser Power: 300 W ~ 600 W (Laser à impulsion courte pour éviter la surchauffe)
-Coup-upte: 0,5 ms ~ 2 ms
-Réppetition Fréquence: 100 Hz ~ 200 Hz
-Dection de la couche horrible: 50 μm ~ 150 μm
Dans une partie spécifique de la fabrication industrielle, le bord d'un coupeur de fraisage a subi un traitement spécial avec un laser pulsé 500 W .
Avant cela, la dureté du bord de la coupe-frais était HRA 88. Après avoir subi ce processus de traitement avancé, la dureté de bord s'est considérablement améliorée en HRA 92. Cette amélioration de la dureté a provoqué des effets extrêmement perceptibles, la plus importante étant une augmentation substantielle de la réduction de la vie ., à l'origine, la durée de coupe de cette minerie a été relative, mais après la construction, la vie à couper 500 w laser pulsé, la durée de vie de coupe a été prolongée par trois fois . entier
Dans l'atelier de traitement mécanique, ce coupeur de fraisage traité peut résister à des forces de coupe plus élevées et à un fonctionnement continu plus long lors de l'usinage des pièces métalliques . Dans la fabrication de composants pour l'aérospatiale, où les exigences de précision et de matériaux sont extrêmement élevées, ce conducteur de viol de la durée de vie durci et prolonge Produits . Il réduit non seulement le temps et les coûts de main-d'œuvre associés aux remplacements fréquents de coupe-moulin, mais améliore également l'efficacité de la production et la stabilité de la qualité du produit, apportant des impacts positifs au développement des industries connexes .
4. Points d'optimisation des paramètres et de conception de processus
1. Contrôle de la densité d'énergie:
Dans le processus de traitement thermique au laser, un contrôle précis de la densité d'énergie est une étape critique . La formule pour calculer la densité d'énergie E est e =} p / (v * d), où P représente la puissance, V dénote clairement la vitesse de balayage, et D est le diamètre spot . paramètres .
Différents matériaux ont leurs propres seuils de transition de phase spécifiques . en prenant l'acier à titre d'exemple, son seuil de transition de phase varie généralement de 150 j / cm² à 300 j / cm² . Cela signifie que lorsque le traitement thermique laser doit être contrôlé précisé Transformation de phase, conduisant à de mauvais résultats de traitement; Si la densité d'énergie est trop élevée, elle pourrait provoquer une ablation excessive ou d'autres effets négatifs sur le matériau .
2. Réglage du taux de refroidissement:
La régulation raisonnable du taux de refroidissement est d'une importance clé pour assurer la qualité du traitement thermique au laser et éviter la génération de défauts . en ajustant habilement le chemin du mouvement de la tache de lumière, comme l'utilisation de la numérisation du cycle, le mode de distribution de chaleur et de transfert peut être modifié efficacement, afin de réaliser le contrôle du taux de refroidissement .
De plus, l'application de méthodes de refroidissement auxiliaires externes, telles que l'air comprimé, peut également jouer un rôle significatif . l'air comprimé peut rapidement éliminer la chaleur de la zone de traitement, accélérant le processus de refroidissement . cependant, l'ajustement du taux de refroidissement nécessite un contrôle précis; Il peut être trop rapide ou trop lent, les deux qui peuvent causer des problèmes . Si le taux de refroidissement est trop rapide, cela pourrait entraîner une contrainte thermique excessive dans le matériau, provoquant potentiellement des fissures; Si le taux de refroidissement est trop lent, il pourrait ne pas empêcher les transformations de phase défavorables .
3. Recommandation des paramètres intelligents:
Dans la vague de la numérisation et de l'intelligence à l'ère d'aujourd'hui, le domaine du traitement thermique au laser a également inauguré des changements intelligents . sur la base de modèles d'apprentissage automatique avancées, tels que le réseau neuronal BP, il peut fournir un soutien solide pour la prédiction des paramètres de processus .
Ces modèles d'apprentissage automatique, grâce à l'étude et à l'analyse des données expérimentales étendues et des cas de production du monde réel, peuvent établir des modèles de relations complexes entre les paramètres d'entrée (tels que la composition des matériaux, la dureté cible, etc. Valeur pour la production réelle .
V . Tendance de développement futur
1. Intelligence et automatisation:
Dans le développement de la technologie de fabrication avancée, l'intelligence et l'automatisation sont devenues des tendances clés ., le champ du traitement thermique au laser ne fait pas exception . grâce à la combinaison intelligente de la vision industrielle et de la technologie AI, des percées remarquables ont été réalisées .}
La technologie de la vision à la machine est comme une paire d'yeux passionnés, capables de capturer divers changements subtils dans le processus de traitement laser en temps réel et avec précision .} AI, en revanche, agit comme un cerveau intelligent, capable d'analyser rapidement et avec précision les informations obtenues par des ajustements adaptatif
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 réseau . Cela permet la détection et l'ajustement opportuns des zones à températures inégales, assurant ainsi la cohérence et la stabilité de la qualité du produit .
2. Technologie de traitement composite:
La technologie de traitement composite a montré une puissante force innovante dans le domaine du traitement thermique au laser . en combinant l'extinction laser avec le revêtement, le nettoyage et d'autres processus, il forme une ligne de production multifonctionnelle, qui améliore considérablement l'efficacité de traitement .
La trempe laser peut considérablement améliorer la dureté de surface et la résistance à l'usure des pièces, tandis que le revêtement peut ajouter une couche de matériau avec des propriétés spéciales à la surface des pièces, améliorant leur résistance à la corrosion et leur résistance à haute température . Le processus de nettoyage peut éliminer les impuretés et les polluants sur la surface des pièces, créant de bonnes conditions pour des procédures de traitement des sous-suites .}
Lorsque ces processus sont combinés, ils forment un mode de travail collaboratif efficace .. Par exemple, sur la ligne de production, une pièce peut d'abord être nettoyée pour éliminer les couches de saleté et d'oxydation, puis subir une trempe laser pour augmenter la dureté de surface, suivie par le revêtement pour les étayer avec des propriétés spéciales . Miscurement raccourci et la production intégrée de la production de la production intermédiaire et de la production intermédiaire continu réduit le temps et le transfert entre les étapes intermédiaires, la production d'intégration continue de l'écoulement des réductions en baisse et entre les étapes intermédiaires, la production d'intégration continue de l'écoulement des réductions sur le temps et entre les étapes intermédiaires, les étapes intermédiaires permanentes et la production intégrée réduisent l'écoule Cycle, améliore l'efficacité de la production et réduit les coûts de production .
3. Nouvelle adaptation matérielle:
Avec la montée rapide de la nouvelle industrie des véhicules énergétiques, la demande de matériaux légers augmente de jour en jour . Afin de répondre à cette demande, le champ de traitement thermique laser a activement effectué des travaux de recherche et de développement pour les matériaux composites en fibre de carbone courants dans les nouveaux véhicules énergétiques, tels que des matériaux spéciaux de traitement thermique Laser en fibre de carbone {{1}, et a développé un processus de traitement thermique Laser spécial {
L'alliage en aluminium a une bonne force et des caractéristiques légères, mais il y a encore place à l'amélioration de certains aspects de performance . grâce à un processus de traitement thermique laser spécialement conçu, sa structure cristalline peut être optimisée, sa force et sa ténacité peuvent être améliorées, afin qu'elle puisse mieux adapter à l'environnement de travail complexe de nouveaux véhicules énergétiques.
Les composites en fibre de carbone ont un excellent rapport résistance / poids, mais il y a des défis dans le lien et le traitement de surface . Les processus de traitement thermique au laser spécialisés peuvent améliorer leurs performances de surface et améliorer la résistance à la connexion avec d'autres composants, améliorant ainsi la fiabilité et la sécurité de toute la structure du véhicule ..
Ces processus spéciaux de traitement thermique au laser pour le développement de nouveaux matériaux fournissent un solide soutien technique pour le développement de nouveaux véhicules énergétiques et promouvoir l'industrie automobile dans une direction plus légère, haute performance et durable .
Vi . Conclusion
La technologie de traitement de chaleur au laser, avec sa haute efficacité, sa précision et sa convivialité environnementale, est devenue un processus de base dans les industries de la fabrication automobile et mécanique . de l'amélioration de la résistance à l'usure des blocs de moteur à l'extension de la durée de vie des engrenages, de nombreux exemples d'applications démontrent vivement l'impact de l'innovation technologique et de la composée, de la réduction de l'innovation, de la réduction de la chaleur, Le traitement sera sans aucun doute davantage entraîné la mise à niveau et la transformation de la fabrication de matériel avancé .
