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激光表面淬火在汽车大型覆盖件模具上的应用 2021-03-15

激光表面淬火vs汽车模具

随着我国汽车生产能力的不断提高,我国汽车模具制造技术、激光器制造技术及激光应用技术也会得到整体提升。与此同时,激光表面淬火技术较传统技术因其拥有诸多的优势,也随之得到了快速的发展。

激光表面淬火工艺,可解决保险杠拉延模粘结积瘤缺陷,与常规火焰淬火相比,激光处理能进一步提高模具表面硬度,增强表面抗粘结能力。

汽车覆盖磨具表面的热处理是汽车模具制造中的关键工序和重要技术,直接关系到模具的工作质量和使用寿命,而传统方式淬火,很容易出现模具表面变形量大、表面质量差、工艺质量不稳定等问题。

激光淬火技术因其拥有对于提高提高大型模具使用寿命和减少精密模具的热处理变形,有着极大的优势,应用技术处理模具表面,既可以是对己加工成坯的制造模具进行表面改性,也可以是对成形模具进行表面修复。

尽管技术在汽车覆盖件模具上应用广泛,但依然存在难点及应用。


汽车覆盖件模具上的应用

包括应用特点、参数分析、难点

是一种利用高能量激光束扫描工件使被扫描的区域表面硬化的技术。这种技术在汽车大型覆盖件模具表面处理上有着非常重要的作用!

 

激光淬火的特点

1快速加热、自激冷却,绿色环保,可较为容易对大型模具表面进行均匀淬火。

2由于激光加热速度快,热影响区小,又是表面扫描加热淬火,因此被处理的模具变形很小。

3激光束发散角很小,具有很好的指向性,能够通过导光系统对模具表面进行精确的局部淬火。

4的硬化层深度一般为0.3~0.7mm,使其应用受到一定的限制。

可选用的激光器:co2、光纤激光器和nd:yag(掺钕钇铝石榴石激光器),光纤连接的高效二极管激光器等。


工艺参数的选择

影响激光淬火质量的工艺参数是多方面的,主要有激光功率、扫描速度、光斑尺寸、光束能量分布状态、吸光涂层种类与厚度等。衡量激光淬火质量的主要指标包括硬化层深度、宽度、硬度及硬化层表面粗糙度。

其之间主要关系有以下几点:

1)激光在单位时间上作用于模具的功率密度(即比功率e),将决定激光淬火的效果。激光淬火所需的比功率e为10²~104w/c㎡·s。比功率e由激光功率p、扫描速度v、光斑尺寸d决定,即e=p·v-1·d-1。在10²~104w/c㎡·s的范围内,功率密度的增加、扫描速度减小、将使模具的硬化层深度、硬度及硬化层表面粗糙度增加。如果功率过大,扫描速度太慢,即比功率太大,超出上述范围,会造成工件表面熔化、烧损;反之,硬度和硬化层深度会达不到技术要求。

2)激光淬火硬化层宽度由光斑尺寸决定。大面积淬火必须进行多道扫描。通常来说,宽带扫描比窄带扫描效率高。

3)光束能量分布主要影响硬化层深度、宽度及组织的均匀性。它由光束模式及导光系统决定。通常,应根据设备的实际情况调整到最佳状态,以保证硬化层的均匀性。

4)吸光涂层种类及厚度会影响工件对激光能量的有效吸收。目前应用较为成熟的吸光涂层有磷酸盐涂层、含胶体石墨涂层、氧化物涂层等。在覆盖工件表面的前提下,涂层厚度越薄越均匀,则效果越好。 

工艺参数确定方法重点是根据设备、软件的现实状况,分析其优势和局限性,结合模具工件的特质,对不同的模具、材质、淬火区域制订合理的淬火工艺。合理的淬火工艺包括由激光器决定的积分镜形式的选择(决定光斑类型从而影响淬火层的宽度和淬火的效率)、功率和扫描速度的配合(影响淬火的硬度、深度、均匀性和表面质量)、吸光涂层的种类和厚度(影响工件对激光能量的有效吸收)等。


应用案例

久恒光电推出的模具激光淬火设备,采用大功率光纤激光器或半导体激光器,激光器使用寿命长达30000小时以上;特殊定制的匀化光学系统,可以大大提高淬火区域的硬度均匀性;采用高精度工业机器人配合大幅面的加工平台,实现精准的轨迹控制;连续轨迹示教功能,可以实现对各种形状模具的激光淬火;可附加地轨外部轴实现大幅面激光淬火;可附加变位机外部轴实现对复杂工件的激光淬火。

汽车覆盖件模具激光淬火案例

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