I . Tổng quan về quy trình xử lý nhiệt bằng laser
Xử lý nhiệt bằng laser là một công nghệ sửa đổi bề mặt tiên tiến sử dụng chùm tia laser mật độ năng lượng cao để nhanh chóng làm nóng và làm mát bề mặt của vật liệu .
Nguyên tắc cốt lõi là làm nóng bề mặt của vật liệu phía trên nhiệt độ chuyển pha Austenite trong một thời gian rất ngắn bằng chùm tia laser (mật độ năng lượng lên đến 10, 000 đến 1 triệu watt trên mỗi cm vuông), và sau đó dựa trên sự phân hủy nhiệt độ
Công nghệ này có các đặc điểm của độ chính xác cao, biến dạng thấp, bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng, và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất ô tô, xử lý cơ học và các trường khác .}
Thứ hai, những lợi thế của điều trị nhiệt bằng laser
1. Tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm năng lượng cao:
Tốc độ gia nhiệt bằng laser cực kỳ ấn tượng, lên tới 100, 000} đến 1 triệu độ Celsius mỗi giây và tốc độ làm mát cũng ấn tượng như nhau, lên tới 100, 000 độ
Đồng thời, về mức tiêu thụ năng lượng, xử lý nhiệt bằng laser chỉ là 1/3 đến 1/5 điều trị nhiệt truyền thống ., trong quá trình sản xuất thực tế của một doanh nghiệp sản xuất lớn, sau khi áp dụng công nghệ xử lý nhiệt laser, mức tăng đáng kể
2. Độ chính xác và tính linh hoạt cao:
Đường kính điểm tia laser có khả năng điều chỉnh tuyệt vời và có thể được điều chỉnh chính xác theo cấp độ micron . Tính năng này làm cho nó cực kỳ phù hợp để tăng cường cục bộ hình học phức tạp .}}}}}}}}}}}}}}}
Ví dụ, các rãnh khuôn, bề mặt răng bánh răng, v.v.
Trong sản xuất khuôn, đối với các khuôn có hình dạng phức tạp và các yêu cầu chính xác cao, xử lý nhiệt bằng laser có thể tăng cường các bộ phận dễ bị hao mòn cục bộ mà không ảnh hưởng đến cấu trúc tổng thể và kéo dài tuổi thọ của khuôn .}
3. Bảo vệ môi trường và không có ô nhiễm:
Xử lý nhiệt bằng laser không cần nước, dầu và các phương tiện làm mát khác trong quá trình làm việc, để giảm hiệu quả việc xả chất lỏng chất thải .
Tính năng này phù hợp với các yêu cầu của sản xuất xanh và giúp giảm tác động bất lợi đến môi trường . so với ô nhiễm môi trường và chất thải tài nguyên gây ra bởi việc sử dụng lớn các phương tiện làm mát trong phương pháp xử lý nhiệt truyền thống, điều trị nhiệt bằng laser chắc chắn là một lựa chọn thân thiện với môi trường và bền vững hơn.
4. Hiệu suất bề mặt xuất sắc:
Sau khi xử lý nhiệt bằng laser, độ cứng của lớp cứng có thể được tăng thêm 5 đến 20%, khả năng chống mài mòn được tăng từ 3 đến 5 lần và tuổi thọ dịch vụ được kéo dài hơn 3 lần . Điều này có nghĩa là các bộ phận được xử lý có thể chịu được tải trọng cao hơn và điều kiện làm việc khắc nghiệt hơn trong các ứng dụng thực tế {}}}}
Trong máy móc khai thác, khả năng chống hao mòn của các bộ phận khai thác sau khi xử lý nhiệt bằng laser được tăng cường đáng kể, giúp giảm đáng kể chi phí bảo trì và thay thế thiết bị và cải thiện hiệu quả sản xuất . trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, tuổi thọ của các bộ phận chính sau khi xử lý nhiệt laser cung cấp bảo đảm đáng tin cậy hơn cho an toàn chuyến bay.
3. Ví dụ về ứng dụng công nghiệp
1. Cơ thể xi lanh/xi lanh động cơ
Việc dập tắt laser của thành bên trong của xi lanh được thực hiện bằng cách quét xoắn ốc và độ dày của lớp cứng đạt 0 . 2 ~ 0.4mm, và độ cứng bề mặt được tăng từ HRC20 đến nhiều hơn HRC 60. Số dặm đại tu được mở rộng từ 60, 000 km đến 200, 000 km.
Quy trình tham số:
-Laser Power: 1,5 kW ~ 2,5 kW (laser sợi liên tục)
Tốc độ -Scanning: 10 mm/s ~ 30 mm/s
Đường kính -Spot: 2 mm ~ 4 mm (điểm hình chữ nhật để tối ưu hóa phân phối năng lượng)
-Hardening Lớp độ sâu: 0,2 mm ~ 0,4 mm (được điều khiển bằng cách điều chỉnh công suất và tốc độ)
Chế độ tạo ra: Tự làm mát (dựa vào sự dẫn nhiệt của ma trận)
Ví dụ, khối động cơ đã được xử lý nhiệt bằng laser với công suất laser là 2 . 0 kW và tốc độ quét là 15 mm/s.
Sau quá trình xử lý này, độ cứng bề mặt đã được cải thiện đáng kể, tăng từ HRC20 ban đầu sang HRC đáng kể 62. cùng một lúc, điện trở hao mòn của khối động cơ đã được tăng cường đáng kể, tăng hiệu quả của nó Hiệu quả và tính ổn định .
2. Xử lý bề mặt của khuôn ô tô
Quy trình tham số:
-Laser Sức mạnh: 800 W ~ 1,5 kW (Laser xung cho cạnh cắt chính xác)
-Pulse Tần số: 20 Hz ~ 50 Hz (đầu vào nhiệt điều khiển)
Tỷ lệ kết nối: 30% ~ 50% (để đảm bảo tính đồng nhất)
-Hardening Lớp dày: 0,1 mm ~ 0,3 mm
Lưỡi dao dập cửa được xử lý bằng laser là 1 . 2 kW và tỷ lệ chồng chéo 40%. Thông qua phương pháp điều trị này, độ cứng của lưỡi kiếm đạt đến mức HRC58 cao đến HRC 62.}
Vì lý do này, tuổi thọ dịch vụ của khuôn đã được mở rộng đáng kể, tăng từ công suất ban đầu chỉ 100, 000 chu kỳ lên 350, 000 chu kỳ . Chất lượng . Trong các ngành công nghiệp như sản xuất ô tô, trong đó độ chính xác và độ bền của các thành phần là vô cùng quan trọng, việc áp dụng công nghệ này chắc chắn mang lại lợi thế cạnh tranh và lợi ích kinh tế đáng kể cho các công ty .}
3. Các bộ phận hệ thống truyền tải
Hàn laser và dập tắt quy trình tổng hợp của vỏ trục ổ đĩa:
-Welding Thông số: Công suất laser 4 kW, tốc độ hàn 1,2 m/phút, bảo vệ argon
-Anereal tham số: 1,8 kW công suất laser, tốc độ quét 20 mm/s
-Feffect: Độ sâu hàn 12,5 mm, độ cứng vùng dập tắt HRC55, biến dạng tổng thể<0.1 mm.
Trong quá trình xử lý vỏ trục ổ đĩa trong các thành phần hệ thống truyền, một quá trình tổng hợp của hàn và làm nguội bằng laser đã được áp dụng . cho các tham số hàn, công suất laser 4 kW đã được sử dụng Trong quá trình hàn . Ví dụ, trong hoạt động thực tế, công suất laser ổn định và tốc độ hàn thích hợp dẫn đến các mối hàn đồng đều và mạnh mẽ, trong khi tác dụng bảo vệ của khí argon ngăn chặn quá trình oxy hóa của mối hàn ở nhiệt độ cao, do đó đảm bảo hiệu suất và sự xuất hiện của các mối hàn.
4. Thiết bị gia cố trục và trục
Các thông số dập tắt laser của bề mặt răng bánh răng:
-Laser Power: 1,2 kW ~ 2,0 kW
Tốc độ -Scanning: 8 mm/s ~ 15 mm/s (tốc độ thấp ở gốc của răng, tốc độ cao ở đầu điều khiển thích ứng răng)
Hình dạng -Spot: Điểm thon dài (4 mm x 0,5 mm, phù hợp với độ cong bề mặt răng)
-Hardening Lớp độ sâu: 1,0 mm ~ 2,0 mm
Trong quá trình sản xuất máy móc hạng nặng, bánh răng thành phần chính (với mô -đun 12) đã được xử lý bởi một quy trình laser cụ thể . cụ thể, công suất 1 . 8 kW đã được sử dụng và việc xử lý được thực hiện ở tốc độ quét 10 mm/s.
Sau khi điều trị này, độ cứng của bề mặt răng đã được cải thiện đáng kể, đạt đến một phạm vi HRC60 đến HRC 63. sự tăng cường độ cứng này trực tiếp dẫn đến cải thiện hiệu suất đáng kể Từ 50, 000 CiCles đến 200, 000 CiCles .
5. Công cụ chính xác sản xuất
Laser dập tắt công cụ cắt cứng cạnh:
Quy trình tham số:
-Laser Power: 300 W ~ 600 W (laser xung ngắn để tránh quá nóng)
-Pulse chiều rộng: 0,5 ms ~ 2 ms
-Repetition Tần số: 100 Hz ~ 200 Hz
-Hardening Lớp độ sâu: 50 μm ~ 150 μm
Trong một phần cụ thể của sản xuất công nghiệp, cạnh của máy cắt phay đã trải qua điều trị đặc biệt với laser xung 500 W .
Trước đó, độ cứng của cạnh của máy cắt phay là HRA 88. sau khi trải qua quá trình điều trị nâng cao này, độ cứng cạnh đã được cải thiện đáng kể đối với HRA 92. Với laser xung 500 W, tuổi thọ cắt đã được mở rộng thêm ba lần .
Trong hội thảo xử lý cơ học, máy cắt phay được xử lý này có thể chịu được lực cắt cao hơn và hoạt động liên tục lâu hơn khi gia công các bộ phận kim loại . trong sản xuất các bộ phận cho hàng không vũ trụ, trong đó các yêu cầu về độ chính xác. Các sản phẩm . Nó không chỉ giảm thời gian và chi phí lao động liên quan đến thay thế máy cắt nhà máy thường xuyên mà còn tăng cường hiệu quả sản xuất và sự ổn định của chất lượng sản phẩm, mang lại tác động tích cực đến sự phát triển của các ngành công nghiệp liên quan .}
4. Tối ưu hóa tham số và các điểm thiết kế quy trình
1. Điều khiển mật độ năng lượng:
Trong quá trình xử lý nhiệt bằng laser, kiểm soát chính xác mật độ năng lượng là một bước quan trọng . công thức tính toán mật độ năng lượng e là e=p / (v * d)
Các vật liệu khác nhau có ngưỡng chuyển pha cụ thể của chúng . lấy thép làm ví dụ, ngưỡng chuyển pha của nó thường dao động từ 150 J/cm² đến 300 J/cm². Chuyển đổi giai đoạn, dẫn đến kết quả điều trị kém; Nếu mật độ năng lượng quá cao, nó có thể gây ra quá trình cắt bỏ quá mức hoặc các tác dụng phụ khác đối với vật liệu .
2. Điều chỉnh tốc độ làm mát:
Quy định hợp lý về tốc độ làm mát có ý nghĩa quan trọng để đảm bảo chất lượng xử lý nhiệt bằng laser và tránh tạo ra các khiếm khuyết . bằng cách điều chỉnh khéo léo đường đi của chuyển động điểm ánh sáng, chẳng hạn như sử dụng quét vòng, chế độ phân phối nhiệt và truyền có thể được thay đổi một cách hiệu quả, để nhận ra tốc độ làm mát {{1
Ngoài ra, việc áp dụng các phương pháp làm mát phụ trợ bên ngoài, chẳng hạn như khí nén, cũng có thể đóng một vai trò quan trọng . không khí nén có thể nhanh chóng loại bỏ nhiệt khỏi khu vực xử lý, tăng tốc quá trình làm mát . Tuy nhiên, điều chỉnh tốc độ làm mát cần điều khiển chính xác; Nó có thể quá nhanh hoặc quá chậm, cả hai có thể gây ra vấn đề . Nếu tốc độ làm mát quá nhanh, nó có thể dẫn đến ứng suất nhiệt quá mức trong vật liệu, có khả năng gây ra vết nứt; Nếu tốc độ làm mát quá chậm, nó có thể không ngừng kịp thời các phép biến đổi pha bất lợi .
3. Khuyến nghị tham số thông minh:
Trong làn sóng số hóa và trí thông minh trong thời đại ngày nay, lĩnh vực xử lý nhiệt bằng laser cũng đã mở ra những thay đổi thông minh . dựa trên các mô hình học máy nâng cao, chẳng hạn như mạng lưới thần kinh BP, nó có thể hỗ trợ mạnh mẽ cho dự đoán các tham số quy trình .}}}}}
Các mô hình học máy này, thông qua nghiên cứu và phân tích dữ liệu thử nghiệm rộng rãi và các trường hợp sản xuất trong thế giới thực, có thể thiết lập các mô hình mối quan hệ phức tạp giữa các tham số đầu vào (như thành phần vật liệu, độ cứng mục tiêu, v.v. 5%, cung cấp giá trị tham chiếu cực cao cho sản xuất thực tế .
V . Xu hướng phát triển trong tương lai
1. Thông minh và tự động hóa:
Trong sự phát triển của công nghệ sản xuất tiên tiến, trí thông minh và tự động hóa đã trở thành xu hướng chính . Trường xử lý nhiệt laser cũng không ngoại lệ . thông qua sự kết hợp thông minh giữa tầm nhìn máy và công nghệ AI, những đột phá đáng chú ý đã đạt được .}
Công nghệ tầm nhìn của máy giống như một đôi mắt sắc sảo, có khả năng nắm bắt các thay đổi tinh tế khác nhau trong quá trình xử lý laser trong thời gian thực và với độ chính xác . AI, mặt khác, hoạt động như một bộ não thông minh, có thể phân tích nhanh chóng và xử lý thông tin thu được
Ví dụ, trong quá trình làm nguội, hệ thống có thể theo dõi độ sâu của lớp được làm nguội theo thời gian thực . Hàm này giống như cài đặt một công cụ đo chính xác cho quá trình Mạng . Điều này cho phép phát hiện và điều chỉnh kịp thời các khu vực có nhiệt độ không đồng đều, do đó đảm bảo tính nhất quán và tính ổn định của chất lượng sản phẩm .
2. Công nghệ xử lý tổng hợp:
Công nghệ xử lý tổng hợp đã cho thấy một lực lượng sáng tạo mạnh mẽ trong lĩnh vực xử lý nhiệt bằng laser . bằng cách kết hợp dập tắt laser với lớp phủ, làm sạch và các quy trình khác, nó tạo thành một dây chuyền sản xuất đa chức năng, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả xử lý .}}}}}}}}}}}}}}}}}}
Việc dập tắt laser có thể cải thiện đáng kể độ cứng bề mặt và khả năng chịu hao mòn của các bộ phận, trong khi ốp có thể thêm một lớp vật liệu có tính chất đặc biệt lên bề mặt của các bộ phận, tăng cường khả năng chống ăn mòn của chúng và khả năng chống nhiệt độ cao .
Khi các quá trình này được kết hợp, chúng tạo thành một chế độ làm việc hợp tác hiệu quả .} Ví dụ, trên dây chuyền sản xuất, trước tiên một phần có thể được làm sạch để loại bỏ bề mặt và các lớp oxy hóa Chu kỳ, tăng cường hiệu quả sản xuất và giảm chi phí sản xuất .
3. Thích ứng vật liệu mới:
Với sự gia tăng nhanh chóng của ngành công nghiệp phương tiện năng lượng mới, nhu cầu về vật liệu nhẹ đang tăng lên từng ngày . Để đáp ứng nhu cầu này, trường xử lý nhiệt bằng laser đã tích cực thực hiện nghiên cứu và phát triển công việc cho các vật liệu phát triển.
Hợp kim nhôm có sức mạnh tốt và đặc điểm nhẹ, nhưng vẫn còn chỗ để cải thiện một số khía cạnh hiệu suất . thông qua quá trình xử lý nhiệt bằng laser được thiết kế đặc biệt, cấu trúc tinh thể của nó có thể được tối ưu hóa, độ bền và độ bền của nó có thể được cải thiện, do đó nó có thể thích nghi tốt hơn với môi trường làm việc phức tạp của các phương tiện năng lượng mới {{1
Vật liệu tổng hợp bằng sợi carbon có tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng tuyệt vời, nhưng có những thách thức trong việc kết nối và xử lý bề mặt . Các quy trình xử lý nhiệt laser chuyên dụng có thể cải thiện hiệu suất bề mặt của chúng và tăng cường cường độ kết nối với các thành phần khác, do đó cải thiện độ tin cậy và an toàn của toàn bộ cấu trúc xe.}}}}}}
Các quy trình xử lý nhiệt laser đặc biệt này để phát triển vật liệu mới cung cấp hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ cho việc phát triển các phương tiện năng lượng mới và thúc đẩy ngành công nghiệp ô tô lên một hướng nhẹ, hiệu suất cao và bền vững hơn.}
VI . Kết luận
Công nghệ xử lý nhiệt bằng laser, với hiệu quả cao, độ chính xác và thân thiện với môi trường, đã trở thành một quá trình cốt lõi trong các ngành công nghiệp sản xuất ô tô và cơ học . khỏi việc tăng cường khả năng chống mài mòn của các khối động cơ để mở rộng độ tuổi thọ của việc tạo ra Điều trị chắc chắn sẽ thúc đẩy việc nâng cấp và chuyển đổi sản xuất thiết bị tiên tiến .}
