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激光加工在汽車大修中的應用

更新日期:2007-09-17  作者:  來源:光學精密機械網(ChinaOptic.Com.Cn)收集整理

1 引言

激光表面改性技術是在70年代大功率激光器出現后,迅速發展起來的一項光、機、電一體化高新技術。這種工藝具有淬硬效果好,自動化程度高,操作簡單,能耗低,效率高,工件變形極小,基本無廢品等一系列優點。利用激光對零件表面進行處理,可改變零件表面的物理結構、化學成分和金相組織,從而改變零件表面的物理、化學和力學性質,如抗磨損、耐腐蝕和抗疲勞性,有效地解決了許多常規熱處理目前還難以解決或解決不好的零件表面性質問題。因此,在世界各國取得了迅速發展。如AVCOEVETT研究所對福特汽車的灰口鐵凸輪軸進行了表面硬化處理,最大變形量<0.13mm。同時,該所還對柴油機球墨鑄鐵曲軸的軸頸和拐頸進行了熱處理,硬度達55~62HRC,處理后的曲軸不需校直,從而使曲軸熱處理的成本下降了20%,取得了良好的效果。

我國激光表面硬化技術近幾年才進入使用階段,但在某些領域還是空白,本文闡述了作者與青島中發激光技術有限公司聯合研制的多功能激光機及其控制系統在汽車發動機缸體、缸套、曲軸的激光表面硬化中的應用。

2 激光表面硬化原理

激光表面硬化也稱為激光熱處理。其原理是,用激光束作熱源照射發動機待強化表面,使其表面被快速加熱至金屬相變溫度以上,當激光離開后,高溫表面的熱量迅速向金屬基體傳導而形成自淬,使處理后的表面層形成具有硬度很高的隱晶馬氏體,從而提高零件的表面硬度、耐磨性及其使用壽命。 字串9

3 激光設備及工藝

3.1 激光設備
激光表面硬化設備包括三大部分:1.5kW CO2激光發生器、多功能激光加工機和計算機控制系統。

3.2 汽車發動機大修的常規方法及缺陷

發動機大修時,主要經過鏜缸、磨軸處理,氣缸壁經多次磨削后,表面硬度降低;曲軸軸頸由于磨損失圓,一般需要重新磨軸,換軸瓦。曲軸軸頸在多次磨削后表面硬度降低,不能滿足使用要求。因此,常規方法處理后的發動機大修周期變短。

3.3 汽車發動機大修的激光處理工藝

汽車發動機大修的激光處理工藝是常規大修工藝加上激光處理。激光熱處理一般安排在半精加工后進行。由于常溫下金屬對波長10.6μm的CO2激光反射率高達80%以上,經過磨床加工的光潔表面其反射率更高,激光的反射將造成大量能量損失,因此,激光熱處理前需采用預敷吸光涂層的方法,以提高零件表面對激光的吸收率。涂層能吸收電磁波中遠紅外部分,各種金屬或非金屬氧化物、石墨、碳墨、磷酸鹽等都是較好的涂層材料。

曲軸熱處理時,將其安裝在機床工作臺上用兩卡盤夾緊,將激光光斑直徑調到2~3mm,功率密度均勻,從而保證一定寬度的硬化條帶上的硬度均勻一致。

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