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激光技術在農用汽車中的應用

發布時間:2017/9/5     信息來源:http://www.mediaworksasia.com   作者:激光切割機    0

激光是一種強度高、方向性好、單色性好的相幹光。由於激光的發散角小和單色性好,理論上可以聚焦到尺寸與光的波長相近的(微米甚至皿微米)小斑點上,加上它本身強度高.故可以使焦點處的功率密度達到105~1013W/cm2.溫度可達1萬°C以上。在這樣的高溫下。任何材料都將瞬時急劇熔化和汽化,並爆炸性地高速噴射出來,同時產生方向性很強的衝擊。因此,激光加工是工件在光熱效應下產生高溫熔融和受衝擊波拋出的綜合過程。

1.激光加工的特點

激光加工的特點主要有以下幾個方麵:一是幾乎對所有的金屬和非金屬材料都可以進行激光加工;二是激光能聚焦成極小的光斑.可進行微細和精密加工.如微細宅縫和微孔的加工:三是可用反射鏡將激光束送往遠離激光器的隔離室或其他地點進行加工;四是加工時不需要刀具,屬於非接觸加工。無機械加工變形:五是無需加工工具和特殊環境,便於自動控製連續加工.加工效率高,加工變形和熱變形小。

2.激光加工技術在農用汽車工業中的應用

1)激光切割

激光切割大多采用大功率的CO2激光器,對於精細的切割也可采用YAG激光器。激光可以切割金屬,也可以切割非金屬。在激光切割過程中。由於激光對被切割材料不產生機械衝擊和壓力,再加上激光切割切縫小,便於自動控製,故在實際中常用來加工玻璃、陶瓷及各種精密細小的零部件。激光切割以其切割範圍廣、切割速度高、切縫窄、切割質量好、熱影響區小、加工柔性性大等優點,在現代工業中得到廣泛應用。在農用汽車下業中.車身覆蓋件三維輪廓采用激光切割可以提高切割效率8~20倍,節省材料15%~30%,從而大幅度降低生產成本。且加工精度高,產品質量可靠。

2)激光焊接

當激光的功率密度為105~107W/cm2,照射時間約為1/100s左右時,可進行激光焊接。激光焊接一般無需焊料和焊劑,隻需工件加工區域“熱熔”在一起即可。激光焊接速度快,熱影響區小,焊接質量高,即可焊接同種材料.也可焊接異種材料,還可透過玻璃進行焊接。

農業汽車工業中,激光技術主要用於車身拚焊、焊接和零件焊接。激光拚焊是在車身設計製造中,根據車身不同的設計和性能要求,選擇不同規格的鋼板.通過激光裁剪和拚裝技術完成車身某~部位的製造.例如前擋風玻璃框架、車門內板、車身底板、中立柱等。激光拚焊具有減少零件和模具數量、減少點焊數目、優化材料用量、降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好處.目前已被許多大的農業汽車製造商和配件供應商所采用。激光焊接主要用於車身框架結構的焊接.例如頂蓋與側蓋車身的焊接,而傳統焊劑方法的電阻點焊已逐漸被激光焊接所代替。采用激光焊接技術。工件連接之間的接合麵寬度可以減少,既可降低板材使用量。又可提高車體剛度,零件焊接部位幾乎沒有變形。焊接速度快.而且不需要焊後熱處理。目前,激光焊接零部件常見於變速器齒輪、氣門挺杆、車門鉸鏈等。

3)激光淬火

當激光功率密度約為103-105W/cm2時。便可實現對鑄鐵、中碳鐵甚至低碳鋼等材料進行激光表麵淬火。淬火層深度一般為0.7~1.1mm,淬火層硬度比常規淬火約高20%。激光淬火變形小。能解決低碳鋼的表麵淬火強化問題。在激光淬火過程中,很大的過熱度和過冷度會使淬硬層的晶粒極細、位錯密度極高且在表層形成壓應力.進而大大提高工件的耐磨性、抗疲勞、耐腐蝕、抗氧化等性能。延長工件的使用壽命。

激光淬火技術在農用汽車中的應用主要包括農用汽車發動機氣缸套內壁、曲軸、凸輪軸、排氣閥、閥座等。意大利菲亞特公司采用HPL一10型激光器處理發動機汽缸套內壁,降低了油耗,節省了成本;德國奧格斯堡一紐倫堡機械製造有限公司1984年就建立激光淬火生產線,對大型發動機缸套進行激光淬火,淬火帶的布局有交叉網紋式、螺旋線式和正弦波式,大大提高缸套耐磨性:長春一汽對CAl41汽車發動機汽缸套進行激光淬火處理,大修裏程提高到20x100000km:青島中發激光技術有限公司采用激光網絡工藝加工發動機缸孔、曲軸等零件表麵,壽命提高3-5倍。

4)激光熔覆

激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷,是材料表麵改性技術的一種重要方法。它是利用高能激光束(104~106W/cm2)在金屬表麵輻照,通過迅速熔化、擴展和迅速凝固(冷卻速度通常為102~106oC/s),在基材表麵熔覆一層具有特殊物理、化學或力學性能的材料,從而構成一種新的複合材料,以彌補機體缺少的高性能。這種複合材料能充分發揮兩種材料的優勢。

彌補相互間的不足。激光熔覆技術在農用汽車工業中應用廣泛,如缸套、曲軸、活塞環、換向器、齒輪等零部件的表麵熔覆。發動機排氣門的密封錐形麵熔覆stellite合金後。耐磨性能比基本材料提高5倍。

5)激光合金化

激光合金化(1aserSurfaceAlloying,LSA)是金屬材料表麵局部改性處理的一種新方法。是在高能量激光束的照射下.使基體材料表麵的一薄層與根據需要加入的合金素同時快速熔化、混合,形成厚度為10~l000μm的表麵融化層,使材料表麵在很短時間內形成具有要求深度和化學成分的表麵合金化層。這種合金化層由於具有高於基材的某些性能.所以能達到表麵改性處理的目的。在農用汽車工業方麵,激光表麵合金化工藝可以明顯改善工件表麵的耐磨、耐蝕、耐高溫等性能。延長在各種惡劣工作條件下工作的農用汽車零部件如軸承、軸承保持架、汽缸、襯套等的使用壽命。

6)激光無模成形

激光無模成形是利用激光束掃描金屬薄板時.在作用區域內產生強烈溫度梯度而誘發熱應力,使板料實現塑性彎曲變形。德國將激光成形用於農用汽車製造業.進行了農用汽車覆蓋件的柔性校正和其他異型件的成形,並對彎曲成形過程進行計算機閉環控製,彎曲角精度可達到±0.20。

7)激光打標

激光打標是指利用高能量激光束照射工件表麵。光能瞬時變成熱能.使工件表麵迅速產生蒸發。從而在工件表麵刻出所需要的文字和圖形。以作為永久的防偽標誌。

3.結語

我國農用汽車工業技術與國外相比還存在較大差距。大力開展激光加工基礎理論與關鍵技術的研究.對於提升我國農用汽車工業製造水平和國際競爭力,發展民族工業具有重要的意義。

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