Laserhärteroboter
Qualität
Laserabschrecken hat eine hohe Leistungsdichte, kühlt schnell ab und benötigt weder Wasser noch Öl oder andere Kühlmittel. Es ist ein sauberer und schneller Abschreckprozess. Im Vergleich zu Induktionshärten, Flammhärten, Aufkohlen und Abschrecken weist die gehärtete Schicht beim Laserabschrecken eine hohe Härte (im Allgemeinen höher als beim Induktionshärten 1–3 HRC) und geringe Verformung auf. Heiztiefe und Heizbahn sind leicht zu steuern und leicht zu automatisieren. Es sind keine Induktionsspulen wie beim Induktionshärten erforderlich, die je nach Größe des Bauteils unterschiedlich ausgelegt sind. Die Bearbeitung großer Teile erfordert keine Größenbeschränkungen für Öfen zum Aufkohlen und für andere chemische Wärmebehandlungen. Daher werden Induktionsabschrecken und chemische Wärmebehandlungen in vielen Industriebereichen allmählich durch andere traditionelle Verfahren ersetzt. Besonders wichtig ist, dass die Verformung des Werkstücks vor und nach dem Laserabschrecken nahezu vernachlässigt werden kann. Deshalb eignet sich dieses Verfahren besonders gut für die Oberflächenbehandlung hochpräziser Teile.
Die Tiefe der lasergehärteten Schicht liegt in der Regel zwischen 0,3 mm und 2,0 mm, abhängig von der Zusammensetzung, Größe und Form des Bauteils sowie den Parametern des Laserprozesses. Beim Abschrecken der Zahnoberfläche großer Zahnräder und der Zapfen großer Wellenteile bleibt die Oberflächenrauheit im Wesentlichen unverändert und kann ohne anschließende mechanische Bearbeitung den Anforderungen der tatsächlichen Arbeitsbedingungen gerecht werden.
Beim Laserschmelzen wird die Oberfläche eines Substrats mithilfe eines Laserstrahls über die Schmelztemperatur erhitzt. Durch die interne Wärmeleitungskühlung des Substrats kühlt die Oberfläche der Schmelzschicht schnell ab und erstarrt. Die erhaltene, durch das Schmelzen abgeschreckte Mikrostruktur ist sehr dicht und weist in Tiefenrichtung die folgende Struktur auf: Schmelzschicht, Phasenwechselhärtungsschicht, Wärmeeinflusszone und Substrat. Die Laserschmelzschicht weist eine größere Härtungstiefe, höhere Härte und eine bessere Verschleißfestigkeit auf als die Laserabschreckschicht. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Rauheit der Werkstückoberfläche bis zu einem gewissen Grad beschädigt wird und in der Regel durch anschließende Bearbeitung wiederhergestellt werden muss. Um die Rauheit der Werkstückoberfläche nach dem Laserschmelzen zu reduzieren und den Nachbearbeitungsaufwand zu verringern, hat die Huazhong University of Science and Technology eine spezielle Laserschmelzabschreckbeschichtung entwickelt, die die Oberflächenrauheit der Schmelzschicht deutlich reduzieren kann. Die Oberflächenrauheit von Walzen, Führungen und anderen Werkstücken aus verschiedenen Materialien in der metallurgischen Industrie, die durch Laserschmelzen behandelt wurden, nähert sich dem Niveau des Laserabschreckens an.
Verwendete Materialien
Laserhärten wird erfolgreich zur Oberflächenhärtung von Verschleißteilen in der Metallurgie, im Maschinenbau und in der Petrochemie eingesetzt, insbesondere zur Verbesserung der Lebensdauer von Verschleißteilen wie Walzen, Führungen, Zahnrädern und Schneidkanten. Die Wirkung ist bemerkenswert und bietet große wirtschaftliche und soziale Vorteile. In den letzten Jahren wird es zunehmend zur Oberflächenhärtung von Matrizen, Zahnrädern und anderen Teilen eingesetzt.
Die praktische Anwendung
Mithilfe der Laserabschrecktechnologie können Oberflächen verschiedener Führungsschienen, großer Zahnräder, Zapfen, Zylinderwände, Formen, Stoßdämpfer, Reibräder, Rollen und Rollenteile verstärkt werden. Geeignetes Material für mittel- und kohlenstoffreichen Stahl sowie Gusseisen.
Anwendungsbeispiel für Laserabschrecken: Das bewegliche Zeichnungsbuch eines durch Laserabschrecken verstärkten Motorzylinders aus Gusseisen erhöht seine Härte von HB230 auf HB680 und seine Lebensdauer erhöht sich um das 2- bis 3-fache.
Zahnräder sind ein weit verbreitetes Bauteil im Maschinenbau. Um die Tragfähigkeit von Zahnrädern zu verbessern, ist es notwendig, deren Oberfläche zu härten. Bei herkömmlichen Zahnradhärtungsbehandlungen gibt es zwei Hauptprobleme: die chemische Oberflächenbehandlung durch Aufkohlen und Nitrieren, das induktive Oberflächenhärten oder das Flammenhärten. Die Wärmebehandlung führt zu starken Verformungen und erschwert die gleichmäßige Verteilung der gehärteten Schicht entlang des Zahnprofils. Dies beeinträchtigt die Lebensdauer des Zahnrads.
Eigenschaften
1. Die Abschreckteile verformen sich nicht und der thermische Zyklus der Laserabschreckung ist schnell.
2. Nahezu keine Beschädigung der Oberflächenrauheit durch Verwendung einer dünnen Beschichtung mit Oxidationsschutz.
3. Numerisch gesteuertes Abschrecken durch Laserabschrecken ohne Rissquantifizierung.
4. Numerisch gesteuertes Abschrecken für lokales, Nut- und Nutabschrecken.
5. Das Laserabschrecken ist sauber und erfordert keine Kühlmittel wie Wasser oder Öl.
6. Die Härte beim Abschrecken ist höher als bei der herkömmlichen Methode, die Mikrostruktur der Abschreckschicht ist fein und die Zähigkeit ist gut.
7. Beim Laserabschrecken handelt es sich um eine schnelle Erwärmung und Selbstabschreckung, die keine Ofenisolierung und Kühlmittelabschreckung erfordert. Es handelt sich um einen umweltfreundlichen Wärmebehandlungsprozess, der ohne Umweltverschmutzung auskommt und problemlos zum gleichmäßigen Abschrecken großer Formoberflächen eingesetzt werden kann.
8. Aufgrund der hohen Lasererwärmungsgeschwindigkeit, der kleinen Wärmeeinflussfläche und der Oberflächenabtastung durch Abschrecken, d. h. der sofortigen lokalen Abschreckung, ist die Verformung der behandelten Form sehr gering.
9. Da der Divergenzwinkel des Laserstrahls sehr klein ist und eine gute Richtwirkung aufweist, kann er die Formoberfläche lokal durch das Lichtleitersystem abschrecken.
10 Die Tiefe der Härtungsschicht beim Laser-Oberflächenhärten beträgt im Allgemeinen 0,3 bis 1,5 mm.
Zusammensetzung
Laser
Zu den für die Laserabschreckung verwendeten Geräten gehören Halbleiter-Faserlaser, Faserlaser und Festkörperlaser, von denen der Halbleiter-Faserlaser im Bereich der Abschreckung weit verbreitet ist.
Bei der Auswahl des Lasers sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:
1. Gute Strahlqualität, elektrooptische Umwandlungsrate, numerische Apertur der Faser sowie Modus- und Modenstabilität des Laserausgangs.
2. Stabilität der Laserausgangsleistung.
3. Der Laser sollte eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen und dem Dauerbetrieb in einer industriellen Verarbeitungsumgebung standhalten können.
4. Der Laser selbst sollte über gute Wartungs-, Fehlerdiagnose- und Verknüpfungsfunktionen verfügen.
5. Die Bedienung ist einfach und bequem.
6. Wirtschaftliche und technische Kompetenz sowie Glaubwürdigkeit des Geräteherstellers. Sie müssen vermeiden, am falschen Ende zu sparen.
7. Ob die zusätzliche Versorgung mit Verschleißteilen der Ausrüstung gewährleistet ist und der Versorgungskanal reibungslos verläuft.
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