Zastosowania hartowania laserowego dla wybranych elementów metalowych

zaczynać
Zastosowania hartowania laserowego dla wybranych elementów metalowych

Przegląd aplikacji

Hartowanie laserowe, znane również jako laserowa obróbka cieplna powierzchni, jest zaawansowanym procesem modyfikacji powierzchni zaprojektowanym w celu znacznej poprawy odporności na zużycie i wydłużenia żywotności komponentów. Jest on szeroko stosowany do części stalowych i żeliwnych. Podczas obróbki laser zapewnia precyzyjnie kontrolowane, zlokalizowane ogrzewanie, które szybko podnosi temperaturę materiału powyżej punktu austenityzacji, ale poniżej punktu topnienia. Następnie powierzchnia ulega samoczynnemu hartowaniu dzięki przewodności cieplnej materiału bazowego, szybko schładzając podgrzaną warstwę i kończąc transformację hartowniczą.

Proces ten wytwarza na obrabianej powierzchni bardzo drobną mikrostrukturę martenzytyczną o wysokiej twardości, znacznie zwiększając twardość powierzchni i odporność na zużycie. Ponadto na powierzchni wprowadzane są ściskające naprężenia szczątkowe, poprawiające wytrzymałość zmęczeniową i długoterminową trwałość przy cyklicznym obciążeniu.

Scenariusz 1: Laserowe utwardzanie formy

Greenstone-Tech stosuje zaawansowaną technologię laserową do wzmacniania powierzchni form, zwiększania twardości i wydłużania żywotności form.

Formy do paneli karoserii samochodowych są zazwyczaj produkowane z żeliwa stopowego. Ze względu na właściwości żeliwa stopowego, ogólna obróbka cieplna nie jest odpowiednia. Tradycyjne hartowanie płomieniowe pozwala zazwyczaj uzyskać twardość powierzchni na poziomie 40-50 HRC. Dzięki hartowaniu laserowemu, przy użyciu programowania offline, programowania uczącego i programowania eksperckiego, można zaplanować i wykonać złożone trójwymiarowe ścieżki narzędzi dla części o skomplikowanej geometrii. Twardość powierzchni formy może osiągnąć 55-65 HRC, przy efektywnej głębokości hartowania 0,5-0,7 mm. Znacznie zwiększa to odporność na zużycie, skutecznie łagodzi zarysowania części i zmniejsza liczbę napraw form online do poziomu poniżej 4%. Szlifowanie dużych powierzchni form do głębokiego tłoczenia nie jest już wymagane; potrzebna jest jedynie prosta konserwacja.

W formach do głębokiego tłoczenia obszar wpływu ciepła jest duży. Konwencjonalne hartowanie płomieniowe lub indukcyjne często powoduje znaczne odkształcenia termiczne, pogarszając dokładność formy i wymagając dodatkowych etapów. Stabilność twardości jest trudna do utrzymania, a czas realizacji jest długi. Hartowanie laserowe minimalizuje odkształcenia - często całkowicie je eliminując - spełniając wymagania jakościowe bez dodatkowych procesów.

W przypadku powierzchni wkładek w formach samochodowych, takich jak krawędzie tnące matryc wykończeniowych i powierzchnie robocze matryc formujących, konwencjonalne hartowanie płomieniowe powoduje poważne odkształcenia. Wkładki wymagają następnie obróbki korekcyjnej po hartowaniu, co wydłuża czas produkcji i utrudnia kontrolę twardości. Wkładki formujące są szczególnie wymagające ze względu na duże hartowane powierzchnie, które są podatne na odpuszczanie prowadzące do spadku twardości.

Badania i praktyczne zastosowania w Greenstone-Tech wykazały, że hartowanie laserowe skutecznie kontroluje odkształcenia płytek i dokładność twardości. Płytki poddane hartowaniu laserowemu wykazują stabilną twardość, minimalne odkształcenia i mogą być hartowane po obróbce wykańczającej. Znacząco poprawia to wydajność obróbki i obniża koszty produkcji.

Zastosowania hartowania laserowego dla wybranych elementów metalowych

Zastosowania hartowania laserowego dla wybranych elementów metalowych

Zastosowania hartowania laserowego dla wybranych elementów metalowych

Zastosowania hartowania laserowego dla wybranych elementów metalowych

Zastosowania hartowania laserowego dla wybranych elementów metalowych

Zastosowania hartowania laserowego dla wybranych elementów metalowych

Scenariusz 2: Laserowe hartowanie gwintów prętów wiertniczych

Firma Greenstone-Tech przeprowadziła szeroko zakrojone testy optyki laserowej, mediów do obróbki i parametrów procesu, aby opanować technologię hartowania laserowego gwintowanych żerdzi wiertniczych. Zdolność ta została z powodzeniem zastosowana do gwintów o różnych średnicach rur.

Proces utwardzania laserowego charakteryzuje się szybkim nagrzewaniem i chłodzeniem, umożliwiając bezpośrednie użycie leczonych nici bez konieczności ich późniejszego prostowania. Głębokość utwardzonej warstwy jest precyzyjnie kontrolowana na poziomie 0,4-0,8 mm na grzbiecie zęba i 0,1-0,4 mm na korzeniu zęba. Po hartowaniu laserowym, powierzchnia gwintu wykazuje ultra-wyrafinowaną strukturę ziarna, z odpornością na zużycie zwiększoną 2-3 razy. Wytrzymałość mechaniczna w pełni spełnia wymagania dotyczące wysokiego momentu obrotowego i wiercenia na duże odległości, znacznie wydłużając żywotność.

Główne zalety:

  • Bardzo wysoka prędkość przetwarzania, minimalna strefa wpływu ciepła i wyjątkowo niskie odkształcenia

  • Wyższa twardość niż w przypadku konwencjonalnych metod hartowania, gęsta struktura martenzytyczna i doskonała wytrzymałość

  • Precyzyjna obróbka zlokalizowanych obszarów, rowków i specjalnych profili, co nie jest możliwe w przypadku tradycyjnego hartowania.

  • Czysty, przyjazny dla środowiska i wydajny proces (nie wymaga wody, oleju ani płynów hartowniczych)

  • Generuje ściskające naprężenia szczątkowe, znacznie zwiększając twardość powierzchni, odporność na zużycie i odporność na korozję.

Zastosowania hartowania laserowego dla wybranych elementów metalowych

Zastosowania hartowania laserowego dla wybranych elementów metalowych

Zastosowania hartowania laserowego dla wybranych elementów metalowych