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激光淬火的历史和发展

2022-02-21 16:56:10

早在1980年,美国军事技术研究实验处的应用技术实验室就对齿轮的激光硬化调查结果作过一个广播节目报道,并由芝加哥伊利诺理工学院研究所承担了齿轮的激光硬化研究项目.

该所的Altegott 同贝尔飞机制造公司的 Patel 合作发表了一篇题为《直齿圆柱齿轮激光表面硬化MM&T》的论文,公布了实验结果:对激光表面硬化处理后和经渗碳处理后的AMS(美国航空材料规范)6265正齿轮的抗胶合寿命与齿的弯曲强度的比较表明,激光硬化代替渗碳处理在航空器件中的AMS6265齿轮能得到显著的经济效果,有效硬化深度为0.66~0.86mm,单件成本降低了37%~78%.八十年代末,美国加州机电研究所的James F Lewis 用5kW激光器对大型花键轴进行激光淬火,在扫描速度4.32~7.62mm/s,光斑直径6.35~7.62mm的条件下,获得淬火硬度HRC59,深度0.762~0.864mm的淬硬层.美国军方研究所用激光淬火潜水艇、飞机等重载大齿轮,解决常规热处理引起齿轮变形过大及噪音问题.激光淬火的齿轮包括AH-64直升机辅助动力装置的行星齿轮及飞机主传动装置的传动齿轮.由于激光硬化后不需要研磨,故可大大降低生产成本,提高生产率.

相对而言,国内在这方面的研究起步较晚,远未达到能够工业化应用的程度,究其原因主要有以下几点:

①由于历史原因,我国激光器及零部件生产水平较低,激光器是一种集光、机、电等多种学科和技术于一体的高科技产品.在我国现有的工业水平上,元器件的生产不过关,导致激光器光学模式不好,稳定性和可靠性不高,不能满足工厂条件下长期稳定地工作,而激光器又价格昂贵;

②由于激光涉及到多种学科,国内缺乏一批高水平的技术力量对激光工艺进行综合研究,并且对激光设备二次开发的研究也得不到深入,工业界难以看到激光的性;

③激光设备的费用一次性投入较大,多数单位对其带来的经济效益认识不足,致使在使用时较为谨慎;

④国内多数企业对传统热处理工艺带来的工业污染和环境保护不够重视,而对激光淬火这门清洁工艺的性认识不足.目前,国内从事这方面研究的有长春光学精密机械学院、天津纺织工学院和上海海运学院等单位,分别就齿轮激光、淬火的激光扫描方式、机理及工艺参数优化等技术进行了研究,并取得了的成果.这些单位所开展的齿轮激光淬火研究工作所采用的齿轮模数一般较大(m>=5),且由于实际生产中所采用的激光导光系统和预处理涂层等的不同导致在实验室里得出的工艺参数很难直接在实际批量生产中应用,即工艺参数的可移植性丧失. 因而研究成果在实用性方面还有不小的差距.


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