1 引言

　　激光表面改性技術是在70年代大功率激光器出現(xiàn)后宜咒，迅速發(fā)展起來的一項光元渺、機狰娱、電一體化高新技術粮忍。這種工藝具有淬硬效果好衷求，自動化程度高，操作簡單哼沃，能耗低翩汰，效率高，工件變形極小床候，基本無廢品等一系列優(yōu)點溃耸。利用激光對零件表面進行處理湃足，可改變零件表面的物理結構、化學成分和金相組織发惭，從而改變零件表面的物理剂户、化學和力學性質，如抗磨損罩锐、耐腐蝕和抗疲勞性奉狈，有效地解決了許多常規(guī)熱處理目前還難以解決或解決不好的零件表面性質問題。因此涩惑，在世界各國取得了迅速發(fā)展仁期。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竭恬。同時跛蛋，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痊硕，處理后的曲軸不需校直赊级，從而使曲軸熱處理的成本下降了20%，取得了良好的效果岔绸。

　　我國激光表面硬化技術近幾年才進入使用階段理逊，但在某些領域還是空白，本文闡述了作者與青島中發(fā)激光技術有限公司聯(lián)合研制的多功能激光機及其控制系統(tǒng)在汽車發(fā)動機缸體盒揉、缸套晋被、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预烙。其原理是胀爸，用激光束作熱源照射發(fā)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千荡，當激光離開后锌德，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绅踪，從而提高零件的表面硬度沼惹、耐磨性及其使用壽命。

　　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(fā)生器兄诱、多功能激光加工機和計算機控制系統(tǒng)遥浑。

　　3.2 汽車發(fā)動機大修的常規(guī)方法及缺陷

　　發(fā)動機大修時，主要經過鏜缸旧育、磨軸處理捞勿，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私周，一般需要重新磨軸贮爹，換軸瓦。曲軸軸頸在多次磨削后表面硬度降低育勺，不能滿足使用要求但荤。因此，常規(guī)方法處理后的發(fā)動機大修周期變短涧至。

　　3.3 汽車發(fā)動機大修的激光處理工藝

　　汽車發(fā)動機大修的激光處理工藝是常規(guī)大修工藝加上激光處理腹躁。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%以上南蓬，經過磨床加工的光潔表面其反射率更高纺非，激光的反射將造成大量能量損失，因此蓖康，激光熱處理前需采用預敷吸光涂層的方法铐炫，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蒜焊，各種金屬或非金屬氧化物、石墨科贬、碳墨泳梆、磷酸鹽等都是較好的涂層材料。

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

　　激光頭裝配在托架上，托架安裝在機床橫梁上狮最，因此搔肉，可實現(xiàn)激光頭上下方向的移動和水平方向的移動。將激光束定位在曲軸軸頸上方泌祥，工作臺上的步進電機帶動曲軸旋轉蓉止，同時激光頭在水平方向運動，而托架沿橫梁移動放暇，從而在曲軸表面沿寬度方向掃描出具有一定形狀的掃描線(線型由微機控制)溶绢。淬硬帶在軸頸上的覆蓋率(淬硬面積比)一般取30%～50%，曲軸的旋轉打吱、激光頭的水平運動及合成運動均由程序控制系統(tǒng)進行自動控制劫扶。

　　缸體熱處理時，將其裝在底部的旋轉工作臺上锭吨，缸體作旋轉運動蠢莺，激光頭作上下運動壶运。

　　激光硬化處理過程的工藝參數(shù)主要有掃描速度、硬化面積比浪秘、硬化深度和加工表面粗糙度蒋情。這些參數(shù)取決于激光功率密度、掃描速度耸携、材料的種類和表面涂層特性等棵癣。激光硬化帶截面的組織特征有2～4層，具體是多少層要由激光處理規(guī)范和材料成分而定夺衍。在高速加熱和冷卻時狈谊，一般可在鋼的表面觀察“白亮層”。

　　由于激光束是按一定幾何軌跡在缸體內壁進行掃描沟沙，激光處理過的硬化帶構成硬的骨架河劝；未經激光處理的地方，在發(fā)動機工作時矛紫，首先微量磨損赎瞎，形成貯油結構。這樣軟硬結合的缸體內壁既提高了耐磨性塌或，又有良好的抗拉傷能力癣吝。活塞環(huán)在良好的潤滑條件下工作缚形，使用壽命大幅度提高体涡。對于曲軸軸頸，也具有同樣的原理甜脖。

　　3.4 實驗對比及磨損量

　　(1)未經處理的汽缸與經過激光處理后的汽缸汽車跑車

　　(2)經600h臺架實驗前后曲軸磨損量

　　依據(jù)QC/T524-1999《汽車發(fā)動機性能 試驗方法》轰窥、QC/T525-1999《汽車發(fā)動機可靠性 試驗方法》等標準，將激光熱處理后的曲軸裝在492QA汽油機上廊畔，全速全負荷可靠性試驗影其。

　　試驗證明：激光表面處理的曲軸，經600h臺架試驗任础，耐磨性能良好讲媚，其最大磨損量為0.02mm，達到國家規(guī)定的要求焰究，可滿足2×105km大修期標準裆操。

　　4 計算機控制原理

　　本項目選用PC總線工業(yè)控制機作控制機，CRT作顯示器炉媒。因此踪区，可實現(xiàn)更好的用戶界面，控制功能更強。

　　為了系統(tǒng)的可靠性缎岗，強電和弱電部分通過光電隔離器接合静尼，圖中箭頭方向表示控制信息的流向，各行程開關并聯(lián)接到I/O板上传泊，因此只要有一個方向上檢測到位鼠渺，即可引起機床關光停機。

　　編程語言采用C++和80386匯編語言眷细，程序編制采用類比后的直線插補方法拦盹，限于篇幅，本文不作說明溪椎。

　　必須強調指出普舆，在對發(fā)動機缸體等零件進行熱處理開光前，必須使工件先進行預轉校读，關光后亦必須有一段后轉速痹，否則，將導致工件局部燒傷绳练。

　　5 結論

　　發(fā)動機是汽車的心臟锦镶，采用激光表面硬化處理后的發(fā)動機，硬度一般由原來的20HRC提高到55～62HRC候钟，并得到0.2～1mm的強化深度拉狸，使用壽命提高到原來的3～5倍，熱處理成本下降了20%～40%滤萝，激光熱處理后的工件幾乎無變形。因此甫碉，既延長了大修周期碗履，又節(jié)省了重復維修的費用，具有良好的社會效益和經濟效益蝗质，有廣泛的應用前景勾萌。

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