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摘要：目前，国内汽车模具表面热处理技术仍以火焰淬火、感应淬火或整体淬火为主，这种工艺存在淬火后模具表面变形量大、表面质量差、工艺质量不稳定等问题，而且，淬火后极易造成工件处理难度加大，提高了加工成本和工艺复杂度。
关键词：激光热处理；汽车模具制造；应用分析
1 激光热处理技术
激光热处理是一种表面热处理技术。即利用激光加热金属材料表面实现表面热处理。激光加热具有极高的功率密度，即激光的照射区域的单位面积上集中极高的功率。由于功率密度极高，工件传导散热无法及时将热量传走，结果使得工件被激光照射区迅速升温到奥氏体化温度实现快速加热。当激光加热结束，因为快速加热时工件基体大体积中仍保持较低的温度，被加热区域可以通过工件本身的热传导迅速冷却，从而实现淬火等热处理效果。激光淬火效果：激光淬火层的硬度分布曲线激光淬火层的硬度分布激光淬火技术可对各种导轨、大型齿轮、轴颈、汽缸内壁、模具、减振器、摩擦轮、轧辊、滚轮零件进行表面强化。适用材料为中、高碳钢，铸铁。激光淬火的应用实例：激光淬火强化的铸铁发动机汽缸，其硬度提高HB230提高到HB680，使用寿命提高2～3倍。
2 激光热处理在汽车模具生产的应用现状
汽车覆盖件模具表面的热处理是汽车模具制造中的关键工序和重要技术，直接关系到模具的工作质量和使用寿命，同时也很大程度上制约了模具制造成本和周期的改善。目前，国内汽车模具表面热处理仍以火焰淬火、感应淬火或整体淬火为主，存在淬火后模具表面变形量大、表面质量差、工艺质量不稳定等问题，加大了淬火后工件处理难度，需要大量的数控加工和钳工修磨，从而大大提高了加工成本，降低了模具质量。
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激光热处理具有局部淬火精确均匀，淬火后材料变形量小，以及表面质量变化小等优点，已经在材料热处理上得到广泛的推广，但由于汽车模具结构复杂，曲面较多，淬火轨迹多变，目前国内激光淬火过程中的手动采点记录后进行简单编程的方式（即示教模式）不适用汽车模具生产对效率的极大要求，制约了激光热处理在汽车覆盖件模具制造中的推广应用，无论从设备的完善，软件的配套，还是淬火工艺的合理方面，与预期的使用效果相比都存在一定距离。
3 激光热处理的原理
3.1 激光熔覆是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝，使基材表面形成于基体冶金结合的熔覆层。粉末容量由送粉系统进行控制，熔覆层的厚度可调，并可多层重熔。工作熔覆后在经过机械加工，从而达到修复局部损伤工件的目的。
3.2 激光硬化（激光淬火）主要分为两种工艺：激光相变硬化、激光熔覆硬化。激光相变硬化是以高能量的激光束快速扫描工作，使被照射的金属或合金表面温度一极快速度升到高于相变点而低于熔化温度。当激光束离开被照射部位是，由于热传导的作用，处于冷态的基体使其迅速冷却而进行自冷淬火，进而实现工件的表面相变硬化。
3.2 激光合金化也是利用高能密度的激光束所产生的快速熔凝过程，在基材表面形成与基材相互熔合的、且具有完全不同成分与性能的合金覆层。它与激光熔覆的差异仅在于：激光熔覆中熔层材料完全为熔化，而基材熔化层极薄，因而对覆层的成分影响极小：而激光合金化则是在基材的表面熔融层内加入合金元素，从而形成以基材为基的新的合金层，因此对材料性能改善的程度更好，应用范围也明显扩展。
4 激光热处理在汽车模具制造中的应用分析
自20世纪60年代激光问世以来，激光技术作为一门举世瞩目的高新技术，几乎在各行各业都获得了重要的应用。近几年来，激光表面处理技术不仅在研究和开发方面得到迅速发展，而且在工业应用方面也取得了长足的进步。激光表面处理可以提高零件的表面硬度、耐磨性、耐蚀性以及强度和高温性能；同时可使零件心部仍能保持较好的韧性，使零件的力学性能显著提高。其中，激光相变硬化是现有各种激光表面处理技术在研究和应用最多的工艺方法之一，并已经在汽车等许多领域得到应用和发展。
激光热处理和表面改性是当今增强材料有效使用和实现设计性能的关键技术，这些技术在汽车生产行业应用都可以提高汽车零部件的性能，大大延长使用寿命。
近几年来，汽车行业的飞速发展推动了激光热处理加工的发展。现在激光热处理在汽车工业中应用十分广泛，在许多汽车关键零件上得到应用，例如发动机缸体、缸套、曲轴、凸轮轴、阀座、摇臂、铝活塞环槽、轴承座、合金钢发动机阀、钢制齿轮、钢制活塞环、可锻铸铁转向器壳以及同步器拨挡环等。北京首汽公司安装了汽车发动机缸套激光热处理生产线，一汽公司安装了激光热处理生产线。我国采用大功率CO2激光器对汽车发动机进行缸孔强化处理，可以延长发动机大修里程到15万km以上，一台气缸等于三台不经激光处理的气缸。对汽车齿板（低碳钢）进行激光淬火，可以得到比常规渗碳淬火更高的硬度及较小的变形等。汽车模具采取激光淬火后变形小，可以重复几次淬火。奇瑞汽车公司采用激光热处理技术解决了汽车覆盖件模具拉毛问题，不但提高了工作效率和制作质量，而且大大延长了模具使用寿命。
随着我国万瓦级大功率CO2多模激光器的发展，用激光就可以实现多种形式的表面处理。目前在国内以武汉大族金石凯激光系统有限公司为代表的企业已经生产出系列激光热处理成套设备，例如用于汽车制造业的HANSGS－W6000型低阶模横流CO2激光器和HANSGS－RM大型模具激光热处理成套设备等。
将工艺知识库结合入工艺软件，离线、简捷地进行大量的淬火设备数控程序编制和工艺参数设定，现场大量使用数控程序控制淬火参数和过程，减少人为干预，从而大大提高激光设备的有效利用率和淬火质量。
激光热处理正在向采用高功率激光器，多自由度加工设备并与计算机配套，以及适用于不同情况的激光热处理工艺实时控制系统等方向发展。
5 激光热处理工艺过程的自动化实现
目前，国内激光热处理过程是使用人工操作自学习输入淬火点的机床主轴坐标值和转动角的方法，过程烦琐，劳动量大，效率极低且淬火不精确，尤其对于产能紧张，生产周期要求高，淬火设备有限的状况，这样的生产效率无法满足生产的实际需求。因此，程序化是解决这一矛盾的必要方式，能够在设备使用中尽量减少辅助时间，将激光热处理的时间即设备的有效使用时间大大提高。在程序化的实现中，需要重点解决设备稳定性检查，加工坐标系设定，淬火前试验确定激光光束焦距，扫描速度、功率，加工轨迹偏置调整，数控程序随试验得出的工艺参数重新进行轨迹补偿，淬火中开光收光的处理，功率速度的调整，突发情况的应急处理，以及热处理后模具表面质量的快速测定等问题，争取设备、软件和工艺的最佳合理协同使用。
结束语
综上所述，激光热处理自动化技术的研发，是当前汽车产业中的热点问题，对汽车产业的影响非常大。该技术能够提高车身工艺产品的质量，降低生产成本。该技术在汽车行业的应用，能够有效的提升汽车制造企业的市场竞争能力，因此在汽车制造企业中，对该技术的推广与使用是非常有意义的。
参考文献
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[3]激光选区烧结快速成型技术在模具制造中的应用[J]. 王雅先. 铸造技术. 2014(07).
论文作者:王琳璟
论文发表刊物:《防护工程》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/20
标签：激光论文; 表面论文; 基材论文; 工艺论文; 技术论文; 汽车论文; 工件论文; 《防护工程》2017年第11期论文;