Лазерные технологии: возможности и перспективы обработки

Лазерные технологии: возможности и перспективы
обработки деталей и инструмента
激光技术: 机件工具加工处理发展潜力与前景
Национальная академия наук Беларуси
Физико-технический институт
白俄罗斯国家科学院
物理-技术研究所
Лаборатория лазерной обработки материалов
Зав. лабораторией – Голубев Валерий Сергеевич
材料激光处理实验室
实验室主任: 嘎路别夫 瓦列里 谢尔盖维奇
тел. раб. 工作电话: 8-0172-63-51-24
факс 传真: 8-0172-263-76-93
моб.手机: 8-0296-38-19-50
E-mail: 电子邮箱:[email protected]
1
Методы лазерной обработки: лазерная резка, сварка,
термообработка (закалка, легирование), наплавка…
激光处理方法:激光切割,焊接,热处理(淬火,合金化),堆焊
Лазерная
резка
激光切割
Преимущества:
优势:






минимальное механическое воздействие, оказываемое на материал;
施加于材料上最小的机械作用;
широкий диапазон разрезаемых материалов (дерево, стекло, асбест, керамика,
металл…);
切割材料范围广(木材,玻璃,石棉,陶瓷,金属)
возможность осуществления резки по сложному контуру при минимальной ширине
реза, что приводит к значительной экономии разрезаемого материала.
在最小切割宽度内切割复杂外形的可能性，实现切割材料的大量节省
Технология нашла применение при производстве разбрасывателей
удобрений («Бобруйскагромаш»), корпусных деталей («Опытный мех. завод
Белбыта»), рекламных щитов («Славнефть-старт») и др.
该技术应用在撒肥机（博布鲁伊斯克格拉马士），外壳机件（ 试验技术工厂-别乐倍
达），广告牌（斯拉夫石油-启动）等的生产制作方面。
Может использоваться для фасонной резки труб, изготовления
штамповочных форм для производства картонной упаковки и т.п.
可使用在管的异形切割，硬纸包装盒生产的冲压模型制造等方面。
2
Лазерная сварка激光焊接
Преимущества:优点










высокое качество получаемых сварных соединений;
高品质焊接缝隙；
прочность швов близка к прочности основного материала;
焊缝强度接近基本材料的强度；
минимальное коробление сварных узлов и конструкций;
最低程度焊接点和构造的耗损及变形；
возможность надежного соединения трудносвариваемых традиционными
методами материалов;
传统方法难焊接材料的牢固焊接潜力
простота организации защиты места сварки от вредного воздействия на металл
окружающего воздуха.
抵抗周围空气对金属有害作用的简单焊接部位保护结构
Технология была апробирована применительно к:
该技术经验证应用于：

изготовлению сегментных отрезных алмазных кругов;




制造弧形切割用的金刚石砂轮
креплению твердосплавных расклинивающих пластин к полотну пил для резки
древесины;
紧固硬分料板和木材切割的锯片
изготовлению биметаллических фрез из разнородных сталей Р6М5-9ХС;
3
Лазерная сварка отрезных алмазных сегментных кругов
切割用金刚石弧形砂轮的激光焊接
Алмазные отрезные сегментные круги – один
из эффективнейших инструментов для резки
мрамора, гранита, бетона, железобетона,
асфальта, и т.д.
金刚石切割弧形砂轮– 是对大理石，花岗岩，混凝土，
钢筋混凝土，沥青等的最有效的切割工具之一
Преимущество лазерной сварки:
激光焊接优点
•Отсутствие деформации корпусов пил и минимальная
зона термического влияния
•不存在锯的变形和温度影响的最小范围
•Инструмент может работать без использования
охлаждающих сред
•仪器运转可以不使用冷却剂
•Широкий спектр используемых связок (на основе Ni,
Co, Fe, Сu и др., разработанных в РБ и СНГ)
•使用的粘合剂范围广（基本有在白俄和独联体国家加
工的Ni, Co, Fe, Сu 等，）
•Высокая
производительность
и
стабильность
геометрических характеристик
4
•高效性和几何特征的稳定性
Лазерная термообработка(закалка, легирование)
激光热处理（淬火，合金化）
Лазерная термообработка основана на использовании тепла,
генерируемого на поверхности материала при поглощении им лазерного луча.
Метод лазерной обработки обладает рядом достоинств: высокая локальность
упрочнения (что дает значительную экономию), отсутствие необходимости
применения охлаждающих сред, возможность использования в качестве
финишной операции вследствие отсутствия опасности коробления, большие
возможности автоматизации процесса и другие.
激光热处理基于使用在吸收激光的条件下材料表面受激发射的 热能，激光
加工方法具有一系列优点：强化处理的高局限性（极大地节省）不必要一定
使用冷却剂，不存在皱损危险性制约，可用于最后的加工步骤，自动化等方
面的极大的潜力。
Лазерная технология упрочнения применима к весьма широкой
номенклатуре деталей. В ФТИ НАН Беларуси, например, разработана
технология лазерной закалки деталей подвески (кронштейны, проушины)
заднего моста автомобиля МАЗ 6422, что позволяет повысить их
долговечность в 3 раза. Применительно к деталям типа «вал-золотник»
(Борисовский завод «Автогидроусилитель»), достигаемая твердость на
рабочих шейках составляет 60 ед. HRC при общей твердости всей детали 40
ед. HRC. и т.д.
硬化激光技术极为广泛的适用于各种机件。比如白俄罗斯国家科学院物理
技术研究所研制的，激光淬火技术加工明斯克汽车厂玛兹6422汽车后桥悬架
零件（安装座，钩环），使其耐用度提高了3倍。也适用于《轴阀芯》（鲍里
索夫工厂《汽车液压增强器》），使其硬度由普通零件的40个单位的HRC增
加到60个单位的HRC.
5
Перспективно
использование
лазерного
упрочнения
в
инструментальном
производстве.
Так,
упрочнение
режущего
и
холодновысадочного
инструмента,
деталей
прессоштамповой
оснастки
позволяет повысить их стойкость в 3-5 и более раз. Технология апробирована
на БелОМО, ОАО «Мотовело», КЗТШ, Борисовский з-д «Автогидроусилитель» и
др. Эффект в 1,6-3,0 раза наблюдается для металло- и дереворежущего
инструмента, в том числе оснащенного твердосплавными вставками.
激光强化技术在工具制造领域的应用前景。如强化切削和冷镦工具，冲压设备的零
件提高耐用度达3-5倍以上。该技术已在白俄的БелОМО, 《摩托自行车》， КЗТШ，
鲍里索夫工厂《汽车液压助力器》等地得到批准。对金属和木材切削工具的有效率达
1.6-3.0倍，包括硬质合金刀片装备。
В институте разработан процесс легирования ковочных штампов из
стали 5ХНМ, долговечность которых при этом возрастает в 3-4 раза. Метод
лазерного легирования позволяет получать на сталях и титановых сплавах слои
с твердостью 68-70 ед. HRC, а на сплавах алюминия - слои с твердостью до 2530 ед. HRC. Эффективно для таких деталей как ножи кормоуборочных машин
(ПО «Гомсельмаш»), резцы горнопроходческих комбайнов (ПО «Беларуськалий»)
и др.
在所里加工钢5ХНМ锻造冲压的炼制过程，耐久度提高了3-4倍。使用激光炼制方法
得到的钢层和钛合金层的硬度是68-70HRC,铝合金层的硬度达25-30HRC.对于饲料清除
机(ПО «Гомсельмаш),联合采矿机刀具（白俄钾）等机件同样有效果。
6
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО
УПРОЧНЕНИЯ БЫСТРОИЗНАШИВАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
РУЛЕВОГО МЕХАНИЗМА АВТОМОБИЛЕЙ
汽车方向盘装置快速磨损零件的激光硬化技术和设备
Разработанная технология лазерного упрочнения перспективна для изделий,
долговечность которых лимитируется износостойкостью и
сопротивлением
усталости, особенно, если закалка другими методами затруднена вследствие
сложности конфигурации детали и возможности ее значительного коробления
激光强化加工技术广泛应用于有限耐磨性和抗疲劳性的机件，特别是因复杂
零件结构和严重皱损可能性而很难用别的方法淬火。
Технология основана на использовании
высоких скоростейнагрева
поверхностного слоя до температур, превышающих температуру фазовых
превращений или плавления сплава, и последующего высокоскоростного
охлаждения путем основного теплоотвода в массу металла так и дополнительного
охлаждения поверхности.
该技术使用在高速加热表层，加热到合金的熔解温度，随后用金属散热和辅
7
Совместными усилиями специалистов ФТИ НАН Беларуси и РУПП
«Борисовский завод Автогидроусилитель» в период с 2004 г. по 2006
в рамках задания 2.25. ГНТП «Технологии»:
白俄罗斯国家科学院物理技术研究所和РУПП的专家合作《鲍里索夫工厂《汽车液压增强
在国家科技部技术任务2.25框架下，周期从2004年到2006年》
Разработаны и внедрены технологические процессы лазерного упрочнения деталей
механизма рулевого управления 5-ти наименований быстроизнашивающихся деталей
механизма рулевого управления. Основные преимущества предложенных решений:
упрочнению подвергаются только локальные участки на деталях типа «вал-золотник»,
«кольцо наружное» и др, облегчается последующая их механическая обработка и
профилирование. В упрочненном слое глубиной до 1 мм достигаются максимально
достижимые 60-62 HRC для стали типа 40Х и аналогичных.
方向操纵装置的5种易磨损零件的激光强化技术的研发和应用。基本解决方案优势：
只是对《轴阀芯》《外部环》等给予局部区域强化，减轻后续机械加工和成型。对钢8
На заводе «Автогидроусилитель» создан современный технологический участок
лазерного упрочнения быстроизнашивающихся деталей гидроусилителя руля
мощностью до 150 тыс. деталей в год.
在鲍里索夫工厂《汽车液压增强器》，建立了年产达15万件的方向操纵液压增强
易磨损零件的激光强化的现代技术区。
9
Закреплены позиции РУПП «Борисовский Завод Автогидроусилитель на
российском рынке. Внедрение технологии локального упрочнения поверхностей
деталей позволило предприятию освоить производство современных механизмов
рулевого управления интегрального типа (ШНКФ 453461.103, ШНКФ 453461.200,
ШНКФ 453461.400, ШНКФ 453461.420). За указанный период произведено и
поставлено на экспорт около 200 тыс. механизмов ГУРов на сумму более 60.0 млрд.
руб. РБ для оснащения ими автомобилей семейства ГАЗ, КАМАЗ, МАЗ и др.
鲍里索夫《汽车液压增强器》工厂巩固了其在俄罗斯市场上的位置。零件表面局部强
化技术的应用使该企业开发掌握整体式方向控制现代机械装置的生产。（SHNKF
453461,103，SHNKF 453461,200， SHNKF 453461,400，SHNKF 453461.420）在
指定期限内生产和出口了约二十万古罗夫机械装置，总值约六百亿白俄卢布用于嘎斯，
卡玛斯，玛兹等汽车的装配。
Оценка практической значимости показывает, что внедрение разработанных
технологий позволяет повысить культуру и технический уровень производства,
увеличить ресурс работы конкретных деталей и всего механизма рулевого управления
в целом в 2 и более раз.
实际意义评价表明，研发技术的引用可提高生产技能和技术水平，将机件和整个方向
控制机械装置寿命提高两倍和更高。
Экономический эффект от внедрения лазерной технологии упрочнения составил
1.8 млрд. руб. РБ, окупаемость затраченных бюджетных средств составила 125 раз.
激光强化技术引入带来的经济效益为18亿白俄卢布。花费预算资金的投资回报率为
125倍。
10
ЛАЗЕРНОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
С/Х МАШИН
农用机械工作装置激光变性处理
Лазерное модифицирование рабочей
поверхности диска бороны
耙盘工作面激光变性处理
Диск бороны
耙盘
Ножи кормоуборочного комбайна «Ягуар»
饲料收割康拜因刀具《亚古阿尔》
11
Полевые испытания
сегментных ножей
для уборки кукурузы
ПКК-02
米收割用PKK-02分段刀刃田间试验
Полевые испытания
сегментных ножей
к кукурузной жатке
CHAMPION 360
玉米收割机CHAMPION 360分段刀刃田间试验
12
Полевые испытания ножей
для дообрезки ботвы
植物修剪切割刀具田间试验
Высокое качество
дообрезки ботвы
с использованием
упрочненных ножей
应用强化处理后刀刃高效修剪切割
13
Лазерная наплавка
激光堆焊
По сравнению с традиционными методами лазерная наплавка
обеспечивает минимальную зону термического влияния, значительное
снижение остаточных деформаций в детали, минимальное перемешивание
наплавляемого материала с материалом основы и т.п.
与传统方法相比激光堆焊保障最小的热作用区,可极大降低机件的残余应变,
并需最小程度焊接材料与基体的混合搅拌.
В ФТИ НАН Беларуси разработаны и внедрены технологические
процессы по восстановлению стальных деталей, из титановых, алюминиевых
и медных сплавов. Технология прошла апробацию
в производстве
авиаремонтного завода № 407 ГА, для литейной и штамповой оснастки на
БелОМО, ЗАО «Атлант» и др.
、
在白俄罗斯国家科学院物理技术研究所研制和引进了肽
铝和铜合金钢机
件还原的技术工艺流程.工艺在№407民用航空飞机修理厂生产中得到确认,并
在白俄罗斯光学机械协会(BELOMO)，闭股公司《ATLANT》和其他机构里
用于处理铸造和模压设备.
14
Восстановление и упрочнение точных матриц,
штампов и прессформ
精密型模、模具和压模的还原和强化
Изношенный профиль фильер литья уплотнителя холодильника
制冷装置填充压实铸件磨损面
Формы литья газовой горелки и горлышка бутылки ПЭТ после
лазерной наплавки
激光堆焊后的气燃烧器铸件模型和聚酯瓶颈
15
Упрочнение и восстановление деталей машин с
использованием лазерного излучения
运用激光射线还原与强化机件
Широкий спектр
деталей, подвергаемых
лазерной обработке
可激光处理元件范围广
Резцы РКС-1
горнопроходческого
комбайна
Коленвал дизельлокомотива
采矿掘进康拜因刀具
RKS-1
内燃机车曲轴
Прессо-штамповая
оснастка и инструмент
Восстановленные
шлицы
冲压塑模设备与工具
还原性套齿
16
ЛАЗЕРНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
激光技术设备
За период с 1995 года по настоящее время лабораторией в области лазерных технологий
создано 9 производственных участков, из них : 6 - в РБ, 2 – в РФ (НМЛК г. Липецк, з-д
«Гидромонтаж» г.Селятино Московская обл.), 1 – в Украине (ККБК г. Обухов).
从1995年到现在激光技术领域实验室成立了9个生产单位,其中: 6个 – 在白俄罗斯, 2个 – 在俄罗斯(新
利佩茨克钢铁公司 -NMLK,里别茨克城；3-D «吉德拉曼达示»莫斯科区谢俩吉奥城， )，1个- 在乌克兰
（KKBK，奥布好夫城）。
На минском авиаремонтном заводе № 407 ГА в 1994-1995 гг. создан участок лазерной
обработки в основном производстве. При этом за прошедшие годы весь парк самолетов ТУ134 (~900 шт.) был отремонтирован и с использованием разработанной нами технологии.
在明斯克№ 407民用航空飞机修理厂于1994-1995年在基础生产中建立了激光处理区。并在过去的一
年里整个飞机场TU-134(大约900台)用我们的技术进行了处理和翻修。
Переданная для использования технология лазерного упрочнения ряда деталей из
титановых сплавов советского космического челнока «Буран» позволила повысить их срок
службы на два порядка.
一系列前苏联宇航梭心«布朗»钛合金机件激光强化技术的应用移交将能使其使用寿命提高两倍。 17
Технологический комплекс лазерно-плазменной резки
激光等离子切割技术工艺系统
18
Спасибо за
внимание!
感谢关注!
Физико-технический институт
白俄罗斯国家科学院
物理技术研究所
НАН Беларуси
ул. Купревича, 10
库普列维奇街,10号
220141 Минск
220141 明斯克
Тел./ факс: 263 76 93
电话/传真: 263 76 93
19