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激光技术在摩托车工业中的应用(连载)

广东摩托车先进设计与制造工程技术中心/五邑大学摩托车研究院

摩托车是一种应用广、快速、经济、舒适的交通和运动工具,它具有灵活、轻便、机动和高速等特点。随着科学技术的发展,现代摩托车产业已经融合了机电液技术、信息与数字化技术、控制与测试技术、新工艺技术和新材料技术等诸多高新技术,成为了一种技术含量很高的产品。

在摩托车生产制造各环节中,激光加工技术大有用武之处。涉及摩托车制造的激光加工技术主要有激光表面改性处理(包括激光相变硬化、熔覆、合金化)、激光打孔、激光切割、激光焊接、激光冲击以及激光打标、激光刻花、激光测量等。

激光相变硬化处理(激光淬火)

激光相变硬化处理(Laser Transformation Hardening, LTH)是激光表面改性处理中最早使用的方法,由于激光加热能把热量限制在所需要的部位,所以激光相变硬化时变形极小(约为15~20),可获得极薄的均匀硬化层(一般小于1mm)。由于金属材料对激光吸收率低(对CO2激光吸收率低于10%,对YAG激光吸收率最高为30~40%),因而激光相变硬化时,为提高材料表面对激光吸收率,可在表面涂上一层涂料,使金属表面对激光吸收率达90%以上。激光适用于对变形很敏感的零件的特殊部位(如深孔内壁、盲孔底部等)进行硬化处理。

摩托车发动机排量大多在50~750cm3,其绝大部分关键件结构与要求均与汽车发动机相似。目前在欧美、日本等发达国家已将激光技术用于汽车、航空等工业领域,相比之下,我国在这方面存在较大的差距,尤其是在摩托车行业中。

早在1978年美通用汽车公司建成了汽缸激光处理生产线,用4台5kw的CO2激光器对铸铁缸套内壁处理出宽为2.5mm,深为0.5mm的螺旋线硬化带,并规定缸套必须经激光处理才能出厂。

北京大恒公司对汽车发动机缸体内壁进行激光硬化处理,采用激光功率为900w,扫描速度为400mm/S,激光硬化带宽3.5mm,深0.25~0.3mm,硬度达HRC63,将使用寿命提高了3倍。青岛发动机厂对6102Q高速柴油机缸体进行激光相变硬化处理,省去了缸套,缸孔内表面耐磨性超过硼缸套16%~20%。

1984年前苏联卡基诺论汽车修理厂采用激光对3号钢和45号钢的曲轴进行激光相变处理。经90小时台架试验,主轴颈和连杆轴颈的平均磨损量较传统热处理方法分别减少47.3%和43.5%,一般运行时耐磨性增加42%、疲劳强度提高15%、主轴颈寿命延长10%。1985年,长春第一汽车厂使用1.8kw激光器对45号钢的曲轴轴颈进行扫描相变硬化处理,获得宽为3.8mm,深为0.8~1.37mm的淬火带,硬度达765HV。1994年大连机车车辆厂对曲轴的主轴颈和连杆轴颈部分进行激光处理,使相变硬化中心带表面残余应力达—(900~1000)Mpa,再配合表面滚压,使疲劳寿命提高185% 以上。

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