德國SITEC工業(yè)技術(shù)公司（開姆尼斯，ec-chemnitz.de）成立于1991年，是一家激光加工系統(tǒng)的制造商。從2003年起，它開始為汽車工業(yè)大規(guī)模的淬火硬化零部件服務(wù)。每個系統(tǒng)在一周15班次的運(yùn)轉(zhuǎn)中能夠生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)精度零部件達(dá)60,000個。 圖1：激光淬火系統(tǒng)激光淬火的優(yōu)勢 客戶對加工過程的要求嚴(yán)格的：標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)對稱型工件上幾乎無法接觸到的界面（如圖2所示），即為所要求實(shí)現(xiàn)硬化的部分。Klaus-Peter Wolf博士負(fù)責(zé)該公司的激光加工生產(chǎn)線，他介紹到，“選擇使用激光的原因是必須使這些零件在淬火過程后大小仍保持原樣，因?yàn)闆]有進(jìn)行再加工的可能。由于高度準(zhǔn)確的定位和周期性的熱監(jiān)控，我們可以對已完成的零件進(jìn)行操作。” 圖2：工件的橫截面通常，激光淬火系統(tǒng)根據(jù)客戶需求專門定制解決方案，因此必須預(yù)先進(jìn)行大量的試驗(yàn)以便確定最佳的生產(chǎn)參數(shù)。經(jīng)過使用Nd:YAG激光器進(jìn)行這些試驗(yàn)后，我們從技術(shù)角度以及經(jīng)濟(jì)上考慮，確定了使用二極管激光器是合理的選擇。投資成本非常低，只需中等的運(yùn)轉(zhuǎn)成本，光束波長非常適于表面加工，這些特點(diǎn)是該技術(shù)勝出的關(guān)鍵。SITEC使用了Rofin-Sinar激光公司（德國，漢堡）1.0kW的二極管激光器，由于它的外型尺寸高度集成，因而能被成功整合到一套最新研制的系統(tǒng)上。 無氧化作用的淬火過程 （如圖3所示的）托盤系統(tǒng)用來承載現(xiàn)有的零件，它們是由專門淬火的鋼材制成的，而且可以在不中斷生產(chǎn)過程的情況下裝卸零件。經(jīng)過一個圓形轉(zhuǎn)換臺，零件從托盤上被傳送到一個充滿氮?dú)獾募庸きh(huán)境，在六秒的周期內(nèi)完成加工。Wolf博士說到，“由于使用充滿氮?dú)獾募庸きh(huán)境，我們成功完成零件的淬火過程而且在過程中不發(fā)生氧化作用。”在使用二極管方形光束又不加入柱面透鏡的情況下，為了實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)對稱性零件硬化的均一，整個加工過程中，零件以每分鐘3000 轉(zhuǎn)的速度被旋轉(zhuǎn)。 圖3：SITEC托盤系統(tǒng)有力的開發(fā)伙伴 該系統(tǒng)的開發(fā)是在SITEC公司和工藝和光學(xué)技術(shù)研究所（IWS-Dresden）的聯(lián)合項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)的，后者開發(fā)了溫度調(diào)節(jié)的激光性能控制器，使用這一設(shè)備可充分保證加工質(zhì)量。在淬火過程中，淬火溫度和加熱速度由在線檢測裝置進(jìn)行記錄。 這些數(shù)值由功率控制器進(jìn)行運(yùn)算處理，這樣，零件表面的溫度可以通過調(diào)整激光光束，從而維持不變。在參考范圍外的偏差反映了零件的缺陷，比如殘留之前加工過程的細(xì)屑，或者是溫度不對。這些值均被記錄下來，這樣該零件就作為不合格產(chǎn)品被挑出來。除了對過程進(jìn)行在線檢測，每千個就有一個被挑出，進(jìn)行金相檢測。 無需備用促使產(chǎn)量增加 客戶在零件的質(zhì)量和可靠性上的高要求使得公司在項(xiàng)目開始時就設(shè)了另一臺激光器作為備用。然而，據(jù)Wolf博士介紹，在整個生產(chǎn)中，機(jī)器可靠性達(dá)到了95%。這意味著，客戶需求量增加的話，去年使用這臺備用激光器就可以建第二個系統(tǒng)了。現(xiàn)在，由于產(chǎn)能的增加，每年可以淬火的零件達(dá)6,000,000個。 二極管激光器 高性能二極管激光器是由許多個半導(dǎo)體激光器以光學(xué)的形式被組合到一起。一塊激光條形陣列（bar 條），包括了20到25個獨(dú)立的條，典型的大小約10mm x 0.6mm x 0.1 mm。激光條形陣列放置在由水循環(huán)冷卻的裝置中。目前在工業(yè)上所使用的這類激光條形陣列所得到的功率約為50W。通過對激光條形陣列適當(dāng)?shù)亩褩＃捎诠馐g的光學(xué)重疊作用，每個bar 條的激光功率累積合并到一起。這樣，如果結(jié)合了幾個堆棧，在波長790-980nm范圍內(nèi)就可以得到幾千瓦的功率。 然而，許多單個光束的組合影響了光束質(zhì)量和聚焦能力。這意味著，工件表面所能達(dá)到的功率密度與傳統(tǒng)類型的激光器相比來得低。目前這限制了高性能二極管激光器的應(yīng)用范圍。不過，它仍具有很多優(yōu)勢：二極管激光器結(jié)構(gòu)緊湊，它們?nèi)菀妆患傻浆F(xiàn)有的系統(tǒng)中，典型的二極管壽命期限可達(dá)到10,000小時，它們的效率水平高達(dá)25%。 Sonja Muller 產(chǎn)業(yè)工程碩士，服務(wù)于Rofin-Sinar Laser GmbH（www.rofin.com；s.mueller@rofin-ham.de）。 原載《工業(yè)激光解決方案》