德國(guó)SITEC工業(yè)技術(shù)公司（開(kāi)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(kāi)始為汽車工業(yè)大規(guī)模的淬火硬化零部件服務(wù)。每個(gè)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(gè)。 圖1：激光淬火系統(tǒng)激光淬火的優(yōu)勢(shì) 客戶對(duì)加工過(guò)程的要求嚴(yán)格的：標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱型工件上幾乎無(wú)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(guò)程后大小仍保持原樣，因?yàn)闆](méi)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(duì)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(guò)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(zhǎng)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(guó)，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(wú)氧化作用的淬火過(guò)程 （如圖3所示的）托盤系統(tǒng)用來(lái)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(guò)程的情況下裝卸零件。經(jīng)過(guò)一個(gè)圓形轉(zhuǎn)換臺(tái)，零件從托盤上被傳送到一個(gè)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(shuō)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(guò)程而且在過(guò)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(duì)稱性零件硬化的均一，整個(gè)加工過(guò)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(kāi)發(fā)伙伴 該系統(tǒng)的開(kāi)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(kāi)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(guò)程中，淬火溫度和加熱速度由在線檢測(cè)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(guò)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(guò)程的細(xì)屑，或者是溫度不對(duì)。這些值均被記錄下來(lái)，這樣該零件就作為不合格產(chǎn)品被挑出來(lái)。除了對(duì)過(guò)程進(jìn)行在線檢測(cè)，每千個(gè)就有一個(gè)被挑出，進(jìn)行金相檢測(cè)。 無(wú)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(kāi)始時(shí)就設(shè)了另一臺(tái)激光器作為備用。然而，據(jù)Wolf博士介紹，在整個(gè)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(tái)備用激光器就可以建第二個(gè)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(gè)。 二極管激光器 高性能二極管激光器是由許多個(gè)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(gè)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(guò)對(duì)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(gè)bar 條的激光功率累積合并到一起。這樣，如果結(jié)合了幾個(gè)堆棧，在波長(zhǎng)790-980nm范圍內(nèi)就可以得到幾千瓦的功率。 然而，許多單個(gè)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(lái)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(guò)，它仍具有很多優(yōu)勢(shì)：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(shí)，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》