[00119546]机械零部件激光切割/熔覆工艺及装备研发

泵阀、模具、汽车零部件、五金制件是温州地区的主要制造产业,其产品涵盖石油、化工、电力、冶金、汽车、机械设备、船运等生产生活的各个领域。面向大型机械零部件板类零件的大台面激光切割机具有高精度、环保、可加工板材尺寸和厚度大等特点,在冶金、汽车和船舶等行业有广泛的应用需求,正逐步替代目前用于切割中厚板的等离子切割机和火焰切割机。改造和提升传统阀门、模具行业的加工制造水平,增强阀门和模具的耐磨性、密封性和可靠性,对提高其产品的科技含量,提升我国高端阀门、模具产品在国际市场上的竞争力和地位具有重要意义。 在浙江省科技计划项目（2008C31004）“重大装备高温球阀纳米颗粒／陶瓷硬密封关键技术研发”、温州市科技计划项目（G20060134）“激光原位合成陶瓷涂层强化高温金属硬密封球阀”、温州市科技计划项目（G2004085）“激光修复金属模具工艺技术的开发及应用”、浙江省公益技术研究工业项目（2011C21067）“节能型无磁高强度铝合金电力金具的研制”、温州市重点科技创新团队子项目（C20120002-5）“激光曲面标刻技术与装备”、上海市科委登山计划（05DZ22003）“材数控激光高速切割关键技术与装备研究”、上海市科技攻关项目（06DZ11418）“面向船舶行业的大台面机载式数控激光切割关键技术与装备研究”、上海市项目（07HJC4054）“SLCF-XL大台面数控激光切割机”、上海市高新技术成果转化项目（A级200806338）“SLCF-XL3090大台面机载式数控激光切割机”、国家发改委电子信息化产业专项（发改投资2012（1537）号）“大台面数控激光切割机关键技术研究及产业化”等项目的资助下,本课题开展了机械零部件激光切割/熔覆工艺及装备有关研发工作,取得成果如下： （1）开发SLCF-XL和SLCF-L两款大台面数控激光切割机产品,配置2-6kw的CO2激光器,碳钢板切割厚度为12-25mm,最大有效加工范围达到3600×30000mm。根据市场需求,拓展开发出高速激光切割数控机床、管材激光切割数控机床、模切板激光切割数控机床等系列拓展产品。 （2）研发了系列机械零件激光切割工艺数据库。解决清梳联成套设备生产加工周期长,废品率高,尤其是铸造工艺污染大,能耗高。实现了85%零件的“以钢代铸”,与传统了铸造成形工艺相比,节约成本30％,缩短生产时间50％,降低了能源消耗25％,增加产品附加值20～30％。 （3）开发了具有防碰撞功能的双镜座自动调焦大功率激光切割头和手动调焦大功率激光切割头两款产品,填补了国内空白。该切割头可安装5英寸或 7.5英寸两种聚焦镜,通过编程或手动方式调节镜片高度,能够自动检测径向平面内任意角度的碰撞。 （4）针对高压情况下亚音速喷嘴辅助气体流场不稳定的难题,开发了两款拉瓦尔结构的超音速喷嘴,首次在中厚板激光切割上批量应用,改善了激光切割工件的端面质量;开发了长光路自动补偿装置,避免减少光路长度变化对切割质量的影响。 （5）在超精密微细切割领域,提出基于自由曲面振镜投影加工原理,设计一种创新的自由曲面激光标刻机原型设备,并研究了典型材料的激光精密切割、刻蚀加工工艺。开发了面向大幅面激光切割的自动编程软件与数控系统,解决了大幅面板材整体编程与分区域切割的定位、衔接与控制难题;开发了嵌入式激光切割机数控系统。 （6）采用激光熔覆技术制造高端阀门金属硬密封组件,设计的涂层材料能满足激光处理工艺和球阀使用性能的要求,通过高能激光束辐照合成含有纳米硬颗粒相的高硬度金属陶瓷优质密封涂层,以替代进口球阀密封组件并将其国产化。 （7）采用的激光熔覆再制造技术,实现了多种金属模具的修复,熔覆层的厚度可控、涂层与基体金属可实现牢固的原子冶金结合等特点,同时激光器加工机床配有先进的数控加工系统,可对任意曲面（包括球面）进行自动熔覆加工,工艺过程自动化程度较高。 本课题已获授权发明专利9件、实用新型专利21件、外观设计专利1件和软件著作权7项;公开实审专利14件,发表学术论文40篇,其中SCI/EI收录26篇,出版著作2部;培养博士生3名,培养硕士生18名。课题所研发的重大装备板类零件激光精密切割系列装备整体水平达到国内领先,占据国内细分市场主要份额,最近三年累计销售104台套,新增产值3亿元,新增利润1亿元,实现出口。激光熔覆高温球阀硬密封关键技术及金属模具修复技术,改造和提升了传统阀门、模具业的加工制造水平,满足了汽车、工程机、械船舶等行业的转型升级技术改造需求,具有广阔的市场应用前景。