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项目名称 ：金刚石工具激光焊接技术及装备的研究 开发及产业化 申报企业 ：江苏益林金刚石工具有限公司 技术依托单位 ： 华中科技大学

江苏省科技成果转化专项资金项目. 项目名称 ：金刚石工具激光焊接技术及装备的研究 开发及产业化 申报企业 ：江苏益林金刚石工具有限公司 技术依托单位 ： 华中科技大学. 华中科技大学 --- 江苏益林金刚石工具 邓前松 2011.03.25. 提 纲. 一、立项背景 二、项目目标 三、项目技术基础 四、项目市场营销网络 五、项目资金状况 六、项目团队 七、项目前景. 立项背景. 激光焊接金刚石锯片源于欧美国家，全球形成了年产值 50 亿美元的巨大产业，我国每年出口近 1 亿美元，国际市场巨大；

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项目名称 ：金刚石工具激光焊接技术及装备的研究 开发及产业化 申报企业 ：江苏益林金刚石工具有限公司 技术依托单位 ： 华中科技大学

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Presentation Transcript

  1. 江苏省科技成果转化专项资金项目 项目名称：金刚石工具激光焊接技术及装备的研究 开发及产业化 申报企业 ：江苏益林金刚石工具有限公司 技术依托单位 ：华中科技大学 华中科技大学---江苏益林金刚石工具 邓前松 2011.03.25

  2. 提 纲 一、立项背景 二、项目目标 三、项目技术基础 四、项目市场营销网络 五、项目资金状况 六、项目团队 七、项目前景

  3. 立项背景 • 激光焊接金刚石锯片源于欧美国家，全球形成了年产值50亿美元的巨大产业，我国每年出口近1亿美元，国际市场巨大； • 我国金刚石工具厂家约3500家，每年用于金刚石锯片激光焊接及配套设备的进口花费近千万美元,大部分厂家急需性价比高，运行成本低的适合中国国情的激光焊接设备；

  4. 立项背景（续） • 与德国、美国等先进工业国家相比，我国在激光焊接金刚石工具领域整体差距很大。为增强我国金刚石工具制造业的国际竞争能力，扩大出口，并研制国产设备取代昂贵的进口设备，必须研究金刚石工具激光加工领域存在的许多理论和技术难题,真正开发出我国具有自主知识产权的金刚石工具激光加工技术与设备。

  5. 结论 • 机遇（市场容量巨大） • + 挑战（集成装备和核心单元技术差距大）

  6. 项目目标 • 低噪音环保型激光焊接金刚石工具 • 新一代全国产化射频板条激光焊接装备 目标产品

  7. 低噪音环保型激光焊接金刚石工具 带有消音缝锯片的设计与激光切割技术 ● 超细缝的形状与分布、锯片应力分布对消音效 果的影响； ● 超细缝的激光精密切割工艺参数的研究; ● 激光切割后材料性能检测，包括应力应变分布 和纠正、强度变化、切口质量微观分析。

  8. 激光切缝降噪研究 • 利用ANSYS分析软件首次对金刚石锯片的振动模态进行了深入分析，为激光切缝消音锯片的设计提供了理论依据； • 采用正交实验方法设计了具有最佳消音效果的激光切缝图形； • 建立了激光精密切缝的工艺参数体系，最佳消音效果达到17dBA； • 消音金刚石锯片获得国家新型实用专利授权。

  9. 模态理论分析 固有频率和模态振型是物体的固有属性，锯片上各点振动速度和振幅取决于外界的激励。 振动结构表面辐射的声功率为 Wr＝ν2Aρ0Cσr ν—辐射面法向振动速度（一定时间内对整个振动面的平均值）；A—辐射面积；ρ0—空气密度； C—空气中声速；σr——辐射效率。

  10. 锯片工作时受力比较复杂，既有摩擦力，又有冲击力。在同等的外界条件下，激光切缝基体的锯片阻尼大于普通锯片，振动在锯片中的传播受阻，耗散了部分振动能量，所以锯片上质点振动幅值会减小，辐射效率降低，从而降低噪声。锯片工作时受力比较复杂，既有摩擦力，又有冲击力。在同等的外界条件下，激光切缝基体的锯片阻尼大于普通锯片，振动在锯片中的传播受阻，耗散了部分振动能量，所以锯片上质点振动幅值会减小，辐射效率降低，从而降低噪声。

  11. Φ300锯片典型振动模态（1）

  12. Φ300锯片典型振动模态（2）

  13. Φ300锯片典型振动模态（3）

  14. 激光切缝设计 耳型花纹切缝丝型花纹切缝

  15. 钢琴型消音切缝图M型消音切缝图

  16. W型消音切缝S型消音切缝

  17. 正交试验优化组合图形

  18. 激光精密切缝工艺参数

  19. 金刚石锯片激光切割系统

  20. 4KW 轴快流CO2激光器（用于激光切割） • 插入CP激光器

  21. 宜昌－－金刚石锯片基体激光切割机

  22. 带消音缝锯片实物 激光切缝锯片基体设计 激光精密切缝实物

  23. 激光切割消音缝锯片实物

  24. 激光切缝消音锯片效果测试

  25. 激光切缝降噪研究对比

  26. 新一代全国产化射频板条激光焊接装备 ●自主开发的具有国际先进水平的2KW射频板 条CO2激光器 ●高精度光束转换及反射式聚焦系统，焊接 工位为自动三工位、多功能（可焊斜齿）、 分时享用，激光能量利用率100％ ●粉末冶金材料激光焊接工艺数据库

  27. 新一代全国产化射频板条激光焊接装备 关键技术： 新一代全国产高稳定性准基模射频板条CO2激光器；稳定---非稳定波导光学谐振腔；柱面镜光束整形技术；金属反射式聚焦系统；专用焊装夹具。 系统特点： • 系统稳定性好； • 价格为进口设备的1/3，无He运行，成本低； • 操作方便，生产效率高，焊接效率超过25片/小时，高于进口全自动设备； • 具备进口设备所不具有的锯片钻头焊接一体化功能。

  28. 新一代全国产化射频板条激光焊接装备

  29. 新一代全国产 2KW射频板条CO2激光器

  30. 金刚石工具焊接系统配套2KW射频激励CO2激光器达到技术质量指标金刚石工具焊接系统配套2KW射频激励CO2激光器达到技术质量指标

  31. 已解决的核心单元技术 板条扩散冷却的水冷通道结构 射频气体放电条件下的气体成分配比 气体分解测试及自动冲排气结构 稳定——非稳波导混合谐振腔结构 稳定—非稳谐振腔的光学镜片加工方法 柱面镜光束整型结构及调整方法

  32. 三工位焊接系统俯视示意图

  33. 三工位光路转换器原理图

  34. 反射式聚焦系统

  35. 专用焊装夹具 比德国TUSCH同类夹具效率更高

  36. 粉末冶金材料激光焊接等离子体机理研究 • 等离子体对激光的吸收、散射、折射； • 粉末冶金材料配方及烧结工艺对光致等离子体特性的影响及其复杂性； • 等离子体控制：侧吹辅助气体种类、喷嘴结构参数、位置参数对等离子体控制的影响。

  37. 等离子体临界激光功率密度与时间的关系

  38. 材料可焊性研究 A. 过渡层材料 要具有良好的可焊性并与金刚石层能进行整体烧结。 不含有锡、铜等低熔点金属和金刚石，主要由Fe、Co、Ni、Mn、Si、Cr等元素组成，并根据金刚石层的配方要求进行调整。 B. 基体材料 可焊性，红韧性：30CrMo，50Mn2V

  39. 过渡层材料配方及烧结工艺研究

  40. 预合金过渡层烧结后金相组织（500×）

  41. 角焊缝 激光的入射角选在4°～11°左右； 偏移量约为0.2mm～0.25mm

  42. 优化激光焊接工艺参数

  43. 焊缝强度检测 研制了专用焊缝强度检测仪，检测效果与德国同类相当，但重量更轻，已获国家专利。

  44. 焊接强度试验数据及结果 结论：超过国际MPA标准

  45. 金刚石锯片激光焊接工艺研究

  46. 激光焊接金刚石锯片现场

  47. 激光焊接各种金刚石锯片

  48. 金刚石工具激光焊接技术质量指标

  49. 激光焊接设备技术指标对比

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