论金属材料加工工艺中激光技术的应用

发表时间:2018/5/8   来源:《建筑学研究前沿》2017年第35期   作者:陈铨 杨峰
[导读] 近年来,在社会快速发展带动下,激光技术的应用、推广范围也在逐步拓展,并逐渐向工业、科研等诸多领域进行渗透。

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摘要:近年来,在社会快速发展带动下,激光技术的应用、推广范围也在逐步拓展,并逐渐向工业、科研等诸多领域进行渗透,并在很多行业都拥有较高的应用发展优势,尤其是金属材料加工中的应用,逐渐成为该行业不可或缺的发展因素。但就目前来看,该技术虽然在很多领域都得到广泛推广,但由于种种因素的制约,该技术在材料加工领域的应用价值还未得到充分发挥,还有待进一步挖掘。
关键词:金属材料;加工工艺;激光技术

 
        引言:激光加工技术是一种全新的无模具加工技术,将激光加工技术应用到金属材料加工工艺中,能节省大量模具,缩短生产时间,减少生产成本,增加产品的精确度,是适应市场发展需要的新型工艺技术。激光加工技术在钣金加工工艺中具有很重要的位置,大大提高金属加工工艺的劳动生产率,推动金属加工工艺的发展。
        一、激光技术在金属材料加工工艺中的应用
        1.1激光打孔
        激光打孔是激光技术材料加工中应用最早的激光技术,激光对板料进行打孔,一般采用的是脉冲激光,能量密度高、效率高。瑞士某公司利用固体激光器给飞机涡轮叶片进行打孔,可以加工直径从20μm到80m的微孔,其直径与深度比可达1:80,另外利用激光在一些脆性材料如陶瓷上加工一些微小的异型孔,直径可以达到0.001mm。1.2激光切割技术
        近年来,激光切割技术的应用十分广泛,据相关技术研究分析表明,激光切割技术占激光加工技术的近70%。激光切割机主要由激光器、机床主体和控制系统三大部分组成,常用于激光切割的有CO2激光器和YAG激光器,其特点是切割精度高。根据切割要求不同,激光光源的功率从5W到90KW不等,切割钣金工件所采用的激光光源功率一般是在100W到1500W之间。当切口宽度要求在0.15mm至0.2mm之间时,激光光源的输出功率应小于1500W,此时激光光源的振荡模式为单模振荡,切割面也会相对较平整;当切口宽度在1mm左右时,激光光源的输出功率应选择大于1500KW,此时激光光源的振荡模式为多模振荡,切割面会留下少许污物。当在使用激光技术切割厚板时,需采用空气、氧气、氮气等辅助气体来配合完成,氮气是一种惰性气体,用其来辅助切割,能有效避免切面发生氧化;在对厚度较大的板进行切割的时候,使用氧气作为辅助气体,能加快切割的速度。
        激光切割工艺中可使用CAD技术结合CAM技术来提供加工工件所需要的工艺参数和加工信息,高效连续地完成自动化切割和生产。激光切割不需要大量更换模具,工艺参数变更简单,可广泛应用于各种高硬度、高熔点、硬质、脆性、粘性、柔性材料及薄壁管件的切割,还具有切缝窄、速度快、热变形小、切口平整的优良特性。
        1.3激光焊接
        依据服务对象和使用器件的不同,激光焊接主要包括两种类型的机制,一种是深熔焊,主要应用于机械制造行业;另一种是传导焊,主要应用于电子电气行业。
        从目前的发展态势看,激光焊接技术不断渗透到汽车行业,为行业发展提供了必要的技术支撑。这种应用主要体现在以下方面:(1)传动件焊接。


激光焊接技术可满足汽车传动系统中70%的零件的焊接需求,与其它焊接技术相比,激光焊接不仅可提高零件的使用寿命,可降低零件的使用成本,体现其独特的应用价值。(2)焊接组合件。焊接组合件就是将分散的平板工件焊接成体、冲压成形。通过焊接组合件,既可以减少工件数量,也可以提高部件性能,还可以减轻车体重量,优化汽车的整体性能。
        激光焊接技术凭借其坚固性强的特点,还广泛应用于刀具、刃具、量具制造行业。如我国圆锯片的年产量超过1000万片,不仅满足建筑行业对高质量锯片的迫切需求,还保障国外锯片市场的有效供给。
        1.4激光表面热处理
        激光表面热处理主要表现在两个方面:(1)激光表面硬化。在激光表面硬化的作用下,马氏体的量会不断增加,导致零部件疲劳强度和耐磨性能的不断提高。同样是AISIl045型钢,在未经处理以前,钢的硬度仅为HRC35,而质量损耗却高达418mg。而在同等条件下,激光表面硬化会增加HRC20的硬度,同时降低304mg的能耗。激光表面硬化会极大提高物件硬度,降低物件质量损耗。现如今,激光表面硬化已不同程度地应用于汽车锭杆、凸轮轴、曲轴、缸套等物件的制造。从实际效果看,其不仅提高物件的使用寿命,还降低物件的制造成本。(2)激光熔覆与合金化。激光熔覆与合金化是以提升熔点的方式来增强加工材料的抗蚀性和耐磨性。该处理主要应用于熔点较低的材料。通过处理,使材料生成高熔点合金层,实现提升材料性能的目的。尽管激光熔覆与合金化有所区别,如涂层化学成分的变化趋向,但两者相辅相成,都是现实中不可或缺激光表面热处理方式。当前,激光熔覆与合金化主要应用于气门、阀门、齿轮齿面、铸铁模具等工件制造,为工件质量提供着实保障。
        二、激光技术在金属材料加工工艺中的应用前景
        (1)优化激光工作参数,建立健全加工作业数据库。激光照射具有一定的可控性。无论是激光照射时间,还是激光照射范围,亦或是激光照射强度,都可以通过人为干预予以控制。正是基于这种特性,激光加工具有明显的多元化特征。为了最大限度地发挥激光加工优势,可依据加工方式以及加工对象的不同,建立一套科学、合理、有效的工作参数,为激光加工提供可靠的标准。也要建立健全加工作业数据库,依靠完善的数据库信息来提高激光加工质量和加工效率。
        (2)大力发展激光多工位分时综合加工。从理论的角度讲,同一束激光源也可实现综合性的激光加工,该激光源能自主控制激光照射时间和能量密度。在这种情况下,不同工位上分时可实现多种方式的综合加工,激光切割、激光焊接、激光打孔、激光打标、激光表面热处理等激光技术能在同一台机械设备上完成,实现综合加工的效果。大力发展激光多工位分时综合加工,是激光加工技术发展的必然趋势。
        (3)努力实现激光加工的自动化和无人化。为尽可能节省人力消耗,提高加工效率,激光加工技术目前正朝着自动化和无人化的方向发展。而激光加工技术要想取得实质性地突破和发展,必须有强大的网络控制技术、自动控制技术、计算机生产辅助管理技术做保障。应完善相关的技术配套设施建设,努力实现激光加工的自动化和无人化。
        结束语:在新时期背景下,激光技术在金属材料加工工艺中的科学运用是一项极其系统的工程。为了不断增强其工程的时效性,必须要加强该技术的应用研究。不仅要对激光技术在该领域的应用现状进行全面分析,还要积极探究该技术的应用路径,才能将该技术的功效充分发挥出来,并进一步拓宽其应用前景,以助于推动金属材料加工事业的快速健康发展。
参考文献
[1]樊熊.金属材料加工工艺中激光技术应用分析[J].企业技术开发,2013,15:23-24.
[2]田延龙.激光技术在金属材料加工工艺中的应用探析[J].科技创新与应用,2013,10:25.
 

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