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激光加工技术在工程机械制造中的应用探讨

2016/5/27    来源:互联网    作者:尹杰  董松金  刘言学  姜立勇      
关键字:激光加工技术  激光焊接  工程机械  制造技术  
介绍激光加工技术,分别阐述激光切割、激光打标和激光焊接相对于传统制造技术所具有的优势,重点探讨推土机主机架激光填丝焊、变速器齿轮激光焊,以及利用激光焊接技术实现工程机械驾驶室的流线型设计的可行性。阐述激光加工技术在未来制造业发展中的重要性。

    人类文明进步的历史,总是与制造技术的发展与进步紧密联系在一起的。大功率激光以“光能源”和“光工具”作为新加工手段应用于材料加工,引领制造加工技术进入激光制造的时代,提升了传统制造业的技术水平,带来了产品设计、制造工艺和生产观念的巨大变革,并正在引发一场制造技术的革命。

    激光制造技术可以完善地解决不同材料的加工、成型和精炼等问题。从最小结构的计算机芯片到超大型的飞机和舰船,激光制造都将是不可或缺的重要手段。自20世纪70年代大功率激光器件及配套制造系统出现以来,激光加工技术经过几十年的发展,已形成了激光焊接、激光切割、激光打孔、金属零件激光直接成形、激光打标等十几种应用工艺。与传统的加工方法相比,激光加工具有最大限度地集中能量、易于操作、高柔性、高效率、高质量、节能环保等优点,已在汽车、机械、电子、航空航天、船舶等工业部门广泛应用,几乎涵盖了国民经济的所有领域,被誉为“制造系统共同的加工手段”。

    目前我国的工程机械行业在世界工程机械行业中已经占有重要一席,徐工、山推股份、三一、中联重科、柳工等均在各自优势产品上具有一定的竞争力。但是要成为工程机械强国,我们还需不断提高生产效率和生产质量,开发新工艺,提升产品的设计能力和创新能力。目前国内工程机械的一些龙头企业已经开始关注并使用激光加工这种新技术,用于加快产品开发,提高产品的核心竞争力。

    本文结合工程机械产品的制造特点,分析激光切割和激光打标技术在工程机械制造中的应用优势,重点探讨激光焊接技术在行业中应用的可行性及发展前景。

1 激光切割在工程机械行业中的应用现状

    众所周知,工程机械行业加工的主要材料是大幅面厚钢板,调查显示,对于16mm及以下厚度的碳钢板材切割,国外重工企业已经普遍采用大幅面激光切割取代等离子切割方式,原因如下:

    (1)激光切割精度更高。采用等离子切割板材误差在1mm左右,而激光切割板材精度能够达到0.1mm。

    (2)激光切割断面质量更好。激光切割的断面非常光滑,适合后期焊接,而等离子切割的断面往往需要打磨才能进行焊接。

    (3)激光加工生产成本低。激光切割机一次性投入较大,但是在后期加工过程中,损耗低,易损件少,与等离子切割机相比,后期消耗成本大幅降低。以一台大幅面激光切割机和一台同幅面等离子切割机运行消耗为例,等离子切割机的消耗为75元/h,激光切割机消耗仅50元/h。

    目前日本的工程机械行业已经将激光下料作为标准工艺手段,大大提高了新产品开发速度,提升了产品品质,使企业竞争力进一步增强。这种技术趋势也开始引起国内工程机械行业的关注。如三一集团要求各分子公司按照能用激光就用激光、不能用激光再用等离子的基本原则,提出需求计划,通过集团统一采购。通过2008年和2009年的引进,现在三一重工共引进了激光切割机15台套,主要应用在昆山重机、沈阳三一、宁波三一等企业,并确立了在三年内引进27台套大幅面激光切割机计划。此外,国内工程机械的其他骨干企业如徐工、山推等也相继引进了激光切割机。但相比国外已经成熟的标准化应用,国内行业对此技术的应用推广仍显缓慢。

    总之,从全球范围看,大幅面激光切割机已经成为重工企业加工方式的首选新型设备。

2 激光打标技术在工程机械中的应用

    目前工程机械产品各个部位都要进行标记,标识的内容包括条码、产品序列号、公司标志以及生产日期等。对于生产厂家创造品牌效应起到非常重要的作用。现在行业内大多采用传统的气动打标机,该打标方式字迹模糊、速度慢、噪声大,打标针头、高速气动阀、铜套等经常损坏,备件消耗量较大,不利于现代化的生产模式。

    激光打标技术是激光加工的应用领域之一。它是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料气化或产生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记的一种打标方法。

    激光打标技术作为一种现代精密加工方法,与传统的打标方法相比,具有以下优势:

    (1)采用激光打标方法,与工件之间没有力的作用,具有无接触、无切削力、热影响小等优点,保证了工件的原有精度。同时,对材料的适应性较广,可以在多种材料的表面制作出非常精细的标记且耐久性非常好。

    (2)激光的空间控制性和时间控制性较好,对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大,特别适用于自动化加工和特殊表面加工。

    (3)激光刻划精细,线条可以达到mm到μm量级,采用激光标刻技术制作的标记仿造和更改都非常困难,对产品防伪极为重要。

    (4)激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备,可以打出各种文字、符号和图案,易于用软件设计标刻图样,更改标记内容,适应现代化生产高效率、快节奏的要求。

    (5)没有污染源,是一种清洁无污染的高环保加工技术。

    激光打标技术已被广泛地应用于各行各业,为优质、高效、无污染和低成本的现代加工生产开辟了广阔的前景。相信其在改善打标生产环境,提高工程机械品牌形象,建立现代化企业过程中具有重要的推进作用。

责任编辑:屈婷婷
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