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激光加工在机械制造中的应用

2016/8/26    来源:互联网    作者:陈晓      
关键字:激光加工技术  机械制造  
介绍激光加工技术的特点及其在机械制造中的应用。

0 引言

    激光加工技术的核心是激光束与材料之间的相互作用,根据加工方式不同分为激光热加工和光化学反应加工,前者是利用激光束产生的热效应来进行加工操作,后者则是借助高密度高能光子引发的化学反应来完成加工。随着激光应用技术水平的提高,激光加工已成为激光系统的主要应用技术。并广泛应用于机械制造领域,发挥着重要的作用。

1 激光加工技术的特点

    激光加工是集智能化与先进性于一体的现代化技术,融合了激光原理、CAD技术及数控技术。激光加工技术的原理是借助激光束的高能密度性能在材料表面发挥物理作用,使材料表面发生一系列的形态变化。激光加工技术具有精准度高、无污染等优势,是其他制造加工技术所无法比拟和超越的。此外,激光加工技术还融合了电子、材料、工程传热等多种学科,智能化水平更高。

    与机械制造中的其他加工技术相比,激光加工浪费的材料少,规模化生产效益更高,而且对加工材料的适应性更强,可用于多种特殊材料的机械制造加工,对于其他传统加工技术无法触及的新型材料,也是采用激光加工技术进行处理。激光加工技术在机械制造中的主要特点:

    (1)功率大,材料吸收激光热量之后可在短时间内被熔化或汽化发生形态变化,即使材料的熔点较高也能被迅速改变。

    (2)激光头与加工件不会直接接触,因此不会产生磨损问题。

    (3)不仅可以对静态工件进行加工操作,而且可以对运动中的工件进行加工,即使材料被密封在其他物体内也可以加工。

    (4)在激光加工过程中,激光束受电子计算机控制,可以实现机械的精密加工,而且自动化程度较高。

    (5)激光加工可以实现机械化操控,在人为操作困难的环境下可以用机器人代替加工。

2 激光加工在机械制造中的应用

2.1 材料处理

    激光加工一般采用热处理及表面强化技术对材料进行处理,这两项技术可以使材料表面迅速加热升温,当接近熔点之后迅速发生形态变化,从而达到表面处理的目的。激光加工技术处理材料是对传统热处理技术的延伸,经激光加工处理之后的材料具有更强的抗疲劳性和耐腐蚀性。使用寿命也得以延长,材料的各方面性能得到全方面提升。激光加工对工件表面的处理应用使材料的物理性能获得很大提升,对于提高产品的市场竞争力具有重要意义。

    激光技术既可以单独采用,又可以与其他技术相结合创建一种新的材料处理模式,激光技术与CAD技术的结合开启了机械制造材料处理的新领域。CAD技术使用计算机系统来控制设计过程,完成零件造型设计工作,之后再采用激光技术按照设计好的造型方案进行加工处理。利用CAD技术建立的零件模型具有精确、直接等特征,可以简化复杂零件的制造难度,如果在设计过程中出现问题可以随时修改从而保证产品的完善性。机械制造对零件本身有着极其严格的要求,而且精密度要求非常严格,一些复杂曲面的加工难度也较大,联合使用CAD技术与激光技术可以轻松解决这一难题,降低生产难度,同时还可缩短研发周期,提高产品生产效率。

    打孔是材料处理加工中的重要环节,常见加工孔类型包括油孔、紧固孔、定位孔等。通孔质量对零件性能有重要的影响。激光加工的打孔效果优于传统机械打孔,而且孔壁更加平滑,圆度较高,如表1所示。激光加工下孔深、孔径随时间变化曲线如图1所示,可以看出,在激光打孔过程中,孔深和孔径在初始阶段都有大幅度的增加,而且随着时间的延长,两者增加的速度均有所减慢,减慢的原因是激光散焦能量降低,之后激光热源转向材料内部。此时的激光加工以去除多余材料为主,孔深和孔径的变化都较小。因此,与传统机械打孔方式相比,激光加工不会出现热削热不易传散、排屑困难的情况。

表l 激光加工和机械加工打孔在孔径和孔壁粗糙度

表l 激光加工和机械加工打孔在孔径和孔壁粗糙度

图1 激光加工下孔深、孔径随时间变化曲线

图1 激光加工下孔深、孔径随时间变化曲线

2.2 材料修复

    激光熔覆技术采用不同的填料方式在材料表面放置涂层材料,并经激光照射之后使涂层材料和材料表面薄层同时熔化,从而改善材料的耐磨、耐热、耐腐蚀等物理性能。经过表面修复处理的材料硬度可以提升几倍甚至几十倍,如#60钢经碳钨激光熔覆处理后,硬度可以达到2200HV以上,耐腐蚀性也提升为原来的20倍。不仅如此,激光熔覆技术不会影响材料基体的性质,从而有效节约珍贵材料,经济效益显著。采用激光熔覆技术对材料表面进行修复可以大大提高制备材料的各方面性能,使生产制备出来的产品更加符合生产要求。同时也可以用于有特殊要求材料的生产制造,如用于航天器的原材料制备等。

3 激光加工对未来机械制造的影响

    现阶段激光加工技术在机械制造领域尚未得到完全普及,激光加工应用方面仍然存在许多不足。机械制造行业对新鲜事物的接受需要一个过程,在此过程中,有关政府部门应加大对加工技术应用优势的宣传力度。使人们对激光技术有一个全面、系统的了解。要使激光加工技术发挥预期作用,必须严格掌握激光加工技术的各种操作方法,在保证安全生产的前提下促使激光技术发挥最大的功效。此外,在机械制造过程中还应当充分了解材料生产的要求与标准,明确未来机械制造的发展方向,使激光加工技术更好地满足机械制造生产。良好的市场环境和政策环境为激光技术在机械制造领域的发展应用创造了有利条件,其成本也能被各生产企业所接受。是一种合理有效的加工方式。对机械制造产业的发展有着明显的促进作用。可有效改善当前机械制造的各种不足,提高生产效率和产品质量。

责任编辑:屈婷婷
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