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鈑金工藝中各激光技術的應用

發布時間:2017/9/5     信息來源:http://www.mediaworksasia.com   作者:激光切割機    0

激光加工技術的應用,不僅縮短了鈑金工藝的生產周期,還改善了鈑金工藝的產品質量。今天,東莞市AG亚游集团激光機械設備有限公司就對激光加工技術在鈑金工藝中的五種應用做一個簡單的介紹。

剪板、折彎、衝裁都是傳統的鈑金工藝方法,使用這些方法加工時必須要使用模具,一個產品的生產過程中需要配備的模具有幾十套上百套。大量使用模具,不僅增加了生產周期和資金成本,而且模具本身的回彈效應,還會降低產品加工的精確度,影響產品的重複性,還不利於生產工藝的變更,不利於生產效率的提高。隨著市場競爭壓力的增大,傳統鈑金工藝已不能夠滿足市場的需求,急需一種新型的加工方法來改變這種局麵。激光加工技術是一種全新的無模具加工技術,將激光加工技術應用到鈑金工藝中,能夠節省大量模具,縮短生產時間,減少生產成本,增加產品的精確度,是適應市場發展需要的新型工藝技術。

1、激光加工技術的特點

激光是一種相幹光源,具有單色性、平行性和相幹性的特點,能量密度高,方向性好。激光束聚焦在被加工材料表麵的某一點時,激光的光能會瞬間轉化為熱能,產生上萬攝氏度的高溫,再堅硬的材料都會在瞬間達到熔點溫度迅速熔化,溫度再繼續升高達到沸點,材料發生汽化,使得被切除的地方形成了一個小孔洞,被切除的餘料在汽化過程中被蒸發掉,沒有殘餘。激光加工材料的過程實際上是待加工材料局部因溫度急劇迅速升高持續發生液化和汽化現象的過程。

激光加工技術可以實現傳統的鈑金加工方法難以完成的零件加工。當要在一個箱體較大的鋼件上鑽許多大小不一的孔時,傳統鈑金工藝方法無法做到,但激光加工技術就能夠輕鬆完成。而且,在連續加工同樣的零件時,激光加工技術比傳統工藝技術的準確度更高,速度更快,市場競爭力更強。

在二維平麵中,激光加工更有柔性。例如在使用激光切割機切割時,工件是固定的,切割機的割頭是可移動的,這樣不僅可以避免加工出現死角,提高加工材料的利用率,還能夠簡化加工設備。激光加工設備不是靠控製零件、設置模具或改變加工路線來進行加工的,而是由計算機係統整體控製來完成的,因此,激光加工工藝中不存在刀具的磨損、變形等問題,過程可以能夠通過數控來完成,而且完成精度高,質量好。

2 、鈑金工藝中的激光加工技術

2.1 激光切割技術

近年來,激光切割技術的應用十分廣泛,據相關技術研究分析表明,激光切割技術占激光加工技術的近70%。激光切割機主要由激光器、機床主體和控製係統三大部分組成,常用於激光切割的有CO2激光器和YAG激光器,其特點是切割精度高。根據切割要求不同,激光光源的功率從5w到90KW不等,切割鈑金工件所采用的激光光源功率一般是在100W到1500W之間。當切口寬度要求在0.15mm至0.2mm之間時,激光光源的輸出功率應該小於1500W,此時激光光源的振蕩模式為單模振蕩,切割麵也會相對比較平整;當切口寬度在Imm左右時,激光光源的輸出功率應選擇大於1500KW,此時激光光源的振蕩模式為多模振蕩,切割麵會留下少許汙物。當在使用激光技術切割厚板時,則需要采用空氣、氧氣、氮氣等輔助氣體來配合完成,氮氣是一種惰性氣體,用它來輔助切割,能夠有效避免切麵發生氧化;在對厚度較大的板進行切割的時候,使用氧氣作為輔助氣體,能夠加快切割的速度。

激光切割工藝中可使用CAD技術結合CAM技術來提供加工工件所需要的工藝參數和加工信息,高效、連續地完成自動化切割和生產。激光切割不需要大量更換模具,工藝參數變更簡單,可廣泛應用於各種高硬度、高熔點、硬質、脆性、粘性、柔性材料及薄壁管件的切割,而且還具有切縫窄、速度快、熱變形小、切口平整的優良特性。

2.2 激光打孔技術

激光打孔技術是最早大規模運用到實際生產中的激光加工技術。和電子束打孔、超聲波打孔、電化學打孔、射流打孔、電火花打孔、機械打孔等方法相比,激光打孔技術明顯表現出了通用性強、效率高、成本低、效果好的優良特性,孔的平均精度為±0.02mm,表麵粗糙度Ra約為1.6μm,若是采用數控激光打孔,孔的精度能夠達到5μm,精確度極好。

在鈑金工藝中,激光打孔所采用的激光是功率密度為104至105KW/cm2的脈衝激光,作用時間隻有0.01至1μs,能夠加工出直徑為1μm的小孔。激光打孔技術不僅能夠精準地打出與表麵成各種不同角度的孔,而且對薄壁材料、複合材料、脆性材料、粘性材料等各種不同性質材料的工件都能夠打深小孔和微小孔。

在用激光技術對鈑金工件打孔時,孔直徑的大小主要取決於激光聚焦光斑的大小,通常可以通過激光的功率密度和鈑金工件的熱係數計算得到固體激光打孔的最大孔深。不是所有的工件都適合采用激光打孔。對於那些激光反射能力強、導熱性能好、熔點高蒸汽壓力低的工件,采用激光打孔效率很低;激光打孔的孔徑一般都在1μm至1.524mm之間,當孔徑大於1.524mm時,應該采用激光套料法打孔;在加工大孔和台階孔時,不能采用激光打孔。

2.3 激光焊接技術

激光焊接技術近年來迅速發展並廣泛應用於航天、航空、汽車工業中,可以焊接各種金屬、合金、複合材料和陶瓷材料。與傳統的焊接方法相比,激光焊接方法可使單位長度的焊縫在瞬間迅速獲得更大密度的能量,焊接速度更快,焊縫受到熱量和形變的影響更小,焊接頭的物理力學性能不會因焊接而變差。

當功率密度為100至1000KW/cm2的激光作用在金屬材料上,進行激光焊接的過程為:金屬熔化一產生液態熔池一形成空洞一金屬汽化一蒸汽壓力擴張一形成焊縫。激光焊接的焊縫深度及形狀受金屬材料的熱力學性能影響。一般情況下,激光束與液態熔池外表麵張角在70°左右時能量密度最大,焊縫深度也最大,此時連續激光焊接速度V與焊接深度H形成正比例關係。當激光焊接的輸出功率在0.1至5KW之間時,焊機速度V與輸出功率P呈線性關係。

2.4 激光成形技術

激光成形技術作為一種無模具成形的新技術近年來已有所發展。傳統的鈑金工藝成形方法有衝裁、彎曲和擠壓等,但這些方法對模具的依賴性很強,而激光成形技術讓鈑金工藝實現了無模具生產的可能,目前常用的激光成形技術有激光衝擊成形技術和激光彎曲成形技術。

激光衝擊成形技術是指利用激光對鈑金工件的覆蓋層進行照射,通過覆蓋層受熱蒸發產生衝擊波而達到使工件發生塑性形變目的的技術。在對工件進行激光衝擊成形操作之前,需要做以下準備工作:首先,在工件表而塗一層不透明的材料,如黑漆,形成覆蓋層;然後,在覆蓋層上方覆蓋一層透明物質,比如水,形成透明層。然後使用激光照射,激光透過透明層照射在覆蓋層上,覆蓋層吸收了激光的能量,一部分覆蓋層材料受熱蒸發後,仍然吸收著激光的能量,激光的能量轉化為蒸汽的內能,蒸汽立即變成了高壓氣體。由於透明層的限製,高壓氣體形成衝擊應力波,一部分作用在工件上,使工件發生形變,另一部分穿透透明層作用在工件表麵,使得表層產生殘餘壓應力,使工件表麵得到強化。雖然在這個過程中會有大量的熱量產生,但是一般工件表麵溫度隻有150攝氏度左右,而且持續的時間也隻有零點幾秒,材料的微觀結構沒有改變,激光衝擊成形技術是一種冷加工工藝技術,適合用於自動化生產中。

激光彎曲成形技術是指鈑金工件的局部表麵在激光光束的照射下受熱,再使用冷卻水等冷卻介質將工件迅速冷卻,使局部產生溫度應力而產生形變的技術。激光彎曲成形所需要的時間長短取決於工件的材料特性和工藝參數,零件的形變方式和形變程度是由計算機程序來控製的,故激光彎曲成形工藝中,要注意及時維護計算機數據庫和物理影響因素庫,確保信息的準確性和完整性。

2.5 激光刻蝕技術

由於激光刻蝕技術具有高效、節能、環保、無接觸、無磨損、靈活性高、標記永久的特點,激光刻蝕技術已廣泛應用於材料加工、製造、測繪、科研等眾多領域。在鈑金工藝中,若是要用激光刻蝕出理想的標記或符號,隻需要在控製係統中設置好程序和參數即可達到目的,產品完全由設計思路來控製,可做到成本可控,產品可控,經濟效益顯著,而且全過程無汙染,也符合綠色環保的要求。

結論

激光加工技術產品具有優質、高效、節能的優點,激光加工技術己逐漸使用到鈑金工藝生產中,但激光技術的全而推廣仍受技術理論和加工設備等因素的製約,許多方麵的應用還有待進一步深入。

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