激光加工技術(shù)在金屬加工工藝中應(yīng)用
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摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,激光技術(shù)在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。通過對我國金屬加工業(yè)的調(diào)查,可以發(fā)現(xiàn),激光技術(shù)在金屬加工業(yè)中應(yīng)用廣泛。本文深入分析了激光技術(shù)在金屬加工中的應(yīng)用原理,并在此基礎(chǔ)上更全面地闡述了激光技術(shù)在金屬加工中的應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞:激光加工技術(shù);金屬加工;應(yīng)用
工業(yè)化生產(chǎn)、生產(chǎn)加工對精度的要求越來越高。在這種情況下，如何生產(chǎn)精密加工的金屬復(fù)合材料零件成為金屬復(fù)合材料制造企業(yè)必須解決的關(guān)鍵問題之一。在眾多金屬復(fù)合材料的生產(chǎn)加工中，激光設(shè)備因其加工高效率、高精度而被廣泛運(yùn)用。在使用激光設(shè)備加工金屬材料的全過程中，必須科學(xué)研究實(shí)際的運(yùn)用方式和加工關(guān)鍵技術(shù)對策，為激光切割設(shè)備的合理應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
一、激光技術(shù)在金屬加工中的應(yīng)用原理
激光發(fā)生器在金屬復(fù)合材料生產(chǎn)中的關(guān)鍵應(yīng)用的基本要素是利用激光發(fā)生器的單色性、相關(guān)領(lǐng)域的特性和垂直平面將激光發(fā)生器的焦點(diǎn)調(diào)整到光纖激光切割或電弧焊電焊焊接。在這一點(diǎn)上，基本上，金屬復(fù)合材料創(chuàng)造了一種必須加工的原材料。員工可以利用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)來精確生產(chǎn)和加工金屬復(fù)合材料。此外，激光發(fā)生器的操作可以通過獨(dú)特的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。因此，可以精確控制部分金屬復(fù)合材料的熔化。在金屬材料加工中應(yīng)用激光器的關(guān)鍵基本原理是利用激光器的線形散播特點(diǎn)以及產(chǎn)生高溫的工作能力。除此之外，在金屬材料加工全過程中能夠調(diào)整激光器輸出功率和抗壓強(qiáng)度，形變的最重要要素是激光器聚焦點(diǎn)的抗壓強(qiáng)度和加工加工工藝。從總體上，在加工全過程中，務(wù)必依據(jù)金屬材料產(chǎn)品工件的規(guī)格、溶點(diǎn)和抗壓強(qiáng)度的轉(zhuǎn)變來調(diào)節(jié)激光器對焦抗壓強(qiáng)度。務(wù)必高度重視加工中的每個(gè)要素，僅有那樣才可以確保金屬材料加工的精密度和品質(zhì)。
二、激光技術(shù)在金屬加工中的應(yīng)用優(yōu)勢
目前，激光是相干光源，通常具有相干性和單色性等重要特性，如正常定向井、高強(qiáng)度和高功率。另外，當(dāng)前的激光如果聚焦在表面處理材料之前的某個(gè)點(diǎn)上，它具有瞬間逐漸轉(zhuǎn)化為熱能和光能的作用，反之，則加熱到幾萬攝氏度。此時(shí)，即使是最堅(jiān)固的材料也能承受高溫和熔化。同時(shí)，物料中的溫度會升高，蒸發(fā)現(xiàn)象會產(chǎn)生小孔，整個(gè)生產(chǎn)過程中去除的部分和剩余的物料會逐漸蒸發(fā)蒸發(fā)，不留任何殘留物。實(shí)際上，它是局部激光加工材料在材料加工過程中由于溫度的急劇上升而迅速液化和蒸發(fā)的連續(xù)過程。激光加工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鈑金加工方法難以完成零件加工。當(dāng)箱體內(nèi)鋼材鉆孔尺寸較大時(shí)，傳統(tǒng)的鈑金加工方法無法進(jìn)行，但激光加工技術(shù)可以輕松完成連續(xù)加工，在同一領(lǐng)域，激光加工技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)更準(zhǔn)確、更快速、在市場上更具競爭力。在二維層面上，激光加工更加靈活。例如，在激光切割機(jī)的使用中，工件是固定的，而切割機(jī)的切割頭是移動的。這樣既可以避免加工中的死角，提高材料利用率，又可以簡化加工設(shè)備。激光加工設(shè)備的加工不是由控制部分、模具創(chuàng)建或加工路徑改變，而是由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作為一個(gè)整體來完成的。因此，激光加工技術(shù)不存在儀器磨損、變形等問題。這個(gè)過程可以通過CNC來完成。表面處理精度高，質(zhì)量好。通過研究可以發(fā)現(xiàn)，激光技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬材料加工的主要原因在于其加工速度快、加工精度高、加工質(zhì)量好。本文將對上述各方面的優(yōu)勢進(jìn)行綜合分析和詳述。
（一）加工速度快
與傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工專長相比，激光切割設(shè)備在金屬復(fù)合材料生產(chǎn)加工中最重要的專業(yè)優(yōu)勢就是生產(chǎn)加工速度更快。與光纖激光切割相比，專業(yè)的生產(chǎn)加工速度優(yōu)勢更加明顯。根據(jù)對金屬材料加工中零件加工的科學(xué)研究能夠發(fā)覺，在零件加工中，激光發(fā)生器的功率與金屬復(fù)合材料的光纖激光切割速度成正比。在整個(gè)生產(chǎn)加工過程中，光纖激光切割機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用可以快速生產(chǎn)多種金屬復(fù)合材料和非金屬材料，光纖激光切割機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用可以快速生產(chǎn)復(fù)雜零件，基本保證了生產(chǎn)的精度。
（二）激光技術(shù)加工精度高
在應(yīng)用激光技術(shù)加工金屬材料的全過程中，金屬材料零件對激光切割或焊接工藝的加工精密度規(guī)定很高。激光發(fā)生器照射零件表面后，零件表面會部分熔化。能夠根據(jù)精準(zhǔn)管理程序調(diào)節(jié)抗壓強(qiáng)度和相對密度來較為金屬材料零件表面的部分熔化部位和熔化溫度。與傳統(tǒng)式焊接工藝對比，激光焊具備更強(qiáng)的選擇性。在金屬焊接和金屬材料復(fù)合光纖線光纖激光切割的整個(gè)過程中，激光發(fā)生器的應(yīng)用將減少氬弧焊和弧焊整個(gè)過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)。并基本維護(hù)了員工的健康和生命安全。此外，由于可以精確控制金屬物質(zhì)的局部熔化，因此金屬工件其他部分的性能不會因溫度升高而發(fā)生變化。在此基礎(chǔ)上，可以更加穩(wěn)定地保證金屬材料的焊接精度和性能。
（三）加工質(zhì)量好
激光技術(shù)在加工精度高的基礎(chǔ)上，可以提高金屬材料的加工質(zhì)量，快速準(zhǔn)確地切割和焊接高熔點(diǎn)金屬材料。在此基礎(chǔ)上，可以對一些熔點(diǎn)較高的金屬材料進(jìn)行更高的加工精度和質(zhì)量。其次，利用激光技術(shù)加工金屬材料，能夠較大水平地操縱金屬材料的部分熔化經(jīng)營規(guī)模。因而，在激光切割或電焊焊接后，金屬材料產(chǎn)品工件表面產(chǎn)生的凸凹不平面較少。從這個(gè)角度看，激光切割設(shè)備不僅可以提高金屬復(fù)合材料的生產(chǎn)質(zhì)量，還可以提高金屬復(fù)合材料的生產(chǎn)效率。
三、激光技術(shù)在金屬材料加工中的應(yīng)用
由于其激光方向性好、功率大、單色性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，自1960年代初以來，這項(xiàng)任務(wù)就已在世界范圍內(nèi)共同完成，并一直高度重視該領(lǐng)域的科學(xué)研究。激光技術(shù)推動了許多領(lǐng)域的快速發(fā)展，尤其是在任何應(yīng)用領(lǐng)域的加工成果。激光加工是指激光在表面引起物體形狀或物體性能改變的過程。根據(jù)光與物質(zhì)相互作用的機(jī)理，激光加工大致可分為激光熱處理和光化學(xué)反應(yīng)加工兩大類。激光熱處理是指由于激光對材料的快速加熱作用而對身體進(jìn)行的各種處理，光化學(xué)反應(yīng)處理是指用高強(qiáng)度、高亮度的激光控制作用于身體并引起光化學(xué)反應(yīng)的過程，也稱為冷加工。對冷熱金屬材料和非金屬材料的切割、鉆孔、鉆孔和掃掠，如熱處理金屬材料的焊接、表面強(qiáng)化、還原非常有利。
（一）激光技術(shù)在金屬材料切割中的應(yīng)用
在金屬復(fù)合材料的生產(chǎn)加工中，選用單脈沖納秒光纖激光器，平均功率72w，最大輸出功率13kw。光偏轉(zhuǎn)和聚焦由3軸激光偏移系統(tǒng)軟件在400x400平方毫米的工作區(qū)域內(nèi)填充。整個(gè)遙控過程的前兩級允許特殊幾何形狀的斷開，而第三級則保持工作中場計(jì)劃的重點(diǎn)，以確保大約90μm的恒定光斑尺寸。切割步驟在兩種不同的濕度條件下完成，初始露點(diǎn)為-30°C和初始露點(diǎn)為-15°C。由于整個(gè)工廠都在干燥的房間里，這樣的露點(diǎn)加工可以順利地進(jìn)行。為了降低與空氣緩慢發(fā)生化學(xué)變化的危害，測試樣品立即進(jìn)行了泄漏分析解決，在-30℃時(shí)仍處于泄漏點(diǎn)。出于安全考慮，金屬復(fù)合材料是在平整的噴砂厚鋼板上進(jìn)行激光切割的，切割區(qū)域有凹槽，避免與鋼板相互作用。將激光聚焦在與鋼板相同的平面上。在尋找金屬激光切割材料的過程中，分析了厚度為50μm的高純金屬復(fù)合材料，分析了單脈沖對激光切割刀片質(zhì)量的影響?？紤]了不同的激光切割速率、單脈沖重復(fù)頻率和露點(diǎn)。為了確保切削刃的重復(fù)性評估，使用光學(xué)顯微鏡和激光掃描顯微鏡進(jìn)行分析。顯示高熔體熔融成形的熔體噴涂是所得切削刃的常見特征。低熔點(diǎn)和較小的熔融預(yù)制坯寬度是良好切割邊緣的特征。建立激光切割速度的損傷是激光設(shè)備的主要內(nèi)容。因此，為了更好地能夠更好地提高金屬復(fù)合材料的激光切割效率。由于光斑尺寸保持不變，高功率射頻和低功率射頻將產(chǎn)生高功率射頻。激光切割可以有效利用編程軟件的優(yōu)勢，大大提高板材的利用率，減少材料的使用和浪費(fèi)，同時(shí)降低勞動強(qiáng)度和勞動力，達(dá)到預(yù)期效果。改進(jìn)，另一方面，卸載功能可以省略切割環(huán)節(jié)和板材切割，有效減少夾料，減少額外的加工時(shí)間。因此，它促進(jìn)了切割程序的最合理安排，有效地提高了加工效率，節(jié)省了材料；在不斷增長的市場環(huán)境中，快速的產(chǎn)品開發(fā)意味著市場。激光切割機(jī)的應(yīng)用可有效減少模具使用次數(shù)，節(jié)省新產(chǎn)品開發(fā)周期，提升其開發(fā)速度和步伐。激光切割后的零件質(zhì)量非常好，明顯提高了生產(chǎn)效率，有利于小批量生產(chǎn)，有效保證了產(chǎn)品開發(fā)周期的縮短、市場氛圍、激光切割的應(yīng)用、尺寸落料模具定位準(zhǔn)確，可廣泛用于未來的大規(guī)模生產(chǎn)。床下地基扎實(shí)。鈑金加工工作，幾乎所有類型的痘痘都需要精加工手術(shù)，激光切割機(jī)和直接焊結(jié)組裝，所以激光切割機(jī)的應(yīng)用減少了工序和工期，有效提高了工作效率，可以實(shí)現(xiàn)勞動強(qiáng)度和雙倍提高降低加工成本，促進(jìn)工作環(huán)境的改善，大大加快開發(fā)進(jìn)步速度，減少模具投資，有效降低成本；激光切割機(jī)在鈑金加工和干燥中的廣泛應(yīng)用，可以大大縮短新產(chǎn)品的加工生產(chǎn)周期，大大減少模具等方面的投資；顯著提高工人的加工速度，節(jié)省不必要的加工工序；同時(shí)在工業(yè)加工中應(yīng)用廣泛，激光切割機(jī)可有效加工各種復(fù)雜零件，提高精度，有助于縮短加工周期，提高加工精度，直接省去沖壓模具更換工序，提高勞動生產(chǎn)率。
（二）激光技術(shù)應(yīng)用中短路問題的規(guī)避
熔化金屬化學(xué)物質(zhì)的總寬是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢特點(diǎn)，由于處在熔融狀態(tài)的金屬化學(xué)物質(zhì)早已徹底遷移到成型情況。因?yàn)樘幵谌廴跔顟B(tài)和高溫、礦物與水、氧乃至氮的相互影響提升，而氮是研究過程中空氣的主要成分之一。在傳統(tǒng)式的金屬材料中，十分高的冶煉是一個(gè)關(guān)鍵要素，由于隔膜滲入會提升短路故障的風(fēng)險(xiǎn)性。針對由金屬材料做成的金屬陽極氧化，風(fēng)險(xiǎn)性非常高的緣故不盡相同，由于金屬化學(xué)物質(zhì)過軟，沒法透過瓷器隔膜。不一樣的高寬比將造成臨界值電流強(qiáng)度最高值，進(jìn)而推動出現(xiàn)意外的不良反應(yīng)或?qū)\晶生長發(fā)育。因而，在應(yīng)用激光技術(shù)時(shí)，務(wù)必融合金屬材料的特性剖析金屬材料的強(qiáng)度和導(dǎo)電率，以合理操縱臨界值最高值。建立激光切割速度的損傷是激光設(shè)備的主要內(nèi)容。因此，為了更好地能夠更好地提高金屬復(fù)合材料的激光切割效率，應(yīng)選用恒輸出功率、單脈沖反復(fù)頻率、單脈沖延遲時(shí)間和漏點(diǎn)，及其可變性切割速率來切割金屬材料。電鏡圖象清晰地說明，切割速率對切割邊沿溶體產(chǎn)生的總寬有非常大危害，由熔體引起的總寬度與激光切割速度成反比。激光切割速度越快，熔體總寬度越小。因此，在應(yīng)用激光技術(shù)時(shí)，盡量結(jié)合獨(dú)特的金屬材料進(jìn)行獨(dú)特的分析，很有可能采用線性計(jì)算公式。在490kHz的脈沖頻率下，解決方案的總寬度和光纖激光器的切割速率為-2.75(µm/mm)(Rsquare0.97)。350KHz光纖激光切割速率為-3.06(μmsec)/mm，因此光纖激光切割金屬材料復(fù)合材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)金屬材料復(fù)合材料的熔點(diǎn)選擇合適的激光切割設(shè)備。
（三）激光焊接
激光焊接技術(shù)在現(xiàn)代非常流行。主要有兩種表現(xiàn)形式，即深熔焊和導(dǎo)電焊，下面將對其進(jìn)行分析。深溶焊廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備制造行業(yè)。在使用中，一般在電焊前必須將激光功率調(diào)整到相應(yīng)的水平。在相應(yīng)的功率標(biāo)準(zhǔn)下，激光輸出功率輸入遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過熱傳輸率。此時(shí)，激光對準(zhǔn)金屬材料產(chǎn)品的表面，會使材料表面汽化，產(chǎn)生相應(yīng)的小孔。此時(shí)，激光將繼續(xù)向下移動小孔徑。在這個(gè)過程中，金屬工件的金屬部分會不斷熔化，產(chǎn)生相應(yīng)的熔融金屬。此時(shí)，焊接過程完成。傳導(dǎo)焊接又稱熱傳導(dǎo)焊接技術(shù)，屬于傳統(tǒng)的激光焊接技術(shù)。在應(yīng)用中，激光直接照射在金屬工件的表面上以提高其溫度。這時(shí)，由于導(dǎo)熱的原理，表面溫度會逐漸向內(nèi)部滲透和擴(kuò)散。當(dāng)表面和內(nèi)部溫度升高到一定的熔點(diǎn)水平時(shí)，會出現(xiàn)熔池，此時(shí)焊接完成。導(dǎo)電焊的使用比較普遍，因?yàn)樗m用于熔深淺、寬度要求小的常規(guī)焊接。此外，與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，激光焊接技術(shù)具有人工成本低、焊接質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。因此，在現(xiàn)代金屬加工技術(shù)的焊接工作中使用激光焊接技術(shù)是有利的，但應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求選擇激光焊接技術(shù)的類型。從目前的發(fā)展?fàn)顩r來看，激光焊接技術(shù)已經(jīng)不斷滲透到汽車行業(yè)，為行業(yè)發(fā)展提供了必要的技術(shù)支持。具體來說，本次應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是開焊。目前，激光焊接技術(shù)可以滿足汽車傳動系統(tǒng)中70%的零部件的焊接要求。與其他焊接工藝相比，激光焊接不僅可以增加零件的使用壽命，還可以降低使用成本，體現(xiàn)了獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。簡單地說，焊接和沖壓裝配散布用于平面工件。通過焊接和組裝，可以減少工件的數(shù)量，也可以提高零部件的性能，減輕重量，進(jìn)而提高整車的整體性能。以雅閣為例，門體采用1.4mm鋼板和0.7mm鋼板密封焊接而成，門體重量減輕40%。此外，激光焊接技術(shù)具有很強(qiáng)的耐用性，廣泛應(yīng)用于刀具、制造刀具和量具。例如，我國圓鋸片的生產(chǎn)能力超過1000萬片，既滿足了建筑行業(yè)對高品質(zhì)鋸片的迫切需求，也保證了鋸片市場的有效節(jié)約。
（四）激光打孔
激光打孔是一種傳統(tǒng)的激光雕刻和材料加工技術(shù)。與其他技術(shù)相比，激光雕刻具有高精度、高效率、高效率的優(yōu)勢，已成為當(dāng)前制造技術(shù)不可或缺的組成部分。二十世紀(jì)末以來，激光雕刻技術(shù)的發(fā)展步伐加快，多元化趨勢大大增強(qiáng)。另外，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，孔徑越來越小，性能越來越高。粗略計(jì)算，如果我們在5萬架飛機(jī)的機(jī)翼上開一個(gè)半徑為0.032毫米的孔，由于流動阻力降低，可以節(jié)省40%的油。在我國，激光雕刻技術(shù)有著較為悠久的歷史。1960年代初，我國就利用這項(xiàng)技術(shù)制造手表，目前累計(jì)產(chǎn)量已超過23億元。但是，與發(fā)達(dá)國家相比，我國還有一定的差距。目前，發(fā)達(dá)國家的激光雕刻技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥制造、食品加工、飛機(jī)制造等行業(yè)，帶來了巨大的物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富。
（五）激光打標(biāo)
激光打標(biāo)技術(shù)是一種強(qiáng)大的激光材料加工技術(shù)。植物部分由高強(qiáng)度、高功率激光、局部輻射和各種類型的化學(xué)反應(yīng)組成，如蒸發(fā)和液化，這些化學(xué)反應(yīng)將永久保留在MOL表面。目前，金屬制品是應(yīng)用最廣泛的激光打標(biāo)技術(shù)行業(yè)。近年來，激光系統(tǒng)不斷改進(jìn)。250yag的平均最大強(qiáng)度大大加深了標(biāo)簽深度，提高了標(biāo)簽質(zhì)量。此外，激光打標(biāo)技術(shù)作為一種新型的防偽手段，越來越受到社會各界的關(guān)注?？傊?，隨著工業(yè)界的不斷發(fā)展和激光加工技術(shù)的進(jìn)步，激光加工技術(shù)必然成為金屬加工技術(shù)應(yīng)用中的重要加工技術(shù)。因此，值得同仁關(guān)注和關(guān)注，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)大力推廣。激光技術(shù)在某種程度上可以反映一個(gè)國家的現(xiàn)代化程度。激光加工技術(shù)基本上是一種利用激光束與材料相互作用的特性來切割、焊接、沖壓和雕刻材料的技術(shù)。本文主要介紹激光加工技術(shù)的特點(diǎn)及其在金屬材料加工技術(shù)中的具體應(yīng)用。
四、結(jié)束語
總體來說，在金屬復(fù)合材料的制造技術(shù)中，激光切割設(shè)備是一種比較優(yōu)秀的制造技術(shù)，其應(yīng)用范圍也比較普遍。激光切割設(shè)備已廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)、光纖激光切割等行業(yè)。與傳統(tǒng)金屬材料復(fù)合光纖激光切割氬弧焊方法相比，激光發(fā)生器光纖激光切割氬弧焊方法不僅生產(chǎn)速度更快，而且生產(chǎn)質(zhì)量和精度更高。因此，在礦物原料生產(chǎn)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。全文詳細(xì)論述了上述三類激光發(fā)生器金屬材料復(fù)合材料生產(chǎn)制造技術(shù)的應(yīng)用方法和實(shí)際意義。此外，還對各種激光切割設(shè)備在金屬復(fù)合材料生產(chǎn)中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了科學(xué)研究和論證。根據(jù)這項(xiàng)科學(xué)研究，一方面有望推動激光發(fā)生器制造技術(shù)的更廣泛應(yīng)用，另一方面有望進(jìn)一步提高激光切割設(shè)備的應(yīng)用水平。
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作者:陳楠 趙晶 王蕊 單位:長春電子科技學(xué)院
