激光快速成形金屬零件的殘余

激光快速成形技術(shù)是近幾年國(guó)際上廣泛關(guān)注的一種先進(jìn)的實(shí)體自由成形技術(shù)，能夠直接成形高性能的致密金屬零件，具有無(wú)模具、短周期、低成本、市場(chǎng)響應(yīng)快等特點(diǎn)。本文簡(jiǎn)要分析了激光快速成形件殘余應(yīng)力的形成機(jī)理及分布規(guī)律，概述了殘余應(yīng)力對(duì)成形件力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)尺寸、實(shí)際使用等方面的影響，探討了實(shí)驗(yàn)測(cè)定殘余應(yīng)力的方法及調(diào)整和消除殘余應(yīng)力的有效手段等。  

   激光快速成形技術(shù)是一種基于激光熔覆的迭層制造技術(shù)，它將快速原型技術(shù)（RP）自由成形的優(yōu)點(diǎn)與激光熔覆技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)、致密金屬零件的直接成形，具有高柔性、短周期、低成本、市場(chǎng)響應(yīng)快等特點(diǎn)，是一種將材料技術(shù)與制造技術(shù)有機(jī)融為一體的“新材料設(shè)計(jì)、新材料制備與近凈成形高性能復(fù)雜零件快速成形一體化”新技術(shù)。激光快速成形以高能激光束作為移動(dòng)熱源，一方面，激光快速加熱冷卻為材料加工提供了常規(guī)手段無(wú)法實(shí)現(xiàn)的極端非平衡條件，使成形件具有細(xì)小、致密的組織和優(yōu)異的綜合性能；但另一方面，局部熱輸入造成的不均勻溫度場(chǎng)必然引起局部熱效應(yīng)，表現(xiàn)在熔池在凝固及隨后冷卻過(guò)程不一致，從而在成形件中形成殘余應(yīng)力和變形。殘余應(yīng)力作為一種內(nèi)應(yīng)力，不僅對(duì)成形件的靜載強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕性能等有不利影響 ，而且也影響結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性和成形精度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接引發(fā)裂紋缺陷。成形件一旦出現(xiàn)裂紋，成形過(guò)程將被迫終止，同時(shí)已成形的金屬零件只能報(bào)廢處理，這將大大增加制造成本。因此，要充分發(fā)揮激光快速成形技術(shù)的優(yōu)越性，提高成形零件綜合質(zhì)量，研究激光快速成形過(guò)程殘余應(yīng)力的形成機(jī)理和分布特性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)于激光快速成形過(guò)程中殘余應(yīng)力的研究國(guó)外已開始有報(bào)道，而目前國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)有這方面的研究報(bào)道。本文初步分析了激光快速成形過(guò)程的殘余應(yīng)力問(wèn)題，為精q描述和控制激光快速成形過(guò)程中殘余應(yīng)力分布提供基礎(chǔ)。

殘余應(yīng)力的形成機(jī)理與分布特性

   激光快速成形屬于材料熱加工過(guò)程，它以高能激光束作為移動(dòng)熱源，局部熱輸入產(chǎn)生的局部熱效應(yīng)將導(dǎo)致一定殘余應(yīng)力和變形。這主要是是激光束與材料相互作用形成的熔池經(jīng)歷快速加熱、熔化和快速冷卻、凝固變化，必然產(chǎn)生不均勻熱應(yīng)力和相變應(yīng)力，結(jié)果引起不均勻塑性變形而形成殘余應(yīng)力。具體是激光快速成形過(guò)程能量非常集中，熔池及其附近部位以遠(yuǎn)高于周圍區(qū)域的速度被急劇加熱，并局部熔化。這部分材料因受熱而膨脹，而熱膨脹受到周圍較冷區(qū)域的約束，產(chǎn)生(彈性)熱應(yīng)力。同時(shí)，由于受熱區(qū)域溫度升高后屈服極限下降，部分區(qū)域的熱應(yīng)力值會(huì)超過(guò)其屈服極限，因此，熔池部分會(huì)形成塑性的熱壓縮，冷卻后就比周圍區(qū)域相對(duì)縮短、變窄或減小，同時(shí)由于熔覆層凝固冷卻時(shí)受到基材冷卻收縮的約束，從而在熔覆層中形成殘余應(yīng)力。因此，激光快速成形過(guò)程產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因主要?dú)w結(jié)于以下兩方面:  

   1.由于局部熱輸入造成溫度分布不均勻，使得熔池及周圍材料產(chǎn)生熱應(yīng)力，在冷卻和凝固時(shí)相互制約而引起局部熱塑性變形，進(jìn)而產(chǎn)生熱殘余應(yīng)力;

   2.由于熔凝區(qū)存在溫度梯度且冷卻速率不一致，熔池材料在凝固時(shí)因相變體積變化不均及相變的不等時(shí)性產(chǎn)生的相變應(yīng)力，進(jìn)而引起不均勻塑性變形而形成相變殘余應(yīng)力（組織應(yīng)力）。成形件最終的殘余應(yīng)力往往是上述兩種原因的綜合結(jié)果。激光快速成形過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的物理冶金過(guò)程，殘余應(yīng)力的形成受諸多因素的影響同樣非常復(fù)雜，應(yīng)力大小和分布與熔覆粉材（種類、狀態(tài)）、基體（材料、狀態(tài)）、成形路徑、成形尺寸及工藝參數(shù)的選取等密切相關(guān)，一般為三維殘余應(yīng)力。

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光纖激光打標(biāo)機(jī)在3C電子領(lǐng)域表現(xiàn)突出

      3C產(chǎn)品給我們生活帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響，豐富了我們的生活，為我們提供了信息和便利。3C產(chǎn)品包括電腦、平板電腦、移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)等等。隨著科技的發(fā)展,3C產(chǎn)品作為流行性消費(fèi)品的電子產(chǎn)品，在造型以及功能上面越來(lái)越多樣化。越來(lái)越多的企業(yè)為了更加有效的突出產(chǎn)品的效果以及獨(dú)特的造型，需要不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，將現(xiàn)在的眾多先進(jìn)技術(shù)融入到現(xiàn)在的3C領(lǐng)域中。其中產(chǎn)品標(biāo)識(shí)就需要采用激光標(biāo)記了。

      由于3C產(chǎn)品的整體外觀細(xì)小，加工精度要求較高，所以現(xiàn)在的3C企業(yè)不得不將目光投向現(xiàn)在的激光加工領(lǐng)域。由于激光加工熱影響區(qū)域小，加工精細(xì)，加工速度快，可以使常規(guī)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的工藝輕松實(shí)現(xiàn)，從而使得它備受3C企業(yè)的青睞。目前激光打標(biāo)已經(jīng)在3C行業(yè)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，特別是隨著現(xiàn)在光纖激光標(biāo)記技術(shù)的走向成熟，使得光纖激光打標(biāo)機(jī)在現(xiàn)在3C領(lǐng)域的表現(xiàn)也是越來(lái)越突出，優(yōu)異的性能優(yōu)勢(shì)正在逐漸成為現(xiàn)在3C行業(yè)標(biāo)記加工的重要方式。

光纖激光打標(biāo)機(jī)的優(yōu)勢(shì)：

1、廣泛適用于各類金屬與非金屬材料的精細(xì)標(biāo)記。特別適用于手機(jī)、電腦、消費(fèi)類電子產(chǎn)品配件的外表面精細(xì)標(biāo)記。

2、光電轉(zhuǎn)換效率高，低運(yùn)行成本

3、實(shí)現(xiàn)高速標(biāo)記

4、激光器使用壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、無(wú)耗材，確保低維護(hù)與運(yùn)行成本

5、一體化設(shè)計(jì)，也使得光纖激光標(biāo)記設(shè)備操作更加靈活方便，占地面積更小，更有利于企業(yè)的加工生產(chǎn)。

6、擁有極高的精密性以及可靠性

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塑料制品采用激光打標(biāo)機(jī)標(biāo)記優(yōu)勢(shì)分析

  塑料制品對(duì)我們?nèi)粘Ｉ钣绊懮钸h(yuǎn)，如塑料桶、水杯、水龍頭、手機(jī)殼、燈具、農(nóng)用塑料、包裝塑料、建筑塑料、裝飾塑料、醫(yī)用塑料等各行各業(yè)中我們都可以看到塑料的影子。相對(duì)于以往的金屬、石材、木材、塑料制品有著成本低廉、可塑性強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)在社會(huì)中有著不可替代的作用，有著極為重要的地位。

     隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)于塑料產(chǎn)品的品質(zhì)也是越來(lái)越注重，不僅需要減少塑料產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也越來(lái)越看重塑料產(chǎn)品的外觀品質(zhì)。那么廠商為了提高自己生產(chǎn)產(chǎn)品的品牌影響力，同時(shí)也是為了促進(jìn)品牌宣傳，都會(huì)要在塑料產(chǎn)品上標(biāo)記處清晰美觀的生產(chǎn)日期、logo、專利號(hào)、公司名稱、參數(shù)、指示名稱、編號(hào)等信息。在以往我們大都采用了傳統(tǒng)的印刷標(biāo)記，如絲網(wǎng)印刷、轉(zhuǎn)移印刷、凹凸印、壓印、油墨印等，雖然這些加工方式已經(jīng)在現(xiàn)在的塑料加工制造中有著非常悠久的歷史，但是在一些長(zhǎng)接觸的產(chǎn)品中，很容易造成標(biāo)記信息在使用過(guò)程中的磨損或脫落，同時(shí)還要消耗耗材，對(duì)環(huán)境造成一定的污染，特別是食品行業(yè)就需要慎用了，并且費(fèi)用成本也相對(duì)較高，所以難以滿足現(xiàn)在塑料產(chǎn)品的加工需要。

     為了適應(yīng)和解決這些問(wèn)題，現(xiàn)在越來(lái)越的塑料產(chǎn)品加工行業(yè)開始采用現(xiàn)在的激光打標(biāo)機(jī)進(jìn)行標(biāo)記。激光標(biāo)記作為現(xiàn)在發(fā)展作為迅速、最有應(yīng)用前景的標(biāo)記手段，在現(xiàn)在的眾多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，與傳統(tǒng)的加工方式不同激光標(biāo)記是利用高能量密度的激光束，對(duì)塑料產(chǎn)品的表面進(jìn)行局部的照射，使材料表面汽化或是發(fā)生一系列的化學(xué)變化，從而在塑料表面留下y久性標(biāo)記的一種加工手段。其特點(diǎn)是非接觸式加工、無(wú)污染、操作精度高、打標(biāo)的速度快、操作簡(jiǎn)便且打標(biāo)的效果具有y久性。不僅給了予塑料產(chǎn)品光滑有質(zhì)感的標(biāo)記信息，同時(shí)，還不需要昂貴的前期工作和最后的修整工作，此外還可以按著實(shí)際的加工需要搭配相關(guān)的自動(dòng)化相關(guān)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)大批量的生產(chǎn)需要。

     激光標(biāo)記加工方式也是非常靈活，采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行控制，圖案、文字，等可以定制化，除此之外，激光打標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)離線(或獨(dú)立)的集成到裝配線上去，更加簡(jiǎn)便有效的配合后續(xù)的工序，從而達(dá)到降低成本提高品質(zhì)的作用。綜合激光標(biāo)記的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的廠商在標(biāo)記加工上更傾向于激光打標(biāo)機(jī)了。

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