激光打標(biāo)機(jī)加工在模具行業(yè)的應(yīng)用

跟著科學(xué)技能的開展和社會(huì)需要的多元化，商品的競賽越來越劇烈，更新?lián)Q代的周期也越來越短。為此，需要不但能依據(jù)商場的需要趕快規(guī)劃出新商品，并且能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)制造出原型，然后進(jìn)行功能測驗(yàn)和修改，最終構(gòu)成定型商品。而在傳統(tǒng)制造體系中，需要很多的模具規(guī)劃、制造和調(diào)試等作業(yè)，成本高，周期長，已不能適應(yīng)一日千里的商場改變。為了進(jìn)步研制和出產(chǎn)速度，快速而j確地制造出高質(zhì)量、低成本的模具和商品，能對商場改變做出靈敏呼應(yīng)，大家作了很多的研討和探究作業(yè)。跟著工業(yè)激光器報(bào)價(jià)的不斷下降和工業(yè)激光加工技能的日益老練，給模具制造和商品出產(chǎn)工藝帶來了重大變革。這篇文章首要介紹了工業(yè)加工激光器，然后在模具激光制造、模具外表激光強(qiáng)化和替代、模具激光修正、模具激光清潔等幾個(gè)方面進(jìn)行了介紹和剖析。  

當(dāng)前，用于激光加工的工業(yè)激光器首要有兩大類：固體激光器和氣體激光器。其間，固體激光器以Nd:YAG激光器為代表；而氣體激光器則以CO2激光打標(biāo)機(jī)激光器為代表。跟著激光技能的開展，當(dāng)前大家也開始在某些加工運(yùn)用場h運(yùn)用大功率光纖激光器和大功率半導(dǎo)體激光器。  

1) Nd:YAG激光器  

Nd:YAG激光器的激光作業(yè)物質(zhì)為固態(tài)的Nd:YAG棒，其激光波長為1.06μm。因?yàn)樵摲N激光器的激光變換功率較低，一起受到Y(jié)AG棒體積和導(dǎo)熱率的約束，其激光輸出平均功率不高。但因?yàn)镹d:YAG激光器能夠經(jīng)過Q開關(guān)緊縮激光輸出的脈沖寬度，在以脈沖方法作業(yè)時(shí)可獲得很高的峰值功率（108W），適用于需要高峰值功率的激光加工運(yùn)用；其另一大長處是能夠經(jīng)過光纖傳輸，避免了雜亂傳輸光路的規(guī)劃制造，在三維加工中非常有用。此外，還能夠經(jīng)過三倍頻技能將激光波長變換為355nm（紫外），在激光立體造形技能中得到運(yùn)用。  

2) CO2激光器  

CO2激光器的激光作業(yè)物質(zhì)為CO2混合氣體，其首要運(yùn)用的激光波長為10.6μm。因?yàn)樵摲N激光器的激光變換功率較高，一起激光器作業(yè)發(fā)生的熱量能夠經(jīng)過對流或分散敏捷傳遞到激光增益區(qū)以外，其激光輸出平均功率能夠做到很高的水平（萬瓦以上），滿意大功率激光加工的需要。  

國內(nèi)外用于激光加工的大功率CO2激光器，首要是橫流、軸流激光器。①橫流激光器：橫流激光器的光束質(zhì)量不太好，為多模輸出，首要用于熱處理和焊接。中國當(dāng)前已能出產(chǎn)各種大功率橫流CO2激光器系列，可滿意了國內(nèi)激光熱處理和焊接的需要。②軸流激光器：軸流激光器的光束質(zhì)量較好，為基模或準(zhǔn)基模輸出，首要用于激光切開和焊接，中國激光切開設(shè)備商場首要由國外軸流激光器所占據(jù)。盡管國內(nèi)激光器廠商在國外軸流激光器上做了許多作業(yè)，但因?yàn)榧す獯驑?biāo)機(jī)首要配件還需進(jìn)口，商品報(bào)價(jià)難以大幅度下降，普及率低.

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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，具有無模具、短周期、低成本、市場響應(yīng)快等特點(diǎn)。本文簡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)于激光快速成形過程中殘余應(yīng)力的研究國外已開始有報(bào)道，而目前國內(nèi)尚未見有這方面的研究報(bào)道。本文初步分析了激光快速成形過程的殘余應(yīng)力問題，為精q描述和控制激光快速成形過程中殘余應(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。激光快速成形過程是一個(gè)非常復(fù)雜的物理冶金過程，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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激光技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用與創(chuàng)新

  世界上第y臺(tái)激光器誕生于1960年，我國于1961年研制出第y臺(tái)激光器，40多年來，激光技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展迅猛，已與多個(gè)學(xué)科相結(jié)合形成多個(gè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，比如光電技術(shù)，激光醫(yī)療與光子生物學(xué)，激光加工技術(shù)，激光檢測與計(jì)量技術(shù)，激光全息技術(shù)，激光光譜分析技術(shù)，非線性光學(xué)，超快激光學(xué)，激光化學(xué)，量子光學(xué)，激光雷達(dá)，激光制導(dǎo)，激光分離同位素，激光可控核聚變，激光w器等等。這些交叉技術(shù)與新的學(xué)科的出現(xiàn)，大大地t動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

一、激光技術(shù)應(yīng)用簡介

激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源，識(shí)別物體等的一門技術(shù)，傳統(tǒng)應(yīng)用最d的領(lǐng)域?yàn)榧す饧庸ぜ夹g(shù)。激光技術(shù)是涉及到光、機(jī)、電、材料及檢測等多門學(xué)科的一門綜合技術(shù)，傳統(tǒng)上看，它的研究范圍一般可分為：

1.激光加工系統(tǒng)。包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、加工機(jī)床、控制系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)。

2.激光加工工藝。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標(biāo)、劃線、微調(diào)等各種加工工藝。

激光焊接：汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。

激光切割：汽車行業(yè)、計(jì)算機(jī)、電氣機(jī)殼、木刀模業(yè)、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機(jī)件用銅板、一些金屬網(wǎng)板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、硅橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業(yè)使用的鈦合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。

激光打標(biāo)：在各種材料和幾乎所有行業(yè)均得到廣泛應(yīng)用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。

激光打孔：激光打孔主要應(yīng)用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。激光打孔的迅速發(fā)展，主要體現(xiàn)在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。國內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、飛機(jī)葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主，也有一些準(zhǔn)分子激光器、同位素激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。

激光熱處理：在汽車工業(yè)中應(yīng)用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理，同時(shí)在航空航天、機(jī)床行業(yè)和其它機(jī)械行業(yè)也應(yīng)用廣泛。我國的激光熱處理應(yīng)用遠(yuǎn)比國外廣泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器為主。

激光快速成型：將激光加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合而形成。多用于模具和模型行業(yè)。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主。

激光涂敷：在航空航天、模具及機(jī)電行業(yè)應(yīng)用廣泛。目前使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器為主。

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