激光技術(shù)在機(jī)械五金行業(yè)的應(yīng)用

激光加工技術(shù)在機(jī)械五金鈑金行業(yè)的應(yīng)用激光加工是20世紀(jì)60年代初期興起的一項(xiàng)新技術(shù)，此后逐步應(yīng)用于機(jī)械、汽車、航空、電子等行業(yè)，尤以機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展速度最快。在機(jī)械制造業(yè)中的廣泛使用又推動(dòng)了激光加工技術(shù)的工業(yè)化。20

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年代，美國進(jìn)行了兩大研究:一是福特汽車公司進(jìn)行的車身鋼板的激光焊接;二是通用汽車公司進(jìn)行的動(dòng)力轉(zhuǎn)向變速箱內(nèi)表面的激光淬火。這兩項(xiàng)研究推動(dòng)了以后的機(jī)械制造業(yè)中的激光加工技術(shù)的發(fā)展。到了

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年代后期，激光加工的應(yīng)用實(shí)例有所增加,其中增長最迅速的是激光切割、激光焊接和激光淬火。這

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項(xiàng)技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展成熟，應(yīng)用也很廣泛。進(jìn)入20

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年代后期，激光珩磨技術(shù)的出現(xiàn)又將激光微細(xì)加工技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用翻開了嶄新的一頁。激光加工技術(shù)之所以得到如此廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗c傳統(tǒng)加工技術(shù)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：一是非接觸加工，沒有機(jī)械力；二是可以加工高硬度、高熔點(diǎn)、極脆的難加工材料；三是加工區(qū)小，熱變形很小，加工質(zhì)量高；四是與現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床相結(jié)合，使激光加工具有加工精度高、可控性好、程序簡單、省料及污染少等特點(diǎn)。下面綜合介紹應(yīng)用比較廣泛的幾種激光加工技術(shù)在機(jī)械五金鈑金行業(yè)的應(yīng)用。激光切割技術(shù)激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度光束照射工件，材料吸收激光能，溫度急劇升高，工件表面開始熔化或氣化，并吹入活性氣體助燃。隨著激光束與工件的相對運(yùn)動(dòng)，在工件上形成切縫。激光照射工件表面時(shí)，一部分光被吸收，一部分光被工件反射。吸收部分轉(zhuǎn)化為熱能，使工件表面溫度急劇升高，材料熔化、氣化，產(chǎn)生黑洞效應(yīng)，使材料吸收率提高，迅速加熱切割區(qū)材料。此時(shí)吹氧可以助燃，并提供大量熱能，使切割速度提高；還可吹走熔渣、保護(hù)鏡頭、冷卻鏡頭。為了提高工件材料吸收系數(shù)，切割前對工件進(jìn)行黑化處理，最簡單的方法是涂墨汁。激光切割采用CO2激光或YAG激光器，進(jìn)行二維和三維的切割加工，具有切割精度高的特點(diǎn)。激光源功率大小不等，從5W到90kW均有系列的產(chǎn)品，鈑金件的激光切割主要是采用100W~1500W的功率激光。當(dāng)激光源的輸出功率小于1500W時(shí)，激光源為單模振蕩模式，可進(jìn)行0.2mm寬度的切割，該以功率切割之后干凈平整；當(dāng)激光源的輸出功率大于1500W時(shí)，激光源為多模振蕩模式，可進(jìn)行l(wèi)mm寬度的切割，但該以功率切割之后會有少量的污物。對厚板切割時(shí)需采用輔助氣體配合，輔助氣體包括空氣、氧氣和氮?dú)獾?，其中氮?dú)饪梢栽谇懈钸^程中防止切面的氧化，氧氣適用于厚度較大板的高速切割情況。激光切割可采用CAD或CAM技術(shù)，為加工工件模型和激光器提供加工信息和加工參數(shù)，可快速高精度的完成生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的切割。，激光切割無需重更換模具，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)準(zhǔn)備周期縮短，生產(chǎn)成本降低的效果。\o"激光焊接"激光焊接技術(shù)

激光焊接可分為脈沖焊接和大功率的連續(xù)焊接。激光焊接是利用極高能量密度的激光束熔合材料，具有焊接速度快、強(qiáng)度高、焊縫窄、熱影響區(qū)小，并且工件變形量小，后續(xù)處理工作量少，靈活性高等優(yōu)點(diǎn)。激光焊接不僅能焊接常見的碳鋼和不銹鋼，還能焊接使用傳統(tǒng)焊接方法難以焊接的材料，如結(jié)構(gòu)鋼、鋁、銅等金屬，且能夠焊接各種形式的焊縫如圖1所示圖1

適用于激光焊接的焊縫類型現(xiàn)代鈑金制造對焊接強(qiáng)度和外觀效果等質(zhì)量的要求越來越高，尤其是高附加值且對焊接質(zhì)量要求極高的部件，可以采用無需后續(xù)加工或者極少后續(xù)加工的方式來完成。而傳統(tǒng)的焊接手段，由于極大的熱量輸入，不可避免的會帶來工件扭曲變形等問題，因此為了彌補(bǔ)工件變形，需要大量的后續(xù)加工手段，從而導(dǎo)致費(fèi)用的上升。而激光焊接具有最小的熱輸入量，因此帶來極小的熱影響區(qū)，在顯著提高焊接產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)，減少了后續(xù)工作的時(shí)間。另外，由于焊接速度快和焊接深寬比大，能夠極大地提高焊接效率和穩(wěn)定性，因此激光焊接在鈑金制造中的應(yīng)用越來越普遍，相關(guān)案例如圖2所示。圖2激光焊接在鈑金制造中的一些實(shí)例

\o"激光熔覆"激光熔覆技術(shù)激光熔覆是通過在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光使粉末熔化凝固并與基材表面形成冶金結(jié)合的熔覆層。激光熔覆技術(shù)可極大的提高零件表面的硬度、耐磨性、抗腐蝕性，同時(shí)還可以循環(huán)再制造，節(jié)約零件使用成本，延長使用壽命。激光熔覆廣泛應(yīng)用于航空、軍事、石油、化工、醫(yī)療等各個(gè)方面。采用激光熔覆技術(shù)如圖3所示，在金屬部件表面熔覆具有特殊性能的金屬基復(fù)合材料涂層，對磨損部位進(jìn)行表面改性與強(qiáng)化，成為工程機(jī)械領(lǐng)域修復(fù)部件、延長零件使用壽命的重要途徑。這些與低強(qiáng)度母材為冶金結(jié)合的熔覆層，其化學(xué)成分、微觀組織和力學(xué)性能比母材有很大提高，可以獲得耐高溫、防腐蝕、耐磨損等優(yōu)異性能。表面涂層技術(shù)由于能獲得與基體結(jié)合良好，厚度適中的表面改性層而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。利用激光熔覆技激光珩磨技術(shù)就是利用具有一定能量密度的激光束，在工件工作表面上形成與潤滑性能要求優(yōu)化匹配的、連續(xù)均勻的、并具有一定密度(間距)、寬度、深度、角度及形狀的貯存和輸送潤滑油的溝槽、紋路或凹腔。其加工示意如圖5所示。圖5激光珩磨加工示意圖激光本身屬于高亮度、方向性準(zhǔn)確、激光束單色性和平行性的相干光源，并且能量密度非常高。當(dāng)聚焦的激光束可以在所照射的材料上產(chǎn)生高溫。在上萬度高溫的作用下，無論材料多么堅(jiān)硬都會瞬間熔化并蒸發(fā)，同時(shí)產(chǎn)生沖擊波，使材料熔化去除。在激光材料加工過程中，本質(zhì)上造成局部受熱熔化形成汽化材料。激光加工技術(shù)可以加工用傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的零件加工。比如對于箱體較大的鋼件，需要加工許多不同大小的孔，這是傳統(tǒng)的加工方法不能做到，而激光加工技術(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)這些要求，即使加工相同的零件，激光加工技術(shù)也具有準(zhǔn)確性高和時(shí)間短的有點(diǎn)，這樣產(chǎn)品就具有較強(qiáng)的市場競爭力。激光加工在二維平面中具有較強(qiáng)的柔性，使用激光切割機(jī)時(shí)，工件不動(dòng)切割機(jī)割頭處于移動(dòng)狀態(tài)，不會造成加工死角，使加工材料的利用率相應(yīng)提高，還可以省