摘 ?要:隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快,機(jī)械制造領(lǐng)域也因此得到了迅猛發(fā)展。在機(jī)械制造領(lǐng)域中,激光加工技術(shù)在其中的應(yīng)用日益增多,并且在機(jī)械制造領(lǐng)域取得了不錯的應(yīng)用效果。在我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中,機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)在其中有著顯著的地位,對于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展可起到極為重要的促進(jìn)作用。因此,為了進(jìn)一步促進(jìn)激光加工技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用,本文將對機(jī)械制造中激光加工技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行深入闡述,以供參考。
關(guān)鍵詞:激光加工技術(shù);機(jī)械制造;應(yīng)用
機(jī)械制造業(yè)在我國屬于支柱產(chǎn)業(yè),在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著不可或缺的重要作用,它的發(fā)展?jié)摿Ψ浅>薮?,前景廣闊。要想實現(xiàn)強(qiáng)國夢想,在世界發(fā)展中占有一席之地,相關(guān)機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)該自主創(chuàng)新,確保生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。自主創(chuàng)新的一個重要方面就是進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新,這也包括激光加工技術(shù)這一國際公認(rèn)的先進(jìn)技術(shù)。持續(xù)改進(jìn)與完善激光加工技術(shù),即可有效促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。
1激光加工技術(shù)的基本原理
激光加工技術(shù)是一種先進(jìn)的綜合性加工技術(shù),它融合了光學(xué)、電學(xué)、機(jī)械學(xué)等,在某種程度上可稱之為新時代的萬能加工技術(shù),激光加工技術(shù)的出現(xiàn)與更新有力促進(jìn)了機(jī)械制造業(yè)的進(jìn)步。激光的實質(zhì)是一種光子束,它因原子受到電流等能量的撞擊而發(fā)生,集中射向一個方向并且具備一定的能量。光子和原子發(fā)生連鎖反應(yīng)能夠出現(xiàn)非常高的能量,包含有非常高能量的這種激光束朝向工件的表面進(jìn)行照射,結(jié)合計算機(jī)數(shù)控技術(shù)可組合而成加工設(shè)備,對機(jī)械進(jìn)行自動化加工,通過高能的激光加工金屬及非金屬材料,對其實現(xiàn)切割、打孔及焊接等。激光加工技術(shù)加工制造機(jī)械產(chǎn)品的精度非常高,是機(jī)械制造行業(yè)里非常重要的必備技術(shù)。
2激光加工技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用
2.1激光切割技術(shù)的應(yīng)用
激光切割技術(shù)是通過高能量密度的激光束以強(qiáng)光照射器件,照射溫度極快升高,物料進(jìn)行氣化后,蒸汽在很短的時間里快速排放或熔化,輔助氣體則幫助順利排出液體,因而則產(chǎn)生相應(yīng)狹縫。激光切割技術(shù)是工業(yè)材料主要的切割手段,激光器與數(shù)控技術(shù)也在持續(xù)發(fā)展。激光設(shè)備在實施切割時,激光束能夠聚焦為非常小的光點,將激光切割機(jī)的作用功率達(dá)到最大化,切割速度是非常快的,當(dāng)然精度也相當(dāng)高,同時,保證了工件不會發(fā)生變形情況。激光切割技術(shù)運用熱切割實現(xiàn)操作,切割進(jìn)行之時受到影響的區(qū)域非常小,不會波及到較大的范圍,也能夠加工某些非金屬材質(zhì)。激光切割技術(shù)具備的能量很大,并且可以很方便地控制密度,同樣也適用于局部操作。在汽車制造中,生產(chǎn)車身面板時應(yīng)用激光三維切割更新原用的沖壓和修邊模具,如此一來,新車開發(fā)好之后便可以最快速度投入生產(chǎn),亦能大幅減少汽車的生產(chǎn)時間。在機(jī)械制造企業(yè)中,日本將激光切割作為標(biāo)準(zhǔn)工藝,由此加快了新產(chǎn)品的開發(fā),亦使產(chǎn)品質(zhì)量得到提升,企業(yè)從而更具競爭力。中國的一些機(jī)械制造企業(yè)也大力提倡并推廣使用激光切割技術(shù)。激光切割技術(shù)在航空航天工業(yè)中也得到廣泛應(yīng)用,切割的零件有鈦合金皮、發(fā)動機(jī)火焰筒、飛機(jī)架及鈦合金薄壁機(jī)等。綜合來看,大幅面激光切割機(jī)已經(jīng)被全世界很多重工業(yè)企業(yè)所使用。當(dāng)前,對工程機(jī)械板材進(jìn)行加工主要使用兩種激光切割機(jī):CO2激光切割機(jī)與光纖激光切割機(jī)。光纖激光的傳播在光纖中進(jìn)行,具有更好的通過性,能量束也非常高,而熱影響卻更小,會形成更窄的切割線,這樣下料效率就會更高,也更能有效使用材料,更加降低板材下料時的熱變形。
2.2激光焊接技術(shù)的應(yīng)用
焊接技術(shù)是機(jī)械制造的關(guān)鍵性工藝,對產(chǎn)品的生產(chǎn)成本與周期都有重要影響。電弧焊這一傳統(tǒng)的焊接方法存在使機(jī)械產(chǎn)品焊接變形的缺點,需要焊后矯形,耗費工時且質(zhì)量不好保障。激光焊接具有多種功能,適應(yīng)性與可靠性都很強(qiáng),它的功率密度高,熱輸入量不大,熱影響區(qū)較窄,速度快而焊接變形小,很好達(dá)到自動化,焊接時并不接觸工件。將激光焊接應(yīng)用于機(jī)械制造,可增加焊縫強(qiáng)度,減少焊后矯正工作,外觀結(jié)構(gòu)更完美。激光焊接在工程機(jī)械推土機(jī)中有著廣泛應(yīng)用,并且對厚鋼板進(jìn)行激光焊接的工藝已得到優(yōu)化。將激光焊接齒輪技術(shù)應(yīng)用于汽車變速器的加工,不但生產(chǎn)效率高且不會浪費原材料。激光焊接齒輪時,具有較窄的焊縫熱影響區(qū),強(qiáng)度大,焊縫有達(dá)到12:1的深寬比,焊縫的機(jī)械性能相當(dāng)于甚至高于母材,這樣就對齒輪傳遞較大轉(zhuǎn)矩提供了保障;加熱與冷卻可以極快實現(xiàn),焊接齒輪的變形可控制得很小,焊后齒輪不用再進(jìn)行精加工;加工過程的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性都較高,并且速度也快,異種材料也可進(jìn)行焊接。激光焊接齒輪技術(shù)極大地提高了機(jī)械用變速器齒輪的制造水平。激光焊接技術(shù)應(yīng)用于汽車制造中,不但能夠加大車體的強(qiáng)度,而且憑借其優(yōu)點,使焊縫外形更加美觀流暢,功能和形態(tài)達(dá)到了完美契合,成為某些汽車構(gòu)件加工的主要焊接手段。叉車、推土機(jī)等一些工程機(jī)械的駕駛室在外形上顯得笨重呆板,在其設(shè)計制造中引入激光焊接是必然手段,機(jī)械外觀會給人以美觀明快的感覺。
2.3激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用
機(jī)械再制造近年來呈現(xiàn)迅速發(fā)展勢頭,一方面國家提倡綠色制造,主張節(jié)能降耗;另一方面經(jīng)過再制造的機(jī)械產(chǎn)品有不亞于新品的性能,而價格卻大約只有新品的2/3,能得到用戶的認(rèn)可,而企業(yè)的制造成本僅有50%左右,也愿意從事再制造。零部件的再制造,主要是對某些密封件、易損件進(jìn)行更換,對機(jī)構(gòu)磨損給予修復(fù),而這其中需用到的最重要技術(shù)就是激光熔覆技術(shù),即高效激光堆焊技術(shù)。激光熔覆技術(shù)的基本原理是使高功率與高密度的激光束作用于基體表面,使之出現(xiàn)一層微熔層,預(yù)置直特定成分的熔合金粉,也可同步添加,以此均勻修復(fù)受到磨損的零部件,這是一種增材制造技術(shù)。激光熔覆技術(shù)的靈活性較強(qiáng),零部件的堆焊區(qū)域與材料是可選的,并且性能也具有可選性,為差異化定制產(chǎn)品提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。例如,大功率推土機(jī)底盤用履帶漲緊彈簧筒受到磨損需要修復(fù),即可使用激光熔覆技術(shù)對磨損區(qū)域?qū)嵤┰霾奶幚?,從多個方面檢測耐磨指標(biāo),熔覆狀態(tài)層硬度梯度較合理,表面硬度達(dá)標(biāo),金相組織亦很好,有效延長大功率推土機(jī)彈簧筒3倍的壽命。不僅限于機(jī)械再制造,在新品上應(yīng)用激光熔覆技術(shù)更換原鍍鉻加前期感應(yīng)熱處理技術(shù),也會極大增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力。
2.4激光打標(biāo)技術(shù)的應(yīng)用
機(jī)械產(chǎn)品的不同部位均須予以標(biāo)記,如條碼、公司標(biāo)志、序列號及生產(chǎn)日期等,這有助于企業(yè)創(chuàng)建推廣品牌。傳統(tǒng)的氣動打標(biāo)機(jī)速度慢、噪聲大、字跡不清,并且會消耗較多工作備件,滯后于生產(chǎn)的現(xiàn)代化。激光打標(biāo)技術(shù)通過高能量密度的激光在工件局部進(jìn)行照射,使其表層材料發(fā)生氣化或出現(xiàn)顏色變化,利用化學(xué)反應(yīng)而留存永久性標(biāo)記。激光打標(biāo)技術(shù)對傳統(tǒng)打標(biāo)方法而言有著明顯優(yōu)點:(1)與工件間沒有接觸,不發(fā)生切削力,熱影響也小,可有效維持工件精度,能應(yīng)用于多種材料,標(biāo)記精細(xì)且持久。(2)激光在時間與空間上均有良好的控制性,對工件的材質(zhì)、大小、形狀及加工環(huán)境存在較大的自由度,尤其適合進(jìn)行自動化加工與特殊表面加工。(3)激光有刻劃精細(xì)的特點,所制作的標(biāo)記難以更改與仿造。(4)容易與計算機(jī)數(shù)控技術(shù)配合,制作出多種不同的文字、符號與圖案,可通過軟件對圖樣進(jìn)行設(shè)計標(biāo)刻或更改,滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)要求。(5)清潔無污染,綠色環(huán)保。激光打標(biāo)技術(shù)因其優(yōu)點而在各行業(yè)中廣泛應(yīng)用,為現(xiàn)代化制造企業(yè)樹立機(jī)械品牌形象發(fā)揮著重要作用。
3結(jié)語
為了進(jìn)一步推動我國機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展,則必須要對激光加工技術(shù)的創(chuàng)新和研究予以關(guān)注,并可以此來進(jìn)一步提升我國機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)水平,對推動我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要意義。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介
王大闖,男,河南省禹州市人,研究方向:機(jī)械制造