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cyqdesign

2008-03-06 22:22

激光在制造行業(yè)中的應(yīng)用

激光在銑削、彎扳以及表面處理加工中正發(fā)揮新的作用。制造業(yè)中的工程師們在利用激光來加工更多種類的材料，并在生產(chǎn)中的更多我方面應(yīng)用它。應(yīng)用范圍從樣件與工具的快速成型，直至激光硬化處理模具以及接合和雕刻金屬零件等。

采用激光技術(shù)替代傳統(tǒng)的表面處理方法，可以延長刀具壽命并提高刀具和零件性能。

用激光光束往表面層摻入合金材料可以改變表面的化學成份及其特性。當前，激光表面處理主要應(yīng)用于制造工具，特別是制造用于鍛造和壓力鑄造的模具。借助理論上的熱化學模型，工程師們已經(jīng)開發(fā)了用于工具和零件的新的表面層。

例如擠壓模具在高溫條件下，由于時間接觸長，它們會產(chǎn)生較大的應(yīng)變。而給某個工具摻入相和釩的碳化物后，使工具的表面改性，提高了它的硬度保持能力，提高了高溫下的硬度和改善了耐磨損的能力。其它合金，包括那些含鎢和鉆的合金，也非常有用。一般來說，利用激光光束摻入合金的方法，可以使工具壽命比采用傳統(tǒng)方法提高100％-500％，由于降低了占用工具及更換工具有關(guān)的成本，從而節(jié)省了費用。

激光表面處理技術(shù)還可以增強產(chǎn)品零件的性能。Fraunhofer研究所的研究者們利用激光來硬化密封表面和滑動導(dǎo)軌，凸輪軸的激光表面重熔以及包覆內(nèi)燃機的閥門和閥座。激光可以用于硬化、重熔化、摻雜合金和涂覆金屬，為表面外層進行熱化學的改性處理創(chuàng)造了很多機會。通過這種改性處理生產(chǎn)的工件，具備更高的承受各種應(yīng)力的能力。激光光束可以聚焦、并精確定位，這一特點使激光技術(shù)適于局部化的表面處理加工。使用者可以有選擇地處理易磨損的區(qū)域，同時還具有較高的復(fù)現(xiàn)性。

利用激光技術(shù)，工程師們可以加工出最佳的表面外形結(jié)構(gòu)(toPograhy)，尤其是用于軸承和密封行業(yè)中的產(chǎn)品上。在這種相對較新的應(yīng)用中，脈沖激光光束可以在經(jīng)受摩擦應(yīng)力的作用表面，產(chǎn)生規(guī)定的微型潤滑孔隙。用這種方式產(chǎn)生的彈坑狀結(jié)構(gòu)主要是受激光光束達到工件表面上的幾何形狀以及強度分配的影響。

大體上，任何帶有接觸表面的系統(tǒng)都會發(fā)生摩擦應(yīng)變，例如浮動圈等，可以采用諸如高級陶瓷或金屬等材料制成激光構(gòu)成件。激光改性的功能表面主要是微細臺階組成的區(qū)域，帶有重現(xiàn)性的、有規(guī)則的均勻微型潤滑子L隙。用戶可以讓這些孔的直徑、深度以及分布與加在零件上的負載相適應(yīng)。例如對于陶瓷滑動環(huán)密封，尺寸恰當并分布恰當?shù)陌纪裹c可大大降低摩擦及磨損。在此過程中的加工速度取決于激光的種類，一般為每秒1000個孔。

工業(yè)上已經(jīng)采用CO。以及NdzYAG大功率激光作為加工手段。但由于激光和激光系統(tǒng)很復(fù)雜、成本高，還涉及尺寸方面的問題，小型公司難以采用激光加工。也許這種情形不久會發(fā)生改觀。

最初，二極管激光器提供小于50W的輸出功率。材料處理(釬焊、雕刻、表面硬化以及塑性或?qū)岷附樱┧枰墓β剩@然遠遠高出該數(shù)值。大功率二極管激光器(HPDL)，將高性能與緊湊的結(jié)構(gòu)結(jié)合為一體。它們由大量的單個二極管組成，這些二極管層迭在一個鞋盒般大小的外殼里。功率累積值(最大為2．5kW)以及光束質(zhì)量足以進行材料處理。Fraunhofer研究所用HPDL進行的測試表明，它可以硬化經(jīng)回火的鋼以及焊接鋼板和銅板。

一個HDPL能發(fā)射0．84μm—0．94μm波長的光，而C04)激光器在10．6μm的波長上操作，Nd：YAG激光器在1．064μm的波長上操作。由于波長較短，因此，從HDPL提供的能量與從其它激光器發(fā)出的光相比，其能量更易被目標所吸收。亞琛市Fraunhofer生產(chǎn)技術(shù)研究所的研究者們按照工業(yè)研究合同已經(jīng)在機床、制造機械以及機器人上集成裝入了三種不同的HDPL(功率范圍高達2．5kW)進行工業(yè)研究。