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行业新闻

激光加工技术在模具制造中的应用与展望

来源:admin 时间:2024-07-04 10:06 点击:

    1 激光加工技术在模具制造中的应用
    1.1 国内外激光加工技术在模具制造中的发展 现状
    随着国内模具制造行业的发展,激光加工技术在该领域的应用也不断得到推广和应用。国内激光加工设备及其配套技术已逐步成熟,从传统的激光切割、激光焊接等技术向激光钻孔、激光热成形、激光表面处理等多方向扩展,如表1所示。3D激光加工改进了模具的加工技术,提供了更高的加工精度、更短的加工时间、多功能性、复杂的几何形状,改善了加工零件的表面质量,降低了工装成本和增强了设计的灵活性。激光加工技术在模具制造应用中,国内企业加强了对激光加工技术的研究和开发,提高了激光加工的质量和效率,以满足市场需求。然而激光加工的高成本和技术仍是国内模具制造企业面临的问题。
    在欧美发达地区,激光加工技术被广泛应用于汽车零部件、航空航天等领域,并且已形成了完整的激光加工产业链。此外国外企业在激光加工技术的研究和开发方面也处于领x地位,通过不断创新和提高技术水平,推动激光加工技术在模具制造领域的应用。由于国外激光加工技术发展较早,其成本相对较低,可以更加广泛地应用于模具制造行业。
    目前激光加工技术在国内模具加工中大多采用国外进口设备,企业的投入比例较大,模具企业的设备需求是长期稳定的,这意味着对激光设备的发展也是契机。目前国内的模具生产工艺装备水平普遍偏低,有较大的提升空间,模具加工覆盖的行业广泛,为汽车、仪器仪表、家用电器等行业提供零配件,在市场上模具加工占据了60%的份额,意味着激光加工设备在模具行业有较大的潜力。
    1.2 青岛激光切割在模具制造中的应用案例分析
    在塑料模制造过程中,需要对模具零部件进行高精度的切割和加工。传统的切割方法如铣削、电火花加工等存在局限性,而激光切割技术提供更为灵活和高x的解决方案。激光加工的优点:①精度高,激光切割技术能够实现较高的切割精度,满足复杂模具零部件的精度要求,通过控制激光束的焦点和功率,可以实现微米级别的切割精度,避免传统切割方法可能引起的误差;②灵活性好,激光切割技术可以根据设计要求实现不同形状和尺寸的切割,无需更换刀具或调整设备设置,在同一设备上可以处理多种不同的模具零部件,缩短了生产时间,节约了成本;③加工效率较高,激光切割速度快,可以实现高速切割,另外,激光切割不需要直接接触工件表面,规避了磨损和损坏的风险,延长了刀具使用寿命。
    1.3 激光焊接在模具零件修复与再制造中的作用
    激光焊接机是用于j密模具零件的修补,如数码产品、手机、玩具、汽车、摩托车等模具。通过模具零件的修补,可以利用原来的模具零件,节约了生产成本和提高了工作效率。激光焊接技术还可应用于修改模具零件的设计或尺寸,缩短产品开发周期。激光焊接机操作容易,能提高焊补的速度,并且修补效果以及精度都较好,在模具焊接领域应用广泛。激光焊接的修补焊接热影响区域小,不需要提前加热,因此工作后被焊接工件也不会出现退火现象。激光焊接技术不仅可以用于模具零件磨损的修复,还可以对小且j密的区域实现j准焊接,修补后也不会出现变形或气孔等现象。
    激光堆焊修复是利用大功率单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行焊接,这种焊接方法具有连续功率激光堆焊和脉冲功率激光堆焊的作用。激光堆焊优点是不需要在真空中进行,缺点是穿透力不如电子束焊接强。激光堆焊时能进行j确的能量控制,可以实现j密器件的焊接,能应用于较多金属,特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。
    1.4 激光表面处理技术对模具零件性能的提升
    激光表面处理技术能使低等级材料实现高性能表面改性,达到零件制造低成本与工作表面高性能的z优组合,具有可观的经济效益和社会效益。
    激光束的能量可连续调整,且没有惯性,配合数控系统,可以对形状复杂的零件和其他常规方法难以处理的零件进行局部硬化处理,也可以在零件的不同部位进行不同的激光硬化处理。因为激光表面处理的上述优点,特别适用于常规硬化处理(如渗碳和碳氮共渗淬火、氮化及高中频感应加热淬火等)难于实现的某些零件或其局部位置的表面强化处理,在模具制造中具有独特优势,可实现用低档模具钢或铸铁替代高d模具钢;用国产模具钢替代进口模具钢;可对模具实行增强性修复(再制造工程),以降低模具制造成本。
    在模具制造中应用激光表面硬化技术,可以集设计、材料选择、制模、检验、修复等技术于一体,缩短设计制造周期,降低生产成本,变革模具制造方式,z终提升整个模具产业水平。这些优点,无论在技术性还是在经济性及服务性上,都是现有传统技术无法比拟的。
    2 激光加工技术在模具制造中的挑战与问题
    2.1 技术层面的挑战
    激光加工技术在模具制造中具有许多技术层面的挑战。
    (1)精度控制。激光加工技术在模具制造中需要实现高精度的加工,以满足模具的精度要求。然而激光加工过程中存在一些因素,如加工热影响、光束传输等,会影响加工精度。对于利用激光切割技术制造汽车模具,会由于激光加工过程中的光束传输问题,导致切割的模具零件尺寸与设计要求存在偏差,需要对光束传输系统进行整体优化以及采用更高质量的光束传输器件解决该问题,但精度控制仍是重要的挑战。
    (2)材料适应性。激光加工技术需要适应各种材料的加工,包括金属、陶瓷、塑料等。不同材料具有不同的光学和热学特性,因此激光加工过程需要针对不同材料进行参数优化和工艺控制。对于利用激光焊接技术制造电子产品的模具,不同材料的焊接需要不同的激光功率和焊接速度,为了解决材料适应性问题,需要进行试验研究,并优化激光焊接参数,针对不同材料开发不同的焊接工艺。解决材料的适应性,提高模具的焊接质量和生产效率,也是重要的挑战。
    (3)表面质量。在激光加工过程中,可能会产生一些表面缺陷,如烧蚀、气孔等,这些缺陷会影响模具的使用寿命和加工质量,因此如何控制和减少表面缺陷也是重要的挑战。对于利用激光钻孔技术制造航空发动机的模具,在激光钻孔过程中容易产生烧蚀和气孔,导致模具零件表面质量不符合要求,为提高表面质量,需要优化激光加工参数,采用更低的激光功率和更高的加工速度,以减少烧蚀和气孔的产生,这对加工工艺提出了更高的要求。
    2.2 经济成本与环境影响的考虑
    在考虑经济成本和环境影响时,还需要考虑以下方面:①设备投资成本,激光加工设备投资成本高,特别是高功率激光设备,这会增加模具制造的起始成本;②能源消耗,激光加工过程需要消耗大量的电能来提供激光能量,高功率激光设备的能源消耗较高,会增加能源成本;③材料损耗,激光加工需要在模具制造过程中移除材料,会导致材料损耗,尽管激光加工比传统的机械加工损耗较少,但仍需考虑材料的成本和资源利用效率;④废料处理,激光加工会产生废料,如切割或蒸发的材料残留物,这些废料需要进行处理,增加废料处理成本,并对环境造成影响;⑤排放物处理,激光加工过程中会产生烟尘、废气等排放物,需要采取相应的措施进行处理和净化,以符合环境保护要求,这增加环境保护的投资和运营成本。
激光加工技术在模具制造中具有较大的潜力,但在考虑经济成本和环境影响时,仍需综合考虑设备投资、能源消耗、材料损耗、废料处理和排放物处理等因素,以确保激光加工的可持续发展。
    2.3 操作人员的技能与安全问题
    激光加工技术在模具制造中,操作人员需要具备一定的技能和注意安全问题。
    (1)操作人员需要具备激光加工技术的专业知识和技能,了解激光加工的原理、设备的结构和操作方法以及相关的安全规范和操作流程,同时还需要掌握激光加工过程中的参数调节、加工程序设计和设备维护等技能。
    (2)操作人员需要具备良好的操作技巧和协调能力,在激光加工过程中,操作人员需要j确控制激光束的位置和功率,进行精细加工。
    (3)操作人员需要具备对激光加工安全的认识和意识。激光加工过程中产生的高能激光束具有危险性,操作人员需要遵守相关的安全规范和操作流程,保证自身的安全。
    2.4 当前行业标准与法规限制
    激光加工技术在模具制造中的行业标准与法规的限制主要包括以下方面。
    (1)激光辐射安全标准。激光加工技术涉及激光辐射,对操作人员和周围环境的安全性有要求。国际上普遍采用的标准是IEC 60825,该标准规定了激光设备的分类、标记、安全性要求等,以确保操作人员和环境的安全。
    (2)材料选择与处理标准。激光加工技术适用于多种材料的加工,但不同材料对激光的反射、吸收和传导等特性存在差异。在模具制造中,需要根据具体材料的特性选择合适的激光加工参数,并对材料进行预处理,以确保加工质量和效率。
    (3)加工质量标准。模具制造对加工质量的要求较高,激光加工技术在模具制造中应用时,需要符合相关的加工质量标准要求,包括尺寸精度、表面质量、加工速度等方面,这些标准通常由行业组织或相关标准化机构制定,如ISO、ASTM等。
    (4)知识产权保护法规。激光加工技术在模具制造中的应用涉及一些专利技术或商业机密,需要遵守相关的知识产权保护法规,确保不侵犯他人的专利权或商业机密,并保护自己的技术和创新成果。
    激光加工技术在模具制造中的应用需要符合相关的行业标准和法规,以确保激光加工的安全性、加工质量和知识产权的保护,不同国家和地区可能有不同的标准和法规,需要遵守当地的相关规定。
    3 未来展望与发展趋势
    3.1 新型激光技术的研发动态
    随着激光技术的不断发展和进步,涌现了许多新型激光技术。
    (1)超快激光。超快激光具有短的脉冲宽度,以纳秒、飞秒甚至亚飞秒为单位,在模具制造中,超快激光可用于j密的微细加工,如微孔加工、微细切割和微细焊接等。此外超快激光还可以用于表面改性,如纳米结构形成和表面硬化等,提高模具零件的耐磨性和抗腐蚀性。
    (2)高功率激光。高功率激光可以实现高能量密度的加工效果,在模具制造中具有广泛的应用潜力,如高功率激光可用于深孔钻削、大尺寸零件切割和焊接等工艺,提高加工效率和精度。此外高功率激光还可用于快速热处理和模具零件表面改性,增强模具零件的硬度和耐磨性。
    (3)光纤激光。光纤激光具有小体积、高光束质量和稳定性好的特点,在模具制造中应用广泛。光纤激光可用于模具零件的切割、焊接和打标等工艺,同时还可以灵活地加工复杂形状和难加工的部位。光纤激光的应用还可以实现远程加工和自动化生产,提高生产效率和质量。
    上述新型激光技术的研发和应用,将进一步推动模具制造行业的发展,通过提高加工精度、降低生产成本和提高生产效率,新型激光技术将为模具制造企业带来更多的机遇和竞争优势。
    3.2 智能化与自动化在激光加工中的应用前景
    智能化和自动化是当前工业制造的趋势,对于激光加工技术的发展也具有重要意义,未来智能化和自动化将在激光加工中发挥越来越重要的作用,具有广阔的应用前景。在智能化方面,随着人工智能和机器学习等技术的不断发展,激光加工过程中的数据采集、分析和处理将更加精细化和自动化。通过对实时监测数据和历史数据的分析,可以提高激光加工的效率和质量,降低成本和风险,如利用机器学习算法可以实现对激光加工参数的优化和自动调整,提高加工效率和精度。在自动化方面,激光加工设备将越来越趋向于智能化和自动化,通过引入自动化系统、机器人和传感器等装置,可以实现激光加工过程的自动化控制和智能化管理,这不仅可以提高激光加工过程的稳定性和一致性,减少人为干预的错误和偏差,还可以实现全流程的自动化控制和管理,进一步提高生产效率和质量。未来随着人工智能、机器学习、物联网等技术的不断发展和应用,智能化和自动化将为激光加工带来更多的机遇和挑战,推动激光加工技术的发展。
    3.3 绿色制造与可持续发展理念在激光加工中的 体现
    激光加工近几年备受追捧,某些领域替代了传统的加工工艺,其中清洁环保是关键的因素,激光清洗让模具加工过程更加环保,其利用高能激光束与工件表面上要去除的物质相互作用,让附着物发生瞬间蒸发或剥离达到清洗工件的目的,这种加工技术无需化学清洗剂,绿色无 污染。激光切割技术的普及,在一定程度上弥补了传统加工工艺(等离子切割、火焰切割等)高污染、高耗材的缺点。同时,随着高功率、高亮度激光技术的突破以及切割工艺的不断进步,激光切割产生的粉尘也会减少。总体而言,绿色制造与可持续发展理念在激光加工中的体现如下。
    (1)节能减排。激光加工相对于传统的机械加工方式更加节能高x。激光加工过程中,通过激光束直接作用于材料,无需大量能量推动刀具等机械部件,减少了能源消耗,此外激光加工还能实现j确控制和小尺寸加工,减少了材料的浪费,降低了废品产生和处理的成本。
    (2)无废料生产。激光加工是非接触式的加工方式,不需要接触工件,不会对工件造成物理上的损伤或磨损,与传统加工方式相比,激光加工没有废料产生和碎屑的问题,实现了无废料生产。
    (3)精细加工和优化设计。激光加工具有高精度、高灵活性的特点,能够实现复杂形状的加工和微小尺寸的加工,在产品设计和制造过程中可以更加注重优化设计,减少材料的使用量和浪费,实现资源的有效利用。

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