激光在銑削、彎扳以及......



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(xué)成份及其特性。當(dāng)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(xué)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(xué)的改性處理創(chuàng)造了很多機會。
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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(dá)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(xì)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(fù)載相適應(yīng)。例如對于陶瓷滑動環(huán)密封，尺寸恰當(dāng)并分布恰當(dāng)?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(yuǎn)遠(yuǎn)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(biāo)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(dá)2．5kW)進行工業(yè)研究。
利用激光二極管進行焊接，可為用戶提供較好的靈活性以及成本效益。對被接合零件的幾何形狀與尺寸沒有限制，焊接速度高達(dá)1．0m／min。
激光幾乎可以焊接各種熱塑件。這種工藝可以避免粘接問題，因為與工件不接觸。此外，激光焊接還減少了塑料上的熱負(fù)載，降低了可能出現(xiàn)的脹裂。許多用肉眼看來呈現(xiàn)出五顏六色的顏料，對近紅外光而言是透明的(包括黑色)，HPDL可以對帶有這類顏色的塑料進行焊接。實驗

表明，用二極管激光器進行的焊接、其強度可以與采用較傳統(tǒng)的塑料焊接技術(shù)所牛成的強度娘美。
受控的金屬堆積(CMB)工藝將激光沉積焊接與高速銑削結(jié)合為一體。通過激光沉積焊接工序。可以生成接近成品形狀的金屬材料堆積。由于金屬粉木在高能量的激光光束中保持在—個規(guī)定的路徑上，因此，系統(tǒng)可以一個路徑接著一個路徑地組構(gòu)某個零件、直至達(dá)到所需要的輪廓為止。要生成一個空隙、僅需短時中斷激光光束和粉末進給即可。該技術(shù)采用的是熔融金屬。因而在工具表面出現(xiàn)堆積，在工具的拐角和邊緣會形成圓邊。
為處理這種情況，F(xiàn)raunhofer研究所(與一家德國機床廠合作)制作了一臺機床，它將高速銑削與沉積加工結(jié)合為一體。通過銑削加工出一個平整表面，以確保材料沉積均勻，與邊緣的尖銳度以及零件的形狀和尺寸精度符合要求。所有的操作全部由—臺機床完成，因此操作員可以安排好工藝步驟使機床自動運行。在銑削過程中，激光沉積焊接噴嘴自動地積出加工區(qū)，以免發(fā)生碰撞危險，并保護刀具和零件不受切屑影響。
原則上，用戶可以采用任何能焊接的金屬進行CMB工藝，從鋼、銅到硬合金材料。銅電極可以采用CMB工藝自動制作，而以前只用耐磨保護層材料能夠用來制作整個零件。
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加工的沉積層只有十分之幾mm厚。由于在生成每一層之后，隨之進行的是輪廓銑削，因此，銑削刀具的突出長度小于2mm，接下來、可以采用直徑小于1mm的銑刀進行加工。利用這些小型切削刀具，可以形成窄而深的溝槽、其拐角半徑保持在噴射注塑模具許可的范圍內(nèi)。
激光輔助的熱態(tài)加工(LAM)是面向材料的，在經(jīng)濟上也可行的。激光加工與車削、銑削以及旋壓成形法相結(jié)合、能優(yōu)化難切削和難成形材料的加工。
在激光輔助的熱加上和旋壓成形加工中，由激光系統(tǒng)在切削或成形操作中對材料進行局部加熱。溫度的上升會軟化材料、使它較易加工并成形。研究者在鈦、灰鑄鐵以及高強度鋼上進行了激光鋪助的銑削操作、發(fā)現(xiàn)銑削力下降了30%-70%(用高速鋼)、刀具磨損下降了約90%。在某此情況卜、激光輔助加工可以大大提高銑削速度。
在需要切削加工高級陶瓷時，采用熱態(tài)加工方式可以使加工過程變得比較容易。氮化硅陶瓷、以前只能用幾何形狀不確定的切削刀進行加工，如今卻可以用LAM工藝進行車削加工。利用現(xiàn)有技術(shù)和機床，用戶已經(jīng)可以車削加工材料為氮硅陶瓷的復(fù)雜形狀零件，并獲得高達(dá)Ra0．3μm的表面粗糙度。這些系統(tǒng)是在車床上裝入一臺3kWNd：YAG激光器、或是—臺1．2kW的高功率二極管激光器集成而成。