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金屬材料加工工藝中激光技術(shù)應(yīng)用分析
激光技術(shù)是20世紀(jì)一項(xiàng)舉世矚目的科技成就，為人類各項(xiàng)事業(yè)的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)，下面是小編搜集整理的一篇探究金屬材料加工工藝中激光技術(shù)應(yīng)用的論文范文，歡迎閱讀查看。
摘 要：激光加工技術(shù)具有工藝集成性好、加工效率高、加工質(zhì)量好、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，成為諸多行業(yè)不可或缺的技術(shù)元素。目前，激光切割、激光焊接、激光打孔、激光打標(biāo)、激光表面熱處理等激光加工技術(shù)已不同程度地應(yīng)用于金屬材料加工工藝。為提高應(yīng)用實(shí)效，應(yīng)優(yōu)化激光工作參數(shù)，建立健全加工作業(yè)數(shù)據(jù)庫;大力發(fā)展激光多工位分時(shí)綜合加工;努力實(shí)現(xiàn)激光加工的自動(dòng)化和無人化。
關(guān)鍵詞：金屬材料;加工工藝;激光技術(shù)
近些年，激光技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，已經(jīng)滲透到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防、科研等諸多領(lǐng)域。就材料加工領(lǐng)域來說，激光技術(shù)憑借自身獨(dú)特的優(yōu)勢，儼然已經(jīng)成為其不可或缺的發(fā)展元素。然而，由于各種限制因素的影響，激光技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值并未得到充分體現(xiàn)，應(yīng)用潛能也并未得到充分挖掘。對此，本文以金屬材料加工為研對象，從基本特征、應(yīng)用現(xiàn)狀、應(yīng)用前景三個(gè)角度對相關(guān)問題進(jìn)行了如下的分析和探討。
1 激光加工的基本特征
激光既具有時(shí)間控制性，又具有空間控制性，使其能夠滿足自動(dòng)化加工的要求。因此，激光加工系統(tǒng)可以與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)交相呼應(yīng)，生成便捷、優(yōu)質(zhì)、高效的自動(dòng)化加工設(shè)備，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工工業(yè)的低成本、高效率、高利潤�？傮w而言，激光加工技術(shù)具有以下幾項(xiàng)基本特征：
�、俟に嚰尚院谩Ｒ环矫�，同一臺(tái)機(jī)床可同時(shí)具備多種加工工藝，如切割、焊接、打孔、表面處理等;另一方面，同一臺(tái)機(jī)床可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種工藝同步進(jìn)行或者不同工藝分步進(jìn)行的效果。
�、诩庸ば矢摺Ｅc其它加工工藝相比，激光加工工藝可以極大地提高加工效率。例如，激光切割效率是一般切割的15倍;激光焊接效率是傳統(tǒng)焊接的25倍;激光打孔效率是機(jī)械打孔的40 000多倍。
�、奂庸べ|(zhì)量好。激光加工大多采用非接觸式加工方式，而且能量密度高，為加工質(zhì)量提供了可靠的保障。
�、苓m應(yīng)性強(qiáng)。激光加工可適用于各種材料，如高強(qiáng)度材料、高熔點(diǎn)材料、高硬度材料等等。同時(shí)，激光加工既可適用于大氣環(huán)境，也可適用于真空環(huán)境，體現(xiàn)了其適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。
�、萁�(jīng)濟(jì)效益高。提高經(jīng)濟(jì)效益，是激光加工最顯著的特征。以激光打孔為例，它能比一般打孔技術(shù)節(jié)省25%～75%的直接費(fèi)用和50%～75%的間接費(fèi)用。
2 激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1 激光切割
激光切割是一項(xiàng)重要的激光加工工藝，也是材料加工行業(yè)不可或缺的應(yīng)用技術(shù)。目前，激光切割主要應(yīng)用于薄板材料加工，如電梯控制板、儀表板、木模板等。而在金屬材料加工方面，激光切割還稍顯滯后，這也是其今后一段時(shí)期內(nèi)重要的發(fā)展方向。
通用、福特、豐田等世界知名的汽車公司，就將激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車組裝生產(chǎn)線上。與其它切割技術(shù)相比，激光切割可以在最小基本面板內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格、不同精度零件的加工，摒棄金屬模的限制，進(jìn)而取得良好的加工效果。此外，激光切割還廣泛應(yīng)用于各類不銹鋼工件的切割。無論是加工數(shù)量，還是加工質(zhì)量，都呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。當(dāng)前，激光切割技術(shù)逐步應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)，成為行業(yè)發(fā)展的重要支撐。輸出功率為2 kW的CO2激光器是目前比較常用的切割器械，可切割不銹鋼的最大厚度為8毫米，普碳鋼的最大厚度為12 mm。
2.2 激光焊接
依據(jù)服務(wù)對象和使用器件的不同，激光焊接主要包括兩種類型的機(jī)制，一種是深熔焊，主要應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè);另一種是傳導(dǎo)焊，主要應(yīng)用于電子電氣行業(yè)。
從目前的發(fā)展態(tài)勢看，激光焊接技術(shù)不斷滲透到汽車行業(yè)，為行業(yè)發(fā)展提供了必要的技術(shù)支撐。具體而言，這種應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：首先，傳動(dòng)件焊接。當(dāng)前，激光焊接技術(shù)可滿足汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中70%的零件的焊接需求。與其它焊接技術(shù)相比，激光焊接不僅可以提高零件的使用壽命，而且可以降低零件的使用成本，體現(xiàn)出其獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。其次，焊接組合件。簡單地說，焊接組合件就是將分散的平板工件焊接成體、沖壓成形。通過焊接組合件，既可以減少工件數(shù)量，也可以提高部件性能，還可以減輕車體重量，進(jìn)而優(yōu)化汽車的整體性能。以雅閣汽車為例，它的車門是由1.4 mm的鋼板和0.7 mm的薄板拼焊沖壓而成，降低了40%的車門重量。
此外，激光焊接技術(shù)憑借其堅(jiān)固性強(qiáng)的特點(diǎn)，還廣泛應(yīng)用于刀具、刃具、量具制造行業(yè)。例如，我國圓鋸片的年產(chǎn)量超過1 000萬片，不僅滿足了建筑行業(yè)對高質(zhì)量鋸片的迫切需求，而且保障了國外鋸片市場的有效供給。
2.3 激光打孔
激光打孔是一項(xiàng)傳統(tǒng)的、實(shí)用的激光材料加工技術(shù)。與其它技術(shù)相比，激光打孔具有精度高、效率高、效益高等優(yōu)勢，成為當(dāng)前制造行業(yè)不可或缺的技術(shù)元素。從20世紀(jì)末，激光打孔技術(shù)的發(fā)展速度明顯加快，多元化傾向明顯加強(qiáng)。而且，隨著技術(shù)的不斷完善，孔徑越來越小，而性能卻越來越高。粗略地計(jì)算，如果我們在飛機(jī)機(jī)翼上打上5萬個(gè)半徑為0.032 mm的小孔，就可以因?yàn)闅饬髯枇Φ臏p小而節(jié)省40%的油量。在我國，激光打孔技術(shù)也有著相對較長的發(fā)展歷史。早在20世紀(jì)60年代，我國就將該技術(shù)應(yīng)用于鐘表制造行業(yè)，目前其累計(jì)產(chǎn)值已超過23億元人民幣。然而，與發(fā)達(dá)國家相比，我國還存在著一定的差距。現(xiàn)如今，發(fā)達(dá)國家已將激光打孔技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥制造、食品加工、飛機(jī)制造等行業(yè)領(lǐng)域，為其帶來了巨大的物質(zhì)和精神財(cái)富。
2.4 激光打標(biāo)
激光打標(biāo)技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用性極強(qiáng)的激光材料加工技術(shù)。它通過高密度、高能量的激光，對工部件實(shí)行局部照射，并依靠汽化、液化等各類化學(xué)反應(yīng)，將標(biāo)識(shí)永久性地留在工部件表面。當(dāng)前，金屬制品是激光打標(biāo)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的行業(yè)領(lǐng)域。如刃具、量具、軸承等金屬制品，都需要依賴激光打標(biāo)技術(shù)為其打印標(biāo)記。而且，激光打標(biāo)可在絲毫不影響晶體的性能的情況下，將看似不可能的標(biāo)記打印變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。此外，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些非金屬制品，如大理石、玻璃、陶瓷等，也可以應(yīng)用激光打標(biāo)技術(shù)進(jìn)行打標(biāo)。近些年來，激光系統(tǒng)不斷完善，目前平均最高功率可達(dá)250 WYAG，極大地加深了標(biāo)記的深度，提高了標(biāo)記的質(zhì)量。而且，激光打標(biāo)技術(shù)作為一種嶄新的產(chǎn)品防偽手段，受到社會(huì)各界越來越廣泛的關(guān)注。 2.5 激光表面熱處理
激光表面熱處理主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是激光表面硬化。在激光表面硬化的作用下，馬氏體的量會(huì)不斷增加，進(jìn)而導(dǎo)致零部件疲勞強(qiáng)度和耐磨性能的不斷提高。同樣是AISIl045型鋼，在未經(jīng)處理以前，鋼的硬度僅為HRC35，而質(zhì)量損耗卻高達(dá)418 mg。而在同等條件下，激光表面硬化會(huì)增加HRC20的硬度，同時(shí)降低304 mg的能耗。可見，激光表面硬化會(huì)極大地提高物件硬度，降低物件質(zhì)量損耗。現(xiàn)如今，激光表面硬化已不同程度地應(yīng)用于汽車錠桿、凸輪軸、曲軸、缸套等物件的制造。從實(shí)際效果看，它不僅提高了物件的使用壽命，而且降低了物件的制造成本。二是激光熔覆與合金化。激光熔覆與合金化是以提升熔點(diǎn)的方式來增強(qiáng)加工材料的抗蝕性和耐磨性。該處理主要應(yīng)用于熔點(diǎn)較低的材料。通過處理，使材料生成高熔點(diǎn)合金層，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升材料性能的目的。盡管激光熔覆與合金化有所區(qū)別，如涂層化學(xué)成分的變化趨向，但兩者相輔相成，都是現(xiàn)實(shí)中不可或缺激光表面熱處理方式。當(dāng)前，激光熔覆與合金化主要應(yīng)用于氣門、閥門、齒輪齒面、鑄鐵模具等工件制造，為工件質(zhì)量提供了著實(shí)的保障。
3 激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應(yīng)用前景
基于激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應(yīng)用現(xiàn)狀，本文認(rèn)為，可以通過以下幾個(gè)方面的努力，來加強(qiáng)激光技術(shù)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用強(qiáng)度。
第一，優(yōu)化激光工作參數(shù)，建立健全加工作業(yè)數(shù)據(jù)庫。眾所周知，激光照射具有一定的可控性。無論是激光照射時(shí)間，還是激光照射范圍，亦或是激光照射強(qiáng)度，都可以通過人為干預(yù)予以控制。正是基于這種特性，激光加工具有明顯的多元化特征。因此，為了最大限度地發(fā)揮激光加工優(yōu)勢，可依據(jù)加工方式以及加工對象的不同，建立一套科學(xué)的、合理的、有效的工作參數(shù)，為激光加工提供可靠的標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，也要建立健全加工作業(yè)數(shù)據(jù)庫，依靠完善的數(shù)據(jù)庫信息來提高激光加工質(zhì)量和加工效率。
第二，大力發(fā)展激光多工位分時(shí)綜合加工。從理論的角度講，同一束激光源也可以實(shí)現(xiàn)綜合性的激光加工。因?yàn)�，該激光源能夠自主地控制激光照射時(shí)間和能量密度。在這種情況下，不同工位上分時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多種方式的綜合加工，激光切割、激光焊接、激光打孔、激光打標(biāo)、激光表面熱處理等激光技術(shù)能在同一臺(tái)機(jī)械設(shè)備上完成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合加工的效果。可見，大力發(fā)展激光多工位分時(shí)綜合加工，是激光加工技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
第三，努力實(shí)現(xiàn)激光加工的自動(dòng)化和無人化。為盡可能地節(jié)省人力消耗，提高加工效率，激光加工技術(shù)目前正朝著自動(dòng)化和無人化的方向發(fā)展。而激光加工技術(shù)要想取得實(shí)質(zhì)性地突破和發(fā)展，必須有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)生產(chǎn)輔助管理技術(shù)做保障。為此，應(yīng)完善相關(guān)的技術(shù)配套設(shè)施建設(shè)，努力實(shí)現(xiàn)激光加工的自動(dòng)化和無人化。
4 結(jié) 語
綜上所述，在新時(shí)期，加強(qiáng)激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應(yīng)用是一項(xiàng)非常系統(tǒng)的工程。為了夯實(shí)該項(xiàng)工程的基礎(chǔ)，增強(qiáng)該項(xiàng)工程的實(shí)效，要注意以下幾個(gè)問題：首先，要對加強(qiáng)激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中應(yīng)用的必要性和重要性有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí);其次，要對激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應(yīng)用現(xiàn)狀有一個(gè)全面的分析;最后，要對加強(qiáng)激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應(yīng)用路徑有一個(gè)科學(xué)的把握。只有這樣，才能最大限度地發(fā)揮激光技術(shù)的功效，才能真正實(shí)現(xiàn)金屬材料加工事業(yè)又好又快的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
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