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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)一項舉世矚目的科技成就，為人類各項事業(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、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點，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)展激光多工位分時綜合加工;努力實現(xiàn)激光加工的自動化和無人化。
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
激光既具有時間控制性，又具有空間控制性，使其能夠滿足自動化加工的要求。因此，激光加工系統(tǒng)可以與計算機(jī)數(shù)控技術(shù)交相呼應(yīng)，生成便捷、優(yōu)質(zhì)、高效的自動化加工設(shè)備，進(jìn)而實現(xiàn)加工工業(yè)的低成本、高效率、高利潤。總體而言，激光加工技術(shù)具有以下幾項基本特征：
�、俟に嚰尚院谩Ｒ环矫�，同一臺機(jī)床可同時具備多種加工工藝，如切割、焊接、打孔、表面處理等;另一方面，同一臺機(jī)床可同時實現(xiàn)多種工藝同步進(jìn)行或者不同工藝分步進(jìn)行的效果。
②加工效率高。與其它加工工藝相比，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。激光加工可適用于各種材料，如高強度材料、高熔點材料、高硬度材料等等。同時，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)性強的特點。
�、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%的直接費用和50%～75%的間接費用。
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)在以下兩個方面：首先，傳動件焊接。當(dāng)前，激光焊接技術(shù)可滿足汽車傳動系統(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)出其獨特的應(yīng)用價值。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)憑借其堅固性強的特點，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
激光打孔是一項傳統(tǒng)的、實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。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。粗略地計算，如果我們在飛機(jī)機(jī)翼上打上5萬個半徑為0.032 mm的小孔，就可以因為氣流阻力的減小而節(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�，F(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)和精神財富。
2.4 激光打標(biāo)
激光打標(biāo)技術(shù)是一項應(yīng)用性極強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。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，馬氏體的量會不斷增加，進(jìn)而導(dǎo)致零部件疲勞強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，激光表面硬化會增加HRC20的硬度，同時降低304 mg的能耗�？梢�，激光表面硬化會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的方式來增強加工材料的抗蝕性和耐磨性。該處理主要應(yīng)用于熔點較低的材料。通過處理，使材料生成高熔點合金層，進(jìn)而實現(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，可以通過以下幾個方面的努力，來加強激光技術(shù)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用強度。
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。無論是激光照射時間，還是激光照射范圍，亦或是激光照射強度，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，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)展激光多工位分時綜合加工。從理論的角度講，同一束激光源也可以實現(xiàn)綜合性的激光加工。因為，該激光源能夠自主地控制激光照射時間和能量密度。在這種情況下，不同工位上分時可以實現(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)能在同一臺機(jī)械設(shè)備上完成，進(jìn)而實現(xiàn)綜合加工的效果。可見，大力發(fā)展激光多工位分時綜合加工，是激光加工技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
第三，努力實現(xiàn)激光加工的自動化和無人化。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)目前正朝著自動化和無人化的方向發(fā)展。而激光加工技術(shù)要想取得實質(zhì)性地突破和發(fā)展，必須有強大的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(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)，努力實現(xiàn)激光加工的自動化和無人化。
4 結(jié) 語
綜上所述，在新時期，加強激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應(yīng)用是一項非常系統(tǒng)的工程。為了夯實該項工程的基礎(chǔ)，增強該項工程的實效，要注意以下幾個問題：首先，要對加強激光技術(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清晰的認(rèn)識;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)狀有一個全面的分析;最后，要對加強激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應(yīng)用路徑有一個科學(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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