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金屬材料加工工藝中激光技術(shù)應用分析
激光技術(shù)是20世紀一項舉世矚目的科技成就，為人類(lèi)各項事業(yè)的發(fā)展做出了突出貢獻，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、適應性強、經(jīng)濟效益高等優(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、激光表面熱處理等激光加工技術(shù)已不同程度地應用于金屬材料加工工藝。為提高應用實(shí)效，應優(yōu)化激光工作參數，建立健全加工作業(yè)數據庫;大力發(fā)展激光多工位分時(shí)綜合加工;努力實(shí)現激光加工的自動(dòng)化和無(wú)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)的應用范圍不斷擴大，已經(jīng)滲透到農業(yè)、工業(yè)、國防、科研等諸多領(lǐng)域。就材料加工領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，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)域的應用價(jià)值并未得到充分體現，應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、應用現狀、應用前景三個(gè)角度對相關(guān)問(wèn)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(mǎn)足自動(dòng)化加工的要求。因此，激光加工系統可以與計算機數控技術(shù)交相呼應，生成便捷、優(yōu)質(zhì)、高效的自動(dòng)化加工設備，進(jìn)而實(shí)現加工工業(yè)的低成本、高效率、高利潤�？傮w而言，激光加工技術(shù)具有以下幾項基本特征：
�、俟に嚰尚院�。一方面，同一臺機床可同時(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，同一臺機床可同時(shí)實(shí)現多種工藝同步進(jìn)行或者不同工藝分步進(jìn)行的效果。
�、诩庸ば矢�。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焊接的25倍;激光打孔效率是機械打孔的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應性強。激光加工可適用于各種材料，如高強度材料、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，體現了其適應性強的特點(diǎn)。
�、萁�(jīng)濟效益高。提高經(jīng)濟效益，是激光加工最顯著(zhù)的特征。以激光打孔為例，它能比一般打孔技術(shù)節省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用現狀
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)不可或缺的應用技術(shù)。目前，激光切割主要應用于薄板材料加工，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)期內重要的發(fā)展方向。
通用、福特、豐田等世界知名的汽車(chē)公司，就將激光切割技術(shù)廣泛應用于汽車(chē)組裝生產(chǎn)線(xiàn)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實(shí)現不同規格、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，激光切割還廣泛應用于各類(lèi)不銹鋼工件的切割。無(wú)論是加工數量，還是加工質(zhì)量，都呈現出良好的發(fā)展勢頭。當前，激光切割技術(shù)逐步應用于機械制造行業(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
依據服務(wù)對象和使用器件的不同，激光焊接主要包括兩種類(lèi)型的機制，一種是深熔焊，主要應用于機械制造行業(yè);另一種是傳導焊，主要應用于電子電氣行業(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(chē)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，這種應用主要體現在以下兩個(gè)方面：首先，傳動(dòng)件焊接。當前，激光焊接技術(shù)可滿(mǎn)足汽車(chē)傳動(dòng)系統中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，體現出其獨特的應用價(jià)值。其次，焊接組合件。簡(jiǎn)單地說(shuō)，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(guò)焊接組合件，既可以減少工件數量，也可以提高部件性能，還可以減輕車(chē)體重量，進(jìn)而優(yōu)化汽車(chē)的整體性能。以雅閣汽車(chē)為例，它的車(chē)門(mén)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(chē)門(mén)重量。
此外，激光焊接技術(shù)憑借其堅固性強的特點(diǎn)，還廣泛應用于刀具、刃具、量具制造行業(yè)。例如，我國圓鋸片的年產(chǎn)量超過(guò)1 000萬(wàn)片，不僅滿(mǎn)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(chǎng)的有效供給。
2.3 激光打孔
激光打孔是一項傳統的、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，成為當前制造行業(yè)不可或缺的技術(shù)元素。從20世紀末，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(zhù)技術(shù)的不斷完善，孔徑越來(lái)越小，而性能卻越來(lái)越高。粗略地計算，如果我們在飛機機翼上打上5萬(wàn)個(gè)半徑為0.032 mm的小孔，就可以因為氣流阻力的減小而節省40%的油量。在我國，激光打孔技術(shù)也有著(zhù)相對較長(cháng)的發(fā)展歷史。早在20世紀60年代，我國就將該技術(shù)應用于鐘表制造行業(yè)，目前其累計產(chǎn)值已超過(guò)23億元人民幣。然而，與發(fā)達國家相比，我國還存在著(zhù)一定的差距�，F如今，發(fā)達國家已將激光打孔技術(shù)廣泛應用于醫藥制造、食品加工、飛機制造等行業(yè)領(lǐng)域，為其帶來(lái)了巨大的物質(zhì)和精神財富。
2.4 激光打標
激光打標技術(shù)是一項應用性極強的激光材料加工技術(shù)。它通過(guò)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(lèi)化學(xué)反應，將標識永久性地留在工部件表面。當前，金屬制品是激光打標技術(shù)應用最為廣泛的行業(yè)領(lǐng)域。如刃具、量具、軸承等金屬制品，都需要依賴(lài)激光打標技術(shù)為其打印標記。而且，激光打標可在絲毫不影響晶體的性能的情況下，將看似不可能的標記打印變?yōu)楝F實(shí)。此外，隨著(zhù)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，也可以應用激光打標技術(shù)進(jìn)行打標。近些年來(lái)，激光系統不斷完善，目前平均最高功率可達250 WYAG，極大地加深了標記的深度，提高了標記的質(zhì)量。而且，激光打標技術(shù)作為一種嶄新的產(chǎn)品防偽手段，受到社會(huì )各界越來(lái)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�？梢�(jiàn)，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�，F如今，激光表面硬化已不同程度地應用于汽車(chē)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(lái)增強加工材料的抗蝕性和耐磨性。該處理主要應用于熔點(diǎn)較低的材料。通過(guò)處理，使材料生成高熔點(diǎn)合金層，進(jìn)而實(shí)現提升材料性能的目的。盡管激光熔覆與合金化有所區別，如涂層化學(xué)成分的變化趨向，但兩者相輔相成，都是現實(shí)中不可或缺激光表面熱處理方式。當前，激光熔覆與合金化主要應用于氣門(mén)、閥門(mén)、齒輪齒面、鑄鐵模具等工件制造，為工件質(zhì)量提供了著(zhù)實(shí)的保障。
3 激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應用前景
基于激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應用現狀，本文認為，可以通過(guò)以下幾個(gè)方面的努力，來(lái)加強激光技術(shù)的應用范圍和應用強度。
第一，優(yōu)化激光工作參數，建立健全加工作業(yè)數據庫。眾所周知，激光照射具有一定的可控性。無(wú)論是激光照射時(shí)間，還是激光照射范圍，亦或是激光照射強度，都可以通過(guò)人為干預予以控制。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，為激光加工提供可靠的標準。與此同時(shí)，也要建立健全加工作業(yè)數據庫，依靠完善的數據庫信息來(lái)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(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、激光表面熱處理等激光技術(shù)能在同一臺機械設備上完成，進(jìn)而實(shí)現綜合加工的效果�？梢�(jiàn)，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)現激光加工的自動(dòng)化和無(wú)人化。為盡可能地節省人力消耗，提高加工效率，激光加工技術(shù)目前正朝著(zhù)自動(dòng)化和無(wú)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，必須有強大的網(wǎng)絡(luò )控制技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計算機生產(chǎn)輔助管理技術(shù)做保障。為此，應完善相關(guān)的技術(shù)配套設施建設，努力實(shí)現激光加工的自動(dòng)化和無(wú)人化。
4 結 語(yǔ)
綜上所述，在新時(shí)期，加強激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應用是一項非常系統的工程。為了夯實(shí)該項工程的基礎，增強該項工程的實(shí)效，要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：首先，要對加強激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中應用的必要性和重要性有一個(gè)清晰的認識;其次，要對激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應用現狀有一個(gè)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)現金屬材料加工事業(yè)又好又快的發(fā)展。
參考文獻：
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