钓鱼岛危机——汽车领域的激光“攻坚战”
激光划线用于碎片控制
世界范围内,传统的车削加工是圆形部件生产的标准方式,尤其常见于汽车部件生产。因为切割工具移除材料,产生很小的碎屑。理论上这些碎屑应该足够小,它们掉到加工中心的底部,然后被运走。实际上,这些碎屑可能变得很长,缠绕在刀具卡座上或夹具上,或依附于零件表面。这些碎屑很难处理,很难传到漏斗处,更不要说要用制冷剂来辅助打碎这些碎屑。所有这些问题都妨碍了加工过程相关的自动装载/卸载,自动测量,工具使用寿命,和合格率。使用激光来控制碎片是一种新的应用,具有难以估量的潜力。
加工系统必须使用工具插件,用“碎屑破碎器”来切断碎屑,可是他们只能在特定的工件表面速度下工作,而在加工过程中这个速度通不是不变的。碎屑破碎器在车削过程中也引入了很多额外的力,降低了精度,同时需要更多的车削次数。像1008和1010这样的软钢有延展性,要粉碎碎屑是很难的。使用冷却剂辅助粉碎会导致成本增加,趋肤效应和更大的健康危害。
Americhip LACC是专利加工技术,使用激光在元件上划片来消除这些碎屑问题。这被称为激光辅助碎屑控制。
用激光器在待加工的部件上划线,可深至几百微米。这些划痕可以有效地切断零件车削加工时产生的碎屑。调整激光划线的间距可以控制碎片的大小,根据需要去除的材料厚度调整划线深度使零件的最终尺寸满足要求。可以调整划线深度来适应最终部件尺寸需要去除的材料数量。在碎屑控制部分划线只是在加工前的第一个步骤,可是它所做的远不止这些。去除碎屑控制问题可以降低成本,减少插件,可预测工具使用寿命。也可以减少加工次数,降低成本。此外,因为碎屑得到控制,碎屑不会自动包裹在工具,部件,支架上,因此自动加工装载/卸载,自动测量,自动工具变换也可以顺利进行了。
激光划线易于自动化,无接触加工,无工具磨损。同轴气嘴配合高度感应使用机器切割头辅助吹走划线产生的碎屑。增加激光功率或者降低激光速度都可以划出更深的线。改变激光器输出波形也可以调整划线深度。激光器可以采用时间共享多路技术,可以分别在两个站进行连续划线,或者用能量共享设备同时划线。
脉冲YAG激光器和超级模式YAG连续激光器脉冲能量和峰值功率高,发热量小,设和高效划线,是最佳选择,。高峰值功率的脉冲YAG激光器,如JK704,用于深度划线。对于大部分的设备,带有细小光纤元件的高功率光束质量单元能产生最经济,最好的划线效果。激光模式的选择取决于划线的深度要求,循环时间限制,和经济要求。同轴空气或氧气用于辅助划线加工和保持光学元件清洁。
排油孔与排气孔
发动机,变速器,传动系部件都是非常稳健的零件,但是又必须尽可能小巧,轻便。为了发挥这些零件的最大效率,必须使他们得到适当的润滑,使其内部保持一定的液体流动特性。在铁和铝合金上的孔直径为0.5mm,可以很好的达到这样的目的。可是,这种尺寸的孔不能用传统的麻花钻来实现经济的,连续的加工,因为麻花钻很容易断裂,而且这样的孔往往与表面成一角度。
加工过的钢材与高强度的钢部件,铸件,锻件,硬质钢部件,甚至是聚合物密封覆层都容易用激光钻孔,只要有一个配有光纤传输的脉冲Nd: YAG激光器系统即可。孔深超过6mm的情况需要透镜传输脉冲YAG激光来保持孔的质量和钻孔速度。
对于4mm以内厚度的材料,钻孔时间0.3-1.5秒,而如果材料厚度增长到6-10mm,钻孔时间也增加到2-3秒。大多数孔都是用冲击钻孔技术完成的。激光器的焦点设置好后,即可制作出准确的孔直径,然后触发激光脉冲,在没有运动情况下完成钻孔。在制作大于0.7mm孔时,常用到环钻技术。环钻技术先采用静态穿孔,然后再采用切割成孔。
脉冲YAG激光器是唯一的选择,因为这些激光器发出的脉冲能量和峰值功率适合高效钻孔。同轴空气或氧气用于辅助钻孔过程,并保持光学元件清洁。
欧洲汽车制造离不开激光焊接
世界上第一个激光器的成功演示在 40 多年前,在今天,激光科学技术蓬勃发展,其作用远远超出了其发明初期人们原有的预想,激光技术的应用目前遍及科技、经济、军事和社会的许多领域。汽车工业是激光加工重要的应用领域,占激光加工15%的份额,激光焊接、激光切割、激光标记、激光打孔都有着广泛的应用。
激光焊接的技术可行性
激光(受激辐射光)最基本的特点就是:单色性、方向性、相关性,这些独特性质加上由此而来的超高亮度,超短脉冲等性质使它已经紧紧的和现代工业结合在一起,这些特质非常适合焊接加工。激光器一般按产生激光的工作物质不同来分类,主要有半导体(GaAs,InP 等)激光器、固体(Nd:YAG 等)激光器、气体 (CO2、He-Ne 等)激光器、液体(可调谐染料等)激光器、化学激光器、自由电子激光器等。其中气体激光器以气体或金属蒸汽为发光粒子,它是目前种类最多,激励方式最多样化,激光波长分布区域最宽,容易实现大功率连续输出,应用最广泛的一类激光器。固体激光器是将产生激光的粒子掺于固体基质,其浓度比气体大,因而可以获得比较大的激光能量输出,具有能量大,峰值功率高,机构紧凑,牢固耐用等特点。在激光焊接中主要就采用这两种受激物质的激光器。
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