¿Aplicación y desarrollo de tecnología de procesamiento láser?

Procesamiento láserse refiere al uso del efecto térmico generado por el rayo láser proyectado en la superficie del material para completar el proceso de procesamiento, incluida la soldadura por láser, el corte por láser, la modificación de la superficie, el marcado por láser, la perforación por láser y el micromecanizado. Use rayos láser para realizar diversos procesamientos en materiales, como perforación, corte, trazado, soldadura, tratamiento térmico, etc. El láser se puede adaptar al procesamiento y la fabricación de cualquier material, especialmente en el procesamiento y la fabricación de ocasiones especiales y materiales especiales. con especial precisión y requisitos, y juega un papel insustituible.

1. El principio del procesamiento láser

El procesamiento láser consiste en irradiar el rayo láser a la superficie de la pieza de trabajo y utilizar la alta energía del láser para cortar, derretir el material y cambiar las propiedades de la superficie del objeto. Dado que el procesamiento láser es un procesamiento sin contacto, la herramienta no rozará directamente contra la superficie de la pieza de trabajo para generar resistencia, por lo que la velocidad de procesamiento láser es extremadamente rápida, el rango del objeto de procesamiento afectado por el calor es pequeño y no hay ruido. generado. Dado que la energía del rayo láser y la velocidad de movimiento del rayo se pueden ajustar, el procesamiento láser se puede aplicar a diferentes niveles y rangos.

2. Características del procesamiento láser

Las preciosas características del láser determinan las ventajas del láser en el campo del procesamiento:

①Dado que es un procesamiento sin contacto, y la energía del rayo láser de alta energía y su velocidad de movimiento se pueden ajustar, puede lograr una variedad de propósitos de procesamiento.

② Puede procesar una variedad de metales y no metales, especialmente materiales con alta dureza, alta fragilidad y alto punto de fusión.

③No hay desgaste de "herramienta" durante el procesamiento láser, y no actúa "fuerza de corte" sobre la pieza de trabajo.

④Durante el procesamiento láser, la densidad de energía del rayo láser es alta, la velocidad de procesamiento es rápida y es un procesamiento local, que tiene un efecto mínimo o nulo en las partes que no son de irradiación láser. Por lo tanto, la zona afectada por el calor es pequeña, la deformación térmica de la pieza de trabajo es pequeña y la cantidad de procesamiento posterior es pequeña.

⑤ Puede realizar varios procesamientos en la pieza de trabajo en el recipiente hermético a través del medio transparente.

⑥Debido a que el rayo láser es fácil de guiar y reunir para realizar la transformación en varias direcciones, es muy fácil cooperar con el sistema de control numérico para procesar piezas de trabajo complejas, por lo que es un método de procesamiento extremadamente flexible.

⑦Usando el procesamiento láser, la eficiencia de producción es alta, la calidad es confiable y el beneficio económico es bueno.

Tecnología láser

Utilice rayos láser para realizar diversos procesos en materiales, como perforación, corte, trazado, soldadura, tratamiento térmico, etc. El procesamiento por láser tiene muchas ventajas: ① La densidad de potencia del láser es alta y la temperatura de la pieza de trabajo aumenta rápidamente después de absorber el láser y se derrite o se vaporiza. Incluso los materiales con alto punto de fusión, alta dureza y fragilidad (como cerámica, diamante, etc.) también pueden procesarse con láser; ②Cabeza láser No hay contacto con la pieza de trabajo y no hay problema de desgaste de la herramienta de procesamiento; ③La pieza de trabajo no está estresada y no es fácil de contaminar; ④Puede procesar la pieza de trabajo en movimiento o el material sellado en la carcasa de vidrio; ⑤El ángulo de divergencia del rayo láser puede ser inferior a 1 miliarco, y el punto El diámetro puede ser tan pequeño como del orden de micras, y el tiempo de acción puede ser tan corto como nanosegundos y picosegundos. Al mismo tiempo, la potencia de salida continua de los láseres de alta potencia puede alcanzar el orden de kilovatios a diez kilovatios. Por lo tanto, el láser es adecuado tanto para el microprocesamiento de precisión como para el procesamiento de materiales a gran escala; ⑥El rayo láser es fácil de controlar y es fácil de combinar con maquinaria de precisión, tecnología de medición de precisión y computadoras electrónicas para lograr un alto grado de automatización y alta precisión de procesamiento; ⑦ En entornos hostiles o lugares de difícil acceso para otros, los robots disponibles realizan el procesamiento láser.

1. perforación láser

Los agujeros se pueden perforar con un láser pulsado con un ancho de pulso de {{0}}.1-1 milisegundos, que es especialmente adecuado para perforar microagujeros y agujeros con formas especiales, con un diámetro de aproximadamente 0.005-1 mm. La perforación con láser se ha utilizado ampliamente en el procesamiento de cojinetes de joyas, troqueles de trefilado de diamantes, hileras de fibras químicas y otras piezas de relojes e instrumentos.

2. Corte por láser, trazado y rotulación

En industrias como la construcción naval y la fabricación de automóviles, a menudo se utilizan cientos de vatios a 10,000 vatios de láseres de CO2 continuos para cortar piezas de trabajo grandes, lo que no solo puede garantizar formas de curvas espaciales precisas, sino que también tiene una alta eficiencia de procesamiento. Los láseres de estado sólido o láseres de CO2 de potencia media y baja se utilizan comúnmente para cortar piezas de trabajo pequeñas. En microelectrónica, los láseres a menudo se usan para cortar obleas de silicio o cortar rendijas estrechas, con alta velocidad y una pequeña zona afectada por el calor. El láser se puede utilizar para grabar o marcar la pieza de trabajo en la línea de montaje sin afectar la velocidad de la línea de montaje, y los caracteres grabados se pueden mantener de forma permanente.

3. corte por láser

Use láseres de potencia media y baja para eliminar algunos materiales en los componentes electrónicos para lograr el propósito de cambiar los parámetros eléctricos (como el valor de resistencia, la capacitancia y la frecuencia de resonancia, etc.). El recorte láser tiene alta precisión y alta velocidad, y es adecuado para la producción en masa. El uso de principios similares puede reparar la máscara de los circuitos integrados defectuosos, reparar la memoria del circuito integrado para mejorar el rendimiento y también puede ajustar con precisión el equilibrio dinámico del giroscopio.

4. Soldadura láser

La soldadura láser tiene alta resistencia, pequeña deformación térmica y buen sellado. Puede soldar materiales con diferentes tamaños y propiedades, así como materiales con puntos de fusión altos (como la cerámica) y fácil oxidación. El marcapasos cardíaco soldado con láser tiene buena hermeticidad, larga vida útil y tamaño pequeño.

5. tratamiento térmico con láser

Irradie el material con láser, seleccione la longitud de onda adecuada y controle el tiempo de irradiación y la densidad de potencia, de modo que la superficie del material pueda fundirse y recristalizarse para lograr el propósito de templado o recocido. La ventaja del tratamiento térmico con láser es que se puede controlar la profundidad del tratamiento térmico, se puede seleccionar y controlar la parte del tratamiento térmico, la deformación de la pieza de trabajo es pequeña, se pueden procesar piezas y componentes con formas complejas y las paredes internas de Se pueden tratar agujeros ciegos y agujeros profundos. Por ejemplo, la vida útil de los pistones de los cilindros se puede extender después del tratamiento térmico con láser; Los materiales de silicio dañados por el bombardeo de iones se pueden restaurar mediante tratamiento térmico con láser.

6. Tratamiento mejorado

La tecnología de fortalecimiento de superficies con láser se basa en dos procesos de calentamiento de alta densidad de energía del rayo láser y autoenfriamiento rápido de la pieza de trabajo. En el fortalecimiento de la superficie del láser de materiales metálicos, cuando la densidad de energía del rayo láser está en el extremo inferior, se puede utilizar para el fortalecimiento de la transformación de fase de la superficie de los materiales metálicos. Cuando el láser Cuando la densidad de energía del haz está en un nivel alto, el punto de luz en la superficie de la pieza de trabajo es equivalente a un espacio en movimiento, que puede completar una serie de procesos metalúrgicos, incluida la refundición de la superficie, la carburación de la superficie, la aleación de la superficie y el revestimiento de la superficie. . La tecnología de sustitución de materiales desencadenada por estas funciones en aplicaciones prácticas traerá enormes beneficios económicos a la industria manufacturera.

La principal aplicación en la modificación de materiales de herramientas es el tratamiento de fusión. El tratamiento de fusión consiste en que la superficie del material metálico se funde bajo la irradiación del rayo láser y, al mismo tiempo, se solidifica rápidamente para producir una nueva capa superficial. De acuerdo con el cambio de la estructura de la superficie del material, se puede dividir en aleación, revestimiento, refundición y refinación, acristalamiento y composición de la superficie.

La fusión por láser es una tecnología de modificación de superficies que irradia la superficie de un material con un láser con parámetros apropiados para fundir y condensar rápidamente la superficie para obtener una estructura más refinada y homogénea y las propiedades deseadas. Tiene las siguientes ventajas:

1. Por lo general, no se agregan elementos metálicos cuando se funde la superficie y la capa fusionada forma un enlace metalúrgico con la matriz del material.

2. En el proceso de fusión por láser, se pueden excluir las impurezas y los gases, y las impurezas obtenidas por enfriamiento rápido y recristalización tienen mayor dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión.

3. La capa fundida es delgada y la zona de acción del calor es pequeña, lo que tiene poco efecto sobre la rugosidad de la superficie y el tamaño de la pieza de trabajo. A veces se puede utilizar sin más pulido.

4. Aumentar el límite de solubilidad sólida de los átomos de soluto en la matriz, superfina los granos de cristal y las partículas de la segunda fase, formar una fase metaestable y obtener una estructura monocristalina sin difusión o incluso un estado amorfo, de modo que la nueva aleación producida pueda obtener los beneficios de los métodos tradicionales. al excelente desempeño.

El haz de luz se puede guiar a través del camino óptico, de modo que se pueda procesar la posición especial de la pieza y la superficie de forma compleja.

Combinando las ventajas de la tecnología láser y las deficiencias de las tecnologías ampliamente utilizadas, la aplicación de la tecnología láser al tratamiento de fortalecimiento de la superficie de los materiales de las herramientas será una de las formas importantes de mejorar la resistencia al desgaste y la vida útil de las herramientas, especialmente para las cerámicas y las aleaciones duras. Las ventajas de la alta dureza y la buena resistencia al calor de la herramienta conducen a mejorar la eficiencia y la precisión del procesamiento, y pueden cortar materiales difíciles de mecanizar, como el acero endurecido, en condiciones de procesamiento desfavorables. Debido a su resistencia relativamente baja y poca tenacidad, su rango de aplicación está seriamente limitado. Por lo tanto, tiene una gran importancia para la investigación y amplias perspectivas de aplicación para aplicar la tecnología de fortalecimiento de superficies con láser a herramientas de cerámica y carburo cementado.

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