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激光加工技术在工程机械制造中的应用

2024-04-17刘鹏 马立强 李峰西

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本文探讨了激光加工技术在工程机械制造中的应用,研究了激光加工技术未来的自动化、微型化与虚拟化发展方向。激光加工机械产品寿命长、可控性强,对于推动我国机械制造业的发展具有积极作用。
0 引言
        机械制造生产是一个复杂的生产过程,对于工艺技术及装备具有很高的精度要求。激光加工技术能够显著提高机械制造精度,助力企业生产出高品质的机械产品。为更好地利用激光加工技术,需要不断创新和改革,不断适应快速发展的机械制造业需求。
1 问题分析
       (1)起步期不稳定
       与传统工艺技术比较,激光加工技术带来的是技术的更新以及流程、设施的再造,因此需要不断磨合和创新,建立更加完善的技术和管理模式,从而保证工作有序运行。在此改造与优 化过程中,难免给工作造成一定影响。同时,在技术整合方面还会存在诸多不足,影响制造工作的有序进行[1]。另一方面,激光加工行业正朝着专业化和数字化的方向发展,迫切需要高素质的技术人员,但是从当前技术人员的素质来看,还无法满足其发展需求。例如缺乏创新型的高素质人才,无法掌握实际的制造要点,使制造效率无法得到全面提高。
       (2)加工制造精度
        
如在小孔加工时,预设孔洞直径3.200μm,但实际操作中因加工精度等因素限制,结果只能制作出大于3.23μm的孔洞。同时,在实际操作中经常会存在诸多误差,如加工表面可能 会因温度的变化出现变形问题,影响后续制造工作的进行。另外在实际制造时也会存在诸多的安全风险,不仅会导致加工工程机械的误差,还可能会对人员造成影响。
2 激光加工技术应用
       2.1 提升加工精度
       加强对加工精度的控制,融入先进的技术方案,降低机械加工制造误差。激光加工技术的采用要求对整体工作流程进行优化,确定加工工程机械的标准[3],从而使工程机械制造向更高的标准不断发展,全面提高产品质量。如图1所示为激光加工设备原理示意图。
激光加工设备原理示意图
图1 激光加工设备原理示意图
       例如在实际工作中,可以采取误差补偿法和均化法等方法,采取不同的手段进行有效的改善,避免对后续使用造成影响,通过科学的工作模式提高加工精度,满足行业当前的发展需要[4]
       2.2 智能工程机械激光加工技术
       (1)规范性和安全性
        在机械加工制造过程中,需要加强对智能型工程机械智能加工技术的研究,解决在劳动力密集制造情形下的效率低下和现场操作人员制造中的难题,并且在技术实施时考虑融入远程监控体系。
       (2)优化制造方式
       例如可以将信息处理技术和计算机硬件进行相互融合,使制造效率得到全面提高。在工程机械制造时,还可以根据质量要求对激光加工技术进行有效控制和优化,使制造效率得到大 幅提高。随着我国科技水平的不断发展,工程机械制造过程中能够全面实现智能化和无人化制造模式,在保证各项工程机械达标的基础上提高本身的品质,真正实现零误差制造。
       (3)制造流程简单化
       在以往工程机械制造领域,往往靠的是技术人员的操作,制造工艺非常复杂,随着新技术的不断普及对激光加工技术的应用提出了更高标准。在实际工作中需要充分利用智能型工程机械激光加工技术的发展优势来应对以往制造流程中过于复杂的问题,在真正意义上推动制造 技术朝着智能化方向不断发展[5]。智能激光加工技术的实施,能够摆脱以往人为操控,将复杂的工程机械制造变得更加智能化,并且还可以便捷整个制造工艺。
       2.3 柔性化的利用
       在柔性化利用时,要根据外界因素所产生的作用力,展现出激光加工制造过程中较强的适用能力,符合市场发展规律。同时还需要建立完善的制造柔性管理模式,通过人机界面的整合和优化制造出工程机械制造信息化的激光加工管理系统,使得最终的管理水平能够得到全面提高。柔性化在工程机械制造激光加工中的运用是行业发展趋势,能够保证最终的工程机械质量满足客户的使用要求,因此需要强化整个系统应用能力,保证工程机械具备可靠性的特征,从而使工程机械制造具备个性化优势,为后续工作奠定坚实的基础。
       2.4 切割下料
       激光切割机使用专门的输出设备聚集激光,输出激光光束,在聚焦镜作用下发射出能量密度极高的激光光束,光束打在材料上,材料被熔化与蒸发。相较于热切割法,即等离子以及火焰切割法,激光震荡切割可以实现能量最大化效果,可以用于高精度产品切割。
       如图2所示为某品牌三维激光切割机。该切割机常被用于驾驶室、油箱、机罩等零部件产品的激光切割,能够切割1~25mm厚度的型材或板材,每年能够达到2万吨的下料水平,切割材料强度最高可达1000MPa。
三维切割机
图2 三维切割机
       当前板材加工中使用的主流激光切割机分别是光纤激光切割机与CO2激光切割机。作为早期产品的CO2激光切割机技术远不如光纤切割机,其波长只有光纤切割机的1/10左右。与之对应的光纤激光切割机不仅有着良好的通过性,同时也能提高能量束能量聚集能力,形成更窄的切割线,造成更小的热影响,实现板材下料热变形的有效控制,提高板材利用率与下料效率。除了能够进行常规下料切割工作之外,激光切割技术在制作工艺样板、预留工艺豁口以及切割圆孔中也有很好的效果,能够用在工艺装备孔制造,用切割方式取代钻孔工艺,节省时间提高效率与钻孔模板费用。机械打孔与激光打孔效果如表1所示。
表1 机械打孔与激光打孔效果对比
机械打孔与激光打孔效果对比
       2.5 焊接生产
       以往机械生产中所用的焊接技术主要为氩弧焊、埋弧焊、气体保护焊,产品大多存在变形量大、飞溅多等问题,并且焊接灰尘、弧光不利于作业人员身体健康。随着科技的快速发展,工业制造中越来越重视控制人工强度,提高焊接效率和质量,于是在工程机械焊接中引入汽车产业中的柔性制造理念、流水线以及机器人焊接。
       最初因为激光焊技术水平有限,激光功率不高,导致在面对超厚板、中厚板材时无法顺利焊接。随着技术快速进步,激光电弧复合焊技术出现,并成功用于工程机械起重机臂架。该技术复合不同热源,并集中于同一位置,利用两种热源能量,提高焊接效率、间隙搭桥能力以及焊缝烙深。
       如图3所示为激光复合焊示意图。例如使用双丝-激光复合焊技术,与传统焊接相比,可以用在各种异种材料、难焊接材料以及高反射材料焊接,改善焊缝,提高焊接稳定性,能够尽可能消除焊接缺陷问题,提高焊接效率与质量。与单一的焊接热源相比,使用复合焊接方法让熔深得到50%性能的提高,并且可以用最小热输出获得最快的焊接速度,极高的填充率可以节省焊丝用量超过30%。
激光复合焊示意图
图3 激光复合焊示意图
3 发展前景浅析
       3.1 自动化方向
       机械制造智能化的发展趋势和信息技术的发展密切相关,实际中可以在相关技术人员激光加工设备中装载一些智能软件,完善整个机械制造操控模式,使得工程机械制造过程能够按照人员指令进行操作。在激光加工技术中可以根据事先设定的参数及数据完成自动化的制造过程,从原料的运输和装配期间是由系统自动化完成的,只需在实际制造时配备关键性岗位人员就可以进行日常操作,有助于规范激光加工制造流程,建成非常完整的工艺流水线,匹配相对应的参数以及规格优化整体的技术实施方案,防止因人为操作因素而出现较多的干扰问题。        3.2 微型化趋势
       当前工程机械制造逐渐朝着资源节约和绿色化方向不断发展,并在激光加工技术研究中更加注重生态以及环保理念,通过便捷化的操作来提高制造水平,紧跟科技发展导向,使制造效率得到全面提高。在当前工程机械制造企业发展中,将研发中重点放在工程机械设备和激光加工技术完善上,通过制造设备进一步简化以及优化,将传统笨重的设备朝着精细化和微型化的方向不断地发展,能够根据节约能耗和减排降污的要求促进技术的不断更新以及发展,这也是我国工程机械制造激光加工技术普及的重要基础。
       3.3 虚拟化趋势
       随着我国科技水平的不断提高,利用先进的计算机和人工智能技术进行模拟和仿真,使仿真技术融入激光加工制造过程中,保证工程机械激光加工技术具备精简化的特点,防止出现严重的浪费问题。从而提高工程机械质量,符合节约、环保理念。
4 结束语
       机械制造对激光加工技术的应用,能够极大提高工件生产质量与加工灵活度。未来有必要投入更多的力量加大研究力度,开发出更加先进的产品,推动工程机械制造技术与工艺革新,为我国工业发展提供坚实的技术支持。
       参考文献:
        [1] 傅中明,李德明.激光加工技术在工程机械制造中的应用与发展趋势[J].金属加工(热加工),2020(6):10-13.
       [2] 尹桂敏.激光加工技术在工程机械制造中的应用研究[J].中国设备工程,2019(3):194-195.
       [3] 张建达.激光加工技术在工程机械制造中的应用探讨[J].科学技术创新,2019(14):164-165.
       [4] 张津超,石世宏,龚燕琪,等.激光熔覆技术研究进展[J].表面技术,2020(10):1-11.           [5] 丁明春.激光加工技术在工程机械制造中的应用[J].中国新技术新工程机械,2019(21):66-67.
        作者简介:刘鹏(1987—),女,工程师,从事激光加工技术设计研究。
       来源:《锻压装备与制造技术》2023年第4期
责任编辑:杨培
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