激光加工在模具行業(yè)的應(yīng)用
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)需求的多樣化,產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈,更新?lián)Q代的周期也越來(lái)越短。為此,要求不但能根據(jù)市場(chǎng)的要求盡快設(shè)計(jì)出新產(chǎn)品,而且能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)制造出原型,從而進(jìn)行性能測(cè)試和修改,最終形 ..
上述三種激光快速成形技術(shù)由于發(fā)展時(shí)間長(zhǎng),技術(shù)相對(duì)比較成熟,在國(guó)內(nèi)外都得到了較為廣泛的應(yīng)用。但上述方法形成的三維工件都不能直接作為模具使用,需要進(jìn)行后續(xù)的處理,所以稱之為激光間接成模工藝。主要的處理方法有:①快速成形工件處理后用作模具。LOM制作的紙模經(jīng)表面處理直接代替砂型鑄造木模;或者用LOM制作的紙模具經(jīng)表面處理直接用作低熔點(diǎn)合金鑄模、注塑模;或失蠟鑄造中蠟?zāi)5某尚文。SLS制作的工件經(jīng)滲銅后,作為金屬模具使用。②用快速成形件作母模澆注硅橡膠、環(huán)氧樹脂、聚氨脂等材料制作軟模具。③用快速成形件翻制硬模具。一種是直接用LOM制作紙基模具,經(jīng)表面金屬電弧噴鍍和拋光后研成金屬模;另一種是金屬面硬背襯模具。上述硬模具可用于砂型鑄造、消失模的壓型制作、注塑模以及簡(jiǎn)易非鋼質(zhì)拉伸模。
用上述激光間接成模工藝制作模具,既避開(kāi)了復(fù)雜的機(jī)械切削加工,又可以保證模具的精度,還可以大大縮短制模時(shí)間、節(jié)省制模費(fèi)用,對(duì)于形狀復(fù)雜的精度模具,其優(yōu)點(diǎn)尤為突出。但是,目前還存在著模具壽命相對(duì)較短的缺點(diǎn),所以上述激光間接成形模具較適合于小批量生產(chǎn)。 2) 激光直接成模工藝 選擇性激光熔化(Selective Laser Melting,簡(jiǎn)稱SLM)技術(shù)是在選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。SLM的特點(diǎn)為:(1)使用高功率密度,小光斑的激光束加工金屬,使得金屬零件具有0.1毫米的尺寸精度;(2)熔化金屬制造出來(lái)的零件具有冶金結(jié)合的實(shí)體,相對(duì)密度幾乎能達(dá)到100%,大大改善了金屬零件的性能;(3)由于激光光斑直徑很小,因此能以較低的功率熔化高熔點(diǎn)的金屬,使得用單一成分的金屬粉末來(lái)制造零件成為可能。圖2所示為德國(guó)EOS GmbH公司利用選擇性激光熔化(SLM)工藝制造的全金屬零件。 圖2 德國(guó)EOS GmbH公司用選擇性激光熔化 (SLM)工藝制造的全金屬零件 激光多層(或稱三維/立體)熔覆直接快速成形技術(shù)是在快速原型技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合同步送料激光熔覆技術(shù)所發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新制造技術(shù),其實(shí)質(zhì)是計(jì)算機(jī)控制下的三維激光熔覆。由于激光熔覆的快速凝固特征,所制造出的金屬零件具有均勻細(xì)密的枝晶組織和優(yōu)良的質(zhì)量,其密度和性能與常規(guī)金屬零件相當(dāng)。激光多層熔覆發(fā)展出了多種方法,其中最具代表性的是美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Sandia National Laboratories)研發(fā)的稱作激光工程化凈成形技術(shù)(Laser Engineered Net Shaping,簡(jiǎn)稱LENS)的金屬件快速成形技術(shù)。采用該方法已成功制造了不銹鋼,馬氏體時(shí)效鋼,鎳基高溫合金,工具鋼,鈦合金,磁性材料以及鎳鋁金屬間化合物工件,零件致密度達(dá)到近乎100%。圖3為美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以LENS技術(shù)制造的金屬模具。 圖3 美國(guó)Sandia National Laboratories用激光 工程化凈成形工藝(LENS)制造的全金屬模具 選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)和激光工程化凈成形(LENS)技術(shù)由于成形件致密性好,且具有冶金結(jié)合組織及精度高,制成的模具壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),已得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的普遍重視,在國(guó)外已推出了多種設(shè)備樣機(jī),有的甚至開(kāi)始商品化了;而國(guó)內(nèi)目前的研究和應(yīng)用還處于起步階段。 另外,還有一種基于激光精細(xì)切割的金屬零件分層制造技術(shù)(LOM),具有可快速、低成本制造大型、復(fù)雜形狀的模具的特點(diǎn)。日本中川威雄研究室早在80年代就應(yīng)用金屬薄板LOM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了金屬模具的分層快速制造。經(jīng)過(guò)發(fā)展,金屬薄板LOM技術(shù)已逐漸應(yīng)用于諸如汽車等大型內(nèi)外飾件模具及具有復(fù)雜流道注塑模的制造。 模具表面激光改性 |
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