将激光硬化工艺整合进机床

文章来源:MM《现代制造》 发布时间:2016-11-01
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高强度钣金加工在金属板材加工领域是一件令人头疼的事情。德国亚琛(Fraunhofer)的研究人员出席了欧洲板材展,展示了一种新型扫描系统,能够在连续模内通过局部激光硬化来改变材料特性。

众多行业,例如汽车行业、能源技术或航空行业开始转向轻质材料的加工,这导致高强度钢板以及局部机械特性部件的大量使用。在这些材料的加工过程中,抗张强度有时会超过1000 MPa,钣金公司频繁遭遇技术和经济瓶颈。

除将局部激光硬化工艺整合进机床之外,德国弗劳恩霍夫产品技术研究所在欧洲板材展上进一步展示了钣金加工技术——例如金触点的激光沉积

延伸出的钣金加工限制

十多年来,德国弗劳恩霍夫产品技术研究所一直致力于使用激光进行钣金加工,常规钣金加工的限制有所延伸。多亏激光技术的支撑,即使是强度超过1600 MPa的板材,也能够进行安全加工。

在切割和成型过程中成功实施激光支持后,弗劳恩霍夫产品技术研究所和产业合作伙伴开始了研究项目“生态硬钢”,致力于工艺和系统技术,致力于对材料特性进行局部改变。为了实现微观结构特性的局部设置,需要对激光加热和冷却过程进行精密的控制。为此开发了扫描系统,结合3D加工、弹性点几何学以及综合过程监控技术同时使用。

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混合振动去耦实现连续使用

该系统于2016年欧洲板材展11号厅B135展位首次展出,该系统进一步简化了操作者在过程设置中的工作,因为能够自动识别钣金上的加热区。对加热而言,可使用激光束对板材表面进行处理,焦点直径应小于1 mm,最大为10 mm。加热控制通过比率高温计“在轴上”实现,以便在板材上实现预期的温度梯度。这个复杂的光学系统是与Raylase(一家高精密度零件和次模组制造商)共同开发的,用于激光束的转移、调制及控制,且由于弗劳恩霍夫产品技术研究所开发的振动解耦技术,能够在流水作业中连续使用。

为了控制冷却速率以及适当地实现预期微观结构,Lochanstalt Aherhammer、Stahlschmidt & Flender正在开发具有局部可调回火功能的模块工具。局部激光加热和可调回火工具与成型机制造商Tecodrive制造的高动态、高精度钣金进行了结合。生态硬钢项目的进一步发展使得能够在较大的厚度范围内通过非接触的方式对高强度和超高强度钢板进行电磁传输。新输送技术使得局部激光硬化技术在整合进机床的过程中冲数变大。这些技术的结合意味着,钣金加工业内的公司能够首次生产出特性局部适应连续模要求的零件。

钣金加工的深层次技术

除了将局部硬化技术整合进机床的系统之外,弗劳恩霍夫产品技术研究所在2016年欧洲板材展上展示了深加工技术:一项展览的技术为“Hy-Press-III”激光加热模块。它提供了高强度钣金切割方法,在割缝缝5%~10%的情况下保证了优良的边缘质量(切口光滑率超过90%)。伴随着局部激光加热,该系统还延伸了成型过程中的过程限制:例如,在高强度钢S700的颈部成型过程中,无故障膨胀比提高了2.5个系数。

同时,弗劳恩霍夫产品技术研究所也展示了用于贵金属钣金局部涂层的技术。如今,在电触头中,例如金属弹片中的电触头,通常使用电镀术在钣金零件上涂上金层。因为使用了大量的贵金属,该表面涂层的成本较高。甚至在滴试板等技术过程中,20%~30%的表面不可避免地要接受不必要的涂敷。

因此,弗劳恩霍夫产品技术研究所开发了一项工艺,使用基于线的激光金属沉积将最小的金点涂敷到下面的加工材料。金丝直径仅为人体头发直径的两倍,大约为100 µm。将细丝输送至工件需要较大的精密度,需要进行光学探测并用激光进行焊接,以便在零件上形成金点。

在基于线的激光沉积中,贵金属的利用率接近100%。在2016年欧洲板材展上,弗劳恩霍夫产品技术研究所展示了一个零件,在同等接触特性条件下,他们已经成功将贵金属要求降低至84%。此外,因为局部金点更厚,新工艺提升了连接的磨损特性。

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