激光加工技術(shù)在金屬材料加工中的應(yīng)用

王盛維

摘要：近年來(lái)，我國(guó)的制造業(yè)的水平不斷提高，面對(duì)國(guó)際市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，如何提高原材料的加工工藝水平是應(yīng)對(duì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的重要手段。目前，在金屬材料加工行業(yè)，傳統(tǒng)的金屬加工工藝已經(jīng)無(wú)法滿足如今的市場(chǎng)需求，基于此，激光技術(shù)在金屬材料中的應(yīng)用逐漸普及并得以應(yīng)用。雖然在如今的金屬材料加工領(lǐng)域已經(jīng)逐漸使用了金屬加工技術(shù)，但是該技術(shù)目前仍然存在一定的問(wèn)題，如何有效的解決目前所面臨的問(wèn)題以提高激光技術(shù)在金屬材料加工中的應(yīng)用效果是提高金屬材料加工質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

關(guān)鍵詞：制造業(yè)，金屬材料，加工工藝，激光技術(shù)，市場(chǎng)需求

隨著機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)于產(chǎn)品尤其是金屬材料產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率等方面的要求不斷提高，使得金屬材料的加工工藝逐漸成為人們熱議的話題，金屬加工工藝也被眾學(xué)者所研究，而順應(yīng)目前的形勢(shì)，被討論最多的就是激光技術(shù)在金屬材料加工中的應(yīng)用情況，本文在分析激光技術(shù)優(yōu)勢(shì)的前提下，對(duì)激光技術(shù)在金屬材料加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行探討，以期為金屬材料加工提出具有針對(duì)性的建議。

1 激光加工技術(shù)的定義

鑒于激光的單色性、相干性的特點(diǎn)，激光加工技術(shù)是將激光在待加工的金屬材料表面進(jìn)行匯聚，從而產(chǎn)生很高的溫度，對(duì)將待加工的金屬材料進(jìn)行熔化、重鑄等操作，以達(dá)到加工材料的目的。在實(shí)際生產(chǎn)中，材料加工的很多工序都會(huì)用到激光加工技術(shù)，常見(jiàn)的如激光切割技術(shù)、激光焊接技術(shù)等。基于激光加工技術(shù)的高效率以及高精度，該技術(shù)有望推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展。

2 激光加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)加工工藝相比，激光加工技術(shù)主要具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

2.1工藝集成化程度較高

在傳統(tǒng)金屬加工工藝中，每臺(tái)機(jī)床都具有各自的功能，如抱床、銑床、磨床等等，每一臺(tái)機(jī)床負(fù)責(zé)自己的工序，因此在傳統(tǒng)金屬加工工藝中會(huì)將各個(gè)機(jī)床進(jìn)行組合形成統(tǒng)一的流水作業(yè)。而在激光加工工藝引入后，一臺(tái)機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)不同的工序，利用激光加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)金屬材料的切割、打孔、表面的處理等工作;此外，在同一個(gè)機(jī)床上，各個(gè)工序可以互不干擾，同步進(jìn)行。利用激光加工技術(shù)的高工藝集成化的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)工序同時(shí)、高效的進(jìn)行。

2.2工作效率較高且加工質(zhì)量好

與傳統(tǒng)的金屬材料加工工藝相比，由于激光高能量密度的特性，使得其無(wú)論在切割、打孔還是表面處理過(guò)程中都能夠快速的進(jìn)行，因此，激光加工技術(shù)的工作效率非常的高，通常為普通工藝的數(shù)十倍甚至成千上萬(wàn)倍。如激光焊接工藝是普通焊接工藝效率的25倍，若將激光加工工藝應(yīng)用于打孔工序上，則可以使傳統(tǒng)的打孔作業(yè)效率提高近40000倍，以上數(shù)字足以看出激光加工技術(shù)在金屬材料加工中的高效性。

此外，除了具備工作效率高的優(yōu)勢(shì)之外，在利用激光加工技術(shù)對(duì)金屬材料進(jìn)行加工時(shí)，由于避免了傳統(tǒng)加工過(guò)程中的接觸加工的方式，因此，采用激光加工技術(shù)加工出的金屬產(chǎn)品具有更高的質(zhì)量。

2.3具有非常高的適應(yīng)性

在傳統(tǒng)的加工工藝中，由于技術(shù)參數(shù)、原材料性質(zhì)等原因，一種加工工藝僅能適應(yīng)一種或者幾種行業(yè)。但是，激光加工技術(shù)具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，這是其優(yōu)勢(shì)所在。激光憑借其高能量密度的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)⒏鞣N高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)甚至高硬度的材料方便有效的加工，因此，激光加工工藝能夠以很強(qiáng)的適應(yīng)性應(yīng)用于各行各業(yè)。

2.4具有較高的經(jīng)濟(jì)性

鑒于激光加工技術(shù)的以上特點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，不僅能夠提高加工效率與質(zhì)量，同時(shí)能夠很好的節(jié)省機(jī)床的空間，最終實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益。具體來(lái)分析，如打孔工藝中，采用激光加工技術(shù)能夠比傳統(tǒng)工藝節(jié)約近50%的成本。

3 激光加工技術(shù)在金屬材料加工中的應(yīng)用分析

如今激光加工技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到金屬加工的各個(gè)工序中，并逐漸滲透到各行各業(yè)，具體應(yīng)用情況如下。

3.1激光切割技術(shù)

在傳統(tǒng)的金屬切割工序中，主要有氣割、等離子弧切割、激光切割、碳弧氣刨及碳弧空氣切割、電弧刨割條、水下切割、水射流切割等方法，而能量密度最高的就是激光切割，這也使得其在眾多金屬切割中脫穎而出。應(yīng)用高能量的激光光束，能夠使得金屬材料在瞬間被熔化，并形成齊整的切口。

采用激光切割技術(shù)之后，金屬切割正是進(jìn)入了快速、準(zhǔn)確、節(jié)能、環(huán)保的時(shí)代，其中，軌道交通領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域、金屬家具制造領(lǐng)域、健身器材制造領(lǐng)域等。激光切割技術(shù)應(yīng)用最廣泛的行業(yè)要數(shù)汽車行業(yè)了，世界著名的汽車公司，如美國(guó)的通用、日本的豐田以及德國(guó)的大眾等，將激光切割技術(shù)廣泛的應(yīng)用于汽車組裝生產(chǎn)線上。

3.2激光焊接技術(shù)

激光焊接技術(shù)應(yīng)用最多的行業(yè)也是汽車行業(yè)，為汽車行業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，在汽車行業(yè)的應(yīng)用中，激光焊接技術(shù)主要完成傳動(dòng)件的焊接工作，據(jù)了解，目前激光焊接技術(shù)在汽車傳動(dòng)系統(tǒng)焊接中的利用率高達(dá)70%。相比于傳統(tǒng)的焊接工藝而言，利用激光焊接得到的汽車零件不僅具有較低的成本，同時(shí)還具有較高的使用可靠性與壽命。除了汽車行業(yè)的應(yīng)用之外，由于激光焊接技術(shù)具有相當(dāng)高的堅(jiān)固性，因此其還廣泛應(yīng)用于刀具的制作。

3.3激光打孔技術(shù)

激光打孔技術(shù)是最為傳統(tǒng)的激光加工技術(shù)，與傳統(tǒng)的打孔工藝相比，激光打孔技術(shù)不僅高效可靠，并且作業(yè)精度高，能夠滿足小孔徑的要求。舉例而言，飛機(jī)機(jī)翼上為了減少空氣阻力，通常需要打5萬(wàn)個(gè)直徑為0.064毫米的小孔，如果用傳統(tǒng)的打孔工藝不僅耗時(shí)耗資巨大，同時(shí)會(huì)因?yàn)榧庸ふ`差而使得孔徑不一致，不僅起不到減少空氣阻力的效果，反而還容易在飛行過(guò)程中出現(xiàn)危險(xiǎn)，因此，高精度、高效率的激光打孔是最佳選擇。

3.4激光打標(biāo)技術(shù)

激光打標(biāo)技術(shù)能夠在完全不影響目標(biāo)物性能的同時(shí)，精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)標(biāo)記打印，而且激光打標(biāo)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種材料的打標(biāo)作業(yè)，如大理石、陶瓷等。隨著激光打標(biāo)技術(shù)的不斷進(jìn)步，其受到世界各國(guó)的青睞。

3.5激光表面熱處理技術(shù)

激光表面熱處理技術(shù)技術(shù)主要應(yīng)用方式有兩種，第一種是激光表面硬化技術(shù)，主要通過(guò)增加馬氏體的量來(lái)增加材料的硬度;第二種是激光熔覆與合金化技術(shù)，主要利用激光來(lái)提升熔點(diǎn)進(jìn)而增強(qiáng)金屬材料的抗腐蝕能力以及抗磨能力。目前，經(jīng)過(guò)以上兩種手段處理的金屬材料，其硬度大大提高，極大限度的降低了金屬零件的質(zhì)量損耗。同時(shí)，經(jīng)過(guò)激光熔覆與合金化處理后的金屬材料生成了高熔點(diǎn)的合金層，實(shí)現(xiàn)了材料性能的提升。

4 結(jié)論與建議

基于激光加工技術(shù)目前的應(yīng)用現(xiàn)狀，可以看出其在各行各業(yè)都逐漸滲透，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)從優(yōu)化激光加工技術(shù)的工作參數(shù)，發(fā)展多工位分時(shí)綜合作業(yè)工藝，努力實(shí)現(xiàn)激光加工工藝的全自動(dòng)化操作等。只有這樣，才能將激光加工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到極致。

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