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  • 激光加工在模具行業(yè)的應用

    作者:佚名 來源:本站整理 時間:2011-11-16 22:43 閱讀:2065 [投稿]
    隨著科學技術的發(fā)展和社會需求的多樣化,產品的競爭越來越激烈,更新?lián)Q代的周期也越來越短。為此,要求不但能根據市場的要求盡快設計出新產品,而且能在盡可能短的時間內制造出原型,從而進行性能測試和修改,最終形 ..
    上述三種激光快速成形技術由于發(fā)展時間長,技術相對比較成熟,在國內外都得到了較為廣泛的應用。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制作的紙模具經表面處理直接用作低熔點合金鑄模、注塑模;或失蠟鑄造中蠟模的成形模。SLS制作的工件經滲銅后,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、注塑模以及簡易非鋼質拉伸模。
    用上述激光間接成模工藝制作模具,既避開了復雜的機械切削加工,又可以保證模具的精度,還可以大大縮短制模時間、節(jié)省制模費用,對于形狀復雜的精度模具,其優(yōu)點尤為突出。但是,目前還存在著模具壽命相對較短的缺點,所以上述激光間接成形模具較適合于小批量生產。
    2) 激光直接成模工藝
    選擇性激光熔化(Selective Laser Melting,簡稱SLM)技術是在選擇性激光燒結(SLS)技術的基礎上發(fā)展起來的。SLM的特點為:(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)熔化金屬制造出來的零件具有冶金結合的實體,相對密度幾乎能達到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的金屬,使得用單一成分的金屬粉末來制造零件成為可能。圖2所示為德國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是在快速原型技術的基礎上結合同步送料激光熔覆技術所發(fā)展起來的一項高新制造技術,其實質是計算機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密的枝晶組織和優(yōu)良的質量,其密度和性能與常規(guī)金屬零件相當。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Sandia國家實驗室(Sandia National Laboratories)研發(fā)的稱作激光工程化凈成形技術(Laser Engineered Net Shaping,簡稱LENS)的金屬件快速成形技術。采用該方法已成功制造了不銹鋼,馬氏體時效鋼,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,零件致密度達到近乎100%。圖3為美國Sandia國家實驗室以LENS技術制造的金屬模具。  
    圖3 美國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)技術和激光工程化凈成形(LENS)技術由于成形件致密性好,且具有冶金結合組織及精度高,制成的模具壽命長的特點,已得到了工業(yè)界和學術界的普遍重視,在國外已推出了多種設備樣機,有的甚至開始商品化了;而國內目前的研究和應用還處于起步階段。
    另外,還有一種基于激光精細切割的金屬零件分層制造技術(LOM),具有可快速、低成本制造大型、復雜形狀的模具的特點。日本中川威雄研究室早在80年代就應用金屬薄板LOM技術實現了金屬模具的分層快速制造。經過發(fā)展,金屬薄板LOM技術已逐漸應用于諸如汽車等大型內外飾件模具及具有復雜流道注塑模的制造。
    模具表面激光改性
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