淺談激光加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-08-26 23:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 采用，使工件在X和Y方向的精度可達(dá)177。（~）mm，Z方向的精度可達(dá)177。（~）mm。因?yàn)闊o需對整個截面進(jìn)行掃描，且不需考慮支撐，所以容易制作大尺寸的工作，速度快、效率高。制件能承受高達(dá)200攝氏度的溫度，有較高的硬度和較好的力學(xué)性能，可進(jìn)行各種切割加工。無需后固化處理。原材料價格便宜，制作成本低。缺點(diǎn)：不適合具有封閉腔型結(jié)構(gòu)件的制作。工件（特別是薄壁件）的抗拉強(qiáng)度和彈性不夠好。工件易吸濕膨脹，因此，成型后應(yīng)盡快進(jìn)行表面防潮處理。工件表面有臺階紋，其高度等于材料的厚度（），因此，成型后需進(jìn)行表面打磨。薄層疊片制造工藝與其他工藝相比，具有制作效率高、速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合中、大型件的制作。 選擇性激光燒結(jié)工藝選擇性激光燒結(jié)英文是Selective Laser Sintering，簡稱SLS。工藝是利用粉末狀材料成形的，由美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的于1989年研制成功，通過用高強(qiáng)度的CO2激光器逐層有選擇地掃描燒結(jié)材料粉末而形成三維工件，SLS工藝最大的優(yōu)點(diǎn)在于選材較為廣泛。（1）基本原理圖5 選擇性激光燒結(jié)工藝原理選擇性激光燒結(jié)的系統(tǒng)工作原理如圖5所示，整個工藝裝置由激光器、掃描偏轉(zhuǎn)鏡、粉末缸、模型缸和鋪粉系統(tǒng)等組成。工作時送粉缸活塞上升，由鋪粉輥將粉末在模型缸活塞上均勻鋪上以層，計(jì)算機(jī)根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個層面。在燒結(jié)之前，整個工作臺被加熱至稍低于粉末溶化溫度，以減少熱變形，并利于與前一層面的結(jié)合。粉末完成一層后，模型缸活塞下降一個層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪設(shè)新粉，控制激光束掃描燒結(jié)新層。如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，就得到三維零件。（2）成型特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：材料適應(yīng)性廣；直接制造金屬功能件；成型工藝比較簡單；精度較高。材料利用率高。上述三種激光快速成形技術(shù)由于發(fā)展時間長,技術(shù)相對比較成熟,在國內(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間、節(jié)省制模費(fèi)用,對于形狀復(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)。 選擇性激光熔化技術(shù)選擇性激光熔化英文是Selective Laser Melting，簡稱SLM。選擇性激光熔化技術(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，；（2）熔化金屬制造出來的零件具有冶金結(jié)合的實(shí)體，相對密度幾乎能達(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制造零件成為可能。 激光工程化凈成形技術(shù)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Sandia國家實(shí)驗(yàn)室（Sandia National Laboratories）研發(fā)的稱作激光工程化凈成形技術(shù)英文是Laser Engineered Net Shaping，簡稱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%。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，在國外已推出了多種設(shè)備樣機(jī)，有的甚至開始商品化了；而國內(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。
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