激光加工技術在模具制造中的應用
江蘇理工大學(江蘇鎮江212013)周張瑩建中戴亞春
摘要:隨著激光加工技術的成熟和工業大功率激光設備價格的逐漸下降，產品和
模具制造技術帶來了新的變化。從模具制造、模具表面強化和維護、模具更換三個方面進行了討論。
對模具制造過程的激光優化進行了詳細的分析和討論。
模具激光；工藝優化
摘要:介紹了最新工藝技術的材料整理和價格的降低
在工業時代，壹種新的創新被帶到了制造業
產品技術和模具。進行了較詳細的分析和討論
是根據模具和鑄模的最新制造工藝制成的
制造活動、表面強化和維護，以及五個沖模或鑄模。
關鍵詞模具，激光，工藝流程優化
1報價
激烈的市場競爭使得制造企業快速響應市場
需求和壹次性制造成功越來越迫切。在傳統系統中
在制造系統中，設計、制造和生產產品生產所需的大量模具
組裝和調試不僅要花很多錢，而且會延長生產時間。
產品生產的準備時間，從而延長新產品的開發周期，
在制造過程中形成瓶頸。因此，如何快速有效地制作呢
創造高質量低成本的模具和產品已經成為人們不
探索的主題。隨著激光加工技術的發展。
工業大功率激光設備價格的下降給了產品和模具
制造過程帶來了巨大的變化。本文介紹了模具制造、模具
表面強化和維護、更換模具等三個方面，對激光加
討論了工裝在模具制造中的應用。
2模具制造
2.1模具的激光疊加制造
1982年，日本東京大學教授中川等人提出使用。
層壓法制造拉伸模，1985，美國加州壹家公司。
介紹了模具的激光疊加制造方法並獲得專利，其工作
工藝流程如圖1所示，原理是將激光切割的多層薄板疊加。
並使其形狀逐漸變化，最終得到所需的模架。
體積幾何。日本在沖壓模具的激光疊加制造方面取得了成就。
在實用階段，制造的沖頭和模具具有高質量和加工尺寸精度。
— — —— — —— — —— — —— — —— — ——
收到日期:2000年8月10
已經到了0。01mm，切割厚度為12mm。激光切割後，
在切口的表面，深度為0。1 ~ 0.2 mm，硬度800HV。
硬化層，用於沖壓厚度為1mm的鋼板，僅通過自冷硬化。
可以打孔10 000件，比如激光切割，火焰淬火。
火能打三萬到五萬塊。因為薄板之間的連接很簡單，
因此，采用疊加法制作沖壓模具，成本可降低壹半，生產周期長。
大酥油。用於制造復合模、沖裁模和級進模等。
取得了顯著的經濟效益。
圖1激光疊加模具制造過程
它由模具CAD和激光切割兩部分組成。
基於ASP的模具CAD/ CAM系統。NET來實現鈑金加工的柔性制造系統。
用於多品種小批量生產。用激光切割薄板覆蓋
用於合成任意三維表面的制造系統不僅僅用於塑性加工。
為模具行業實施FMS提供了壹種思路，對國內模具行業也具有重要意義
具有復雜結構的模具制造，如模孔、介孔體和復雜冷
但是管道等。也是快速、經濟地制造模具的有效方法。
並能促進固相擴散等其他技術的發展。
2.2快速模具制造
模具CAD
三維設計
二維形狀
數控程序
激光
切口
驅逐
樓梯
創面記
結束
形成
模具
安裝
比賽
薄片
環
結束
數控程序
模具制造技術模具工業2001。第4名合計242 41
快速原型制造技術(RPM)出現於20世紀80年代末。
目前RPM技術已經發展了十幾種。
過程方法。基於RPM技術快速制造模具的方法有很多。
它是壹種間接成型方法，即利用RPM原型間接復制模具。
與。
(1)軟簡單模具制造(如汽車覆蓋件模具)
工作。使用矽橡膠、低熔點合金等。準確地將原型復制到
模具，或金屬噴塗方法或物理蒸發沈積在原型表面。
塗覆壹層極低熔點的合金制成模具。這些很簡單
模具的使用壽命為50～5000件。因為它的制造成本低，所以很難制造。
生產周期短，特別適合產品試制階段的小批量生產。
生產。
(2)鋼模制造。RPM原型-3D砂輪
-壹體式石墨電極-鋼模，中型復雜模具。
雜項電極壹般4 ~ 8小時即可完成。美國福特汽車公司
該技術在汽車覆蓋件模具制造中取得了滿意的效果。
與傳統的機加工模具相比，省去了快速模具制造。
為了避免費時費錢的數控加工，大大降低了加工成本和周期。
低，具有廣闊的應用前景。
3模具表面強化和修復
為了提高模具的使用壽命，往往需要對模具表面進行改性。
線路加固處理。常用的模具表面強化處理工藝是化學處理。
處理(如滲碳、碳氮共滲等。)，表面復合處理(如堆
焊接、熱噴塗、電火花表面強化、PVD和CVD等。)到
以及表面處理強化處理(如噴丸處理)。這些方法大多很費力。
其過程較為復雜，治療周期較長，且有較大的
變形。利用激光技術強化和修復模具是很靈活的。
大、表面硬度高、工藝周期短、工作環境清潔等特點。
點，所以具有強大的生命力。
3.1激光相變硬化
激光相變硬化(激光淬火)是使用激光照射。
金屬表面，使其表面以很高的升溫速率達到相變溫度。
度(但低於熔化溫度)形成奧氏體
之後，利用金屬表面本身的熱傳導發生自猝滅，使金
表面發生馬氏體相變，形成高硬度和耐磨性的手表。
層，使金屬表面得到強化。使用的設備是三軸的。
動態數控激光加工機。
影響激光強化的主要因素是激光功率和光斑尺。
英寸和掃描速度。這些參數應在強化過程中進行優化。
並為特定材料選擇合適的激光加工參數。關於
CrWMn、Cr12MoV、Cr12、T10A和鉻鉬鑄鐵等。
激光處理後，普通模具材料的組織和性能相當普通。
熱處理通常得到改善。例如，當常規加熱CrWMn鋼時，
奧氏體晶界上易形成網狀二次碳化物，顯著增多。
工件的脆性降低了沖擊韌性，用在模具的刃口或鍵上。
網站壽命很低。激光淬火後可獲得細小的馬氏體和馬氏體。
分散的碳化物顆粒，去除網絡，獲得最大硬化。
層深和最大硬度為1 017.2hv..Cr12MoV鋼勵磁
輕淬後的硬度、抗塑性變形能力和抗粘著磨損能力都較好。
傳統的熱處理方法得到了改進。沖頭由T8A鋼制成，並
Cr12Mo鋼制作的凹模，激光硬化深度為0。12mm和硬度。
1 200HV，使用壽命提高4 ~ 6倍，不僅僅是沖壓2萬件。
到10 ~ 14萬件。對於T10鋼，激光淬火後可獲得硬度。
硬化層，程度為1.024 kV，深度為0。55mm對於Cr12，激光
淬火後的硬化層硬度為1 000HV，深度為0。可以獲得4mm。
使用壽命大大提高。
3.2激光塗層
激光鍍膜是在基材表面覆蓋壹層薄薄的激光。
具有特定屬性的塗層材料，可以是金屬或合金。
金也可以是非金屬、化合物及其混合物。
在塗覆過程中，塗層在激光的作用下與基底表面連通。
過度融合迅速結合在壹起。這是激光合金化的主要領域。
不同的是，激光作用後塗層的化學成分基本不變。
化學的，基體的成分基本不進入塗層。激光塗布機
實用材料範圍很廣，正在研究的母材料很低
碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鎳鉻鈦耐熱合金等。，研究的補充
材料包括鈷基合金、鐵基合金和鎳基合金。
激光技術應用於2kW送粉式CO2激光器。
在4Cr5MoV1Si鋼基體表面塗覆壹層鎳基高強度鋼。
由溫合金和WC+W2C顆粒組成的高溫耐磨合金粉末。
最後，當激光功率P = 1 500W，送粉量為10g/ min時，工作時間為10g/min。
當零件的移動速度為2 ~ 3 mm/s時，可獲得多路重疊。
大面積高溫耐磨合金。當試驗溫度為600℃時，硬度
550 ~ 580 Hv0.2當溫度為950℃時，硬度為
100~200HV0 .2 .可以看出，在大約65438±0000℃的高溫下，塗層
它仍具有較高的韌性，是高溫模具的理想耐磨接頭。
金姆。此外，對磨損的模具進行了激光塗層修復。
和拉伸模等。，可以大大延長模具的使用壽命，減少模具。
的使用成本。
3.3激光堆焊
為了改進某些汽車覆蓋件的落料切邊模，
使用壽命長，節省優質模具材料，刀刃經常用在窮人
在基材上堆焊壹層性能優良的合金。以前堆焊量大。
人工氧-乙炔火焰堆焊法居多，雖然這種方法在設備“模具工業”2001.No.4中壹共是242 42。
低成本，但低功率密度(10
2
~10
三
寬/平方厘米
)，而且難。
進行精確控制，所以堆焊質量和生產率低。70
自20世紀90年代以來，等離子粉末堆焊技術已經發展成功，因為
它具有較高的功率密度和良好的控制性能，因此得到。
廣泛的應用。然而，等離子堆焊有電極壽命。
短，堆焊層母材稀釋率高等。自20世紀80年代以來
現有的激光堆焊方法與氧-乙炔火焰使用相同的材料
與堆焊方法相比，激光堆焊層組織細小致密，成品率差。
只有前者的1/ 10。激光堆焊速度快，生產率比氧氣高。
-乙炔火焰堆焊是1。高75倍，而且堆焊材料用量。
只有1/ 2。而且室溫下激光堆焊層的硬度高於氧-B。
乙炔火焰堆焊的高度約為50HV。激光堆焊質量和激光
光束模式、功率和堆焊速度是相關的。
4激光加工代替模具沖壓加工
4.1激光切割替代鈑金零件的沖孔模具。
汽車車身制造中激光切割代替鈑金零件和沖壓
在修邊模具方面有許多工作要做。三維激光切割技術，因其獨創
體具有柔性加工和質量保證的特點，而且是在20世紀80年代
開始用於汽車車身制造。切的時候，用平的就好。
支撐塊用於支撐工件，因此夾具的制造不僅成本低，而且
而且很快。由於與CAD/ CAM技術的結合，切割過程
易於控制，可實現連續生產和平行加工，從而實現
高效切割生產。
有兩種主要類型的激光用於切割板材，即
CO2激光器和Nd: YA G激光器，功率為100 ~ 1 500。
w，因為功率小於1 500W的激光器的振動模式為
單模，切口寬度為0 0。1~0.2mm，切割面整齊。
然而，當輸出功率大於1 500W時，激光器有更多的振動模式。
沖模，切口寬度近65438±0mm，切割面質量差。因為Nd:
YA G激光可以通過光纖傳輸，更加靈活方便。
適用於機器人手持激光噴嘴通過編程進行精確控制。
操作，所以多用於立體裁剪。影響激光切割
工件質量的主要因素是切割速度、焦點位置和輔助。
氣壓、激光輸出功率和模式。
美國的福特和通用汽車以及日本的豐田和。
激光切割被生產公司等汽車企業廣泛應用於汽車生產線。
技術，它不必使用各種金屬模具，除了速度快。
方便切割各種不同形狀的毛坯，也用於大批量切割。
因規格不同需要改變的切削加工零件安裝孔位置，如
汽車標誌燈、車架、車身兩側裝飾線等。通用汽車公司
我們公司生產的卡車直徑為
20種孔，公司用的是Rofin- Sinar的500W激光通。
光纖連接到安裝在機械手上的焊接頭，以切割這些光纖。
孔，1分鐘完成壹次門洞的加工，孔邊光滑，背面平整。
表面是平的。& lt2.8毫米孔的公差為0。03 ~ 0.08毫米，
& lt12mm孔的公差為-0。25mm~+0。03mm。公爵
我公司生產的卡車和公共汽車有89種孔徑和不同的孔位。
底盤，經過優化設計，現在只需要打五種不同的。
底盤，然後激光切割出不同配置的孔，這簡化了工作。
藝術，提高效率，降低成本。
1997，國家自然科學基金委把大功率CO2
並以YA G激光三維焊接與切割理論和技術為重點。
本項目由國家產學研激光技術中心課題組資助。
委員們對此進行了系統的研究，以使汽車車身系統在中國。
三維激光立體加工技術在制造業的應用做出了巨大貢獻。
該中心隸屬於壹汽轎車公司和寶山鋼鐵公司。
大型企業技術改造實施了重大工程項目，其中
國產紅旗加長轎車覆蓋件三維激光制造技術。
在中國汽車生產中首次采用技術。汽車用薄
首次用於厚鋼板激光拼接技術的實驗研究。
激光切割取代了精細切割技術，取得了良好的技術體驗。
經濟效應。車身裝配後三維激光切割也非常難加工。
有用的，比如開行李架固定孔，車頂滑軌孔，天線安裝。
孔，修改車輪擋泥板形狀。用於新車試制中的切割
輪廓切割和校正不僅縮短了試制周期，而且節省了模具和費用。
體現了激光切割的優勢。
4.2激光打標替代沖壓模具打標。
企業往往需要在生產的零件上標註企業自我。
有符號或特定的符號和數字，前面的方法是用。
沖壓模具或用模具成型時，打標質量不高。采用數字控制
激光打標不僅速度快，而且克服了沖壓模具打標中的常見問題
查看毛刺、銳邊和扭曲。由於采用了計算機控制
系統，所以妳可以發揮任何復雜的模式，消除了模具。
設計、制造、調試大大縮短了產品的開發和制造。
周期，還降低了成本。由於激光打標機所需的功率
小，成本低，美觀漂亮的標誌，已被大多數企業采用。
被業界采用。
4.3激光成型代替彎曲模具成型。
金屬板料激光成形技術是壹種利用聚焦光束的技術。
以壹定的速度掃描金屬板的表面(掃描速度應該足夠
快速防止表面熔化)，使熱影響區的材料明顯。
溫度梯度導致熱應力的不均勻分布，從而使金屬板
塑性變形法。與傳統成形方法相比，激光成形《模具工業》2001。4號壹共242個43。
它有很多優點:①屬於無模成型，生產周期短，柔性化。
大，可以不受加工環境的限制，通過優化激光加工技術
參數，精確地控制熱作用區和熱應力的分布，並將
金屬板無模成形:(2)因為它是壹種無模熱應力。
有壹種塑性加工的方法使金屬片變形，所以屬於無外力。
形式；③非接觸成型，所以沒有制模和磨損。
提高了成型精度。
高；(4)金屬板可以通過復合成形來成形，以獲得具有復雜形狀的不規則形狀。
零件(如球形零件、圓錐形零件和拋物線形零件等。).
激光成形機理的本質是彎曲機理。當添加激光時
當熱板材料被加熱時，壹方面，在激光作用區域及其周圍產生熱應力。
力，同時，減少在加熱區域的板的屈服極點根，因此
使熱應力作用區的熱材料產生不均勻的塑性變形。
成形，實現板料的彎曲成形。實驗表明，每次激光掃描，
Pass，金屬片可以彎曲1 ~ 5，掃描軌跡和工作不同。
工藝參數的組合可以產生不同的成形效果和不同的程度。
變形，可以得到各種復雜形狀的工件。圖2表格
工藝參數為激光速度功率1。5kW和激光束直徑。
5.4mm，材料SUS304，厚度1mm，碳塗層表面狀況。
激光掃描速度與材料彎曲角度的關系。
圖2激光掃描速度對彎曲角度的影響
現在世界上很多國家都投入了大量的人力物力。
在壹些領域開展了激光成形技術的專項研究。
開始了最初的工業應用。波蘭基礎技術研究所
HFrackiewicz教授已經通過激光成型制造了圓柱體。
工字形零件、球形零件、波紋管和金屬管進行擴口、縮口和彎曲加工。
外形等等；德國學者MGeiger等人將使用激光成形等加工
加工化合物應用於汽車制造業，並進行汽車覆蓋件
柔性校平等成型零件，也可用於彎曲成型
過程由計算機閉環控制，提高了成形精度。德國
1997年，通快公司研發出商用激光成型設備。
使用機床Trumat ic L 3030。我相信隨著研究的深入
以及其他相關技術的發展，激光成形技術將逐步得到發展。
成熟，進入實用階段。
5結束語
激光加工技術作為壹種先進的加工技術，在中國得到了廣泛的應用。
國外工業已廣泛采用，而我國機械工業已在“九
在“五年計劃”期間，它也被視為十大技術之壹。國家自然科學
國家自然科學基金也對激光加工技術和激光加工設備進行了研究。
資助重點研究項目並明確指出其主要應用。
領域應該是汽車制造。作為壹種工具，模具誕生了
生產周期、質量和成本直接影響產品的制造工藝和營銷。
出售。激光作為壹種通用加工工具，正在減少模具的數量。
建立設備，縮短模具制造周期，降低制造成本，保證模具
在質量等方面有很大的優勢。如何在實際生產中使用
應用激光加工技術優化模具制造工藝對傳統的
模具制造技術的提高和結合需要我們不斷努力。
努力。
參加考試，貢獻力量
1大名陳，。模具鋼表面硬質合金層的激光熔覆改性。
研究。金屬熱處理，1998，(1)
2荀、平學良。連續激光強化模具刃口技術的研究。電的
處理，1995，(6)
3孫鐘發。中國激光產業發展的對策。上海交通大學學報，
1997 , (10)
4曹能，梅峰。激光加工技術在汽車工業中的應用，包
鋼鐵科技，1998，(三)
5關，人。激光快速成型制造技術及其在汽車工業中的應用
工業應用。汽車技術與材料，1999，(9)
6壹個多梅尼科。汽車車身零件加工的三維激光切割技術。
機電信息，1999，(6)
7、袁。利用激光強化技術提高覆蓋件模具壽命。
生活。模具工業，2000，(4)
8胡小鳳。基於數控激光切割的快速成型方法研究。姜
蘇聯科技大學碩士論文，1997。
9 M蓋革，F .沃爾·特森
汽車車身外殼的激光加工。
10鮑勃·特裏文。焊接定制毛坯。焊接雜誌-
rnal，1995，(8)
11米蓋革。激光材料加工和
金屬成型。CIRP年鑒，1994，43(2)
12H . Arnet，F . Vollert sen .延伸拉索彎曲
用於產生凸起的形狀。保時捷。研究所，
機甲戰士。工程師。,1995 , (209)
13 Trumf Lt d .激光輪廓儀的熱量已開啟。表
金屬工業，1997，(1)