今天給各位分享塑膠模具激光鐳射加工設(shè)計的知識，其中也會對塑料鐳射工藝進行解釋，現(xiàn)在開始吧！

金屬,塑膠激光打標,激光鐳射加工的特點有哪些?

激光標記相比傳統(tǒng)標記方式（如噴墨、腐蝕、電火花、沖壓、絲網(wǎng)印刷等）具有以下特點：

1. 能標記任意圖形、文字、條形碼、二維碼，可實現(xiàn)自動編號， 打印序列號、批號、日期。

2. 激光標記后，不會因環(huán)境關(guān)系（如潮濕、酸性及堿性）自然消退，而是永久保持，不易被人假冒，具有良好的防偽功能。

3. 無“刀具”磨損，無毒，無環(huán)境污染，高環(huán)保。

4. 標記質(zhì)量好——屬于非接觸式加工，對加工材料不產(chǎn)生機械應(yīng)力，不損壞被加工物品，精確、精美。

5. 可進行超精微細圖文標記。

6. 圖文精美、加工快捷、個性化設(shè)計。

求“淺談激光加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用”的畢業(yè)論文。。

《模具工業(yè)》2001. No . 4 總 242 40

激 光 加 工 技 術(shù) 在 模 具 制 造 中 的 應(yīng) 用

江蘇理工大學(xué)(江蘇鎮(zhèn)江 212013) 張 瑩 周建忠 戴亞春

[摘要]隨著激光加工技術(shù)的日趨成熟和工業(yè)用大功率激光設(shè)備價格的逐漸下降 ,給產(chǎn)品和

模具的制造工藝帶來了新的變革 ,在模具制造、 模具表面強化與維修、 取代模具等 3個方面 ,就

激光優(yōu)化模具制造工藝作了較為詳細的分析和探討。

關(guān)鍵詞 模具 激光 工藝優(yōu)化

[ Abstract ]Wi t h t he mat uri ng of t he las e r p r oces si ng t echnology and t he dec r easi ng of p rice of t he

i ndus t rial la r ge - p owe r las e r e quipme nt , a new i nnovat ion was br ought t o t he manuf act uri ng

t echnology of t he p r oduct s and t he dies and moulds . A r elat ively de t ailed analysis and dis cus sion

was made on t he las e r op t imized manuf act uri ng p r oces s f or dies and moulds f r om t hr e e asp ect s of

manuf act uri ng , s urf ace r ei nf orceme nt and mai nt e nance , and s ubs t i t ut ive dies or moulds .

Key words die and mould , las e r , t echnological p r oces s op t imizat ion

1 引 言

激烈的市場競爭使制造企業(yè)對快速響應(yīng)市場

需求和一次制造成功等要求日益迫切。而在常規(guī)制

造系統(tǒng)中 , 產(chǎn)品生產(chǎn)所需大量模具的設(shè)計、制造和

裝配調(diào)試不僅耗費大量資金 , 更嚴重的是延長了產(chǎn)

品生產(chǎn)的準備時間 , 從而延長了新產(chǎn)品開發(fā)周期 ,

形成制造過程中的瓶頸。因此 , 如何快速有效地制

造出高質(zhì)量、低成本的模具及產(chǎn)品 , 就成為人們不

斷探索的課題。隨著激光加工技術(shù)的日趨成熟和工

業(yè)用大功率激光器設(shè)備價格的下降 , 給產(chǎn)品和模具

制造工藝帶來了重大變革。本文在模具制造、模具

表面強化與維修、取代模具等 3個方面 , 就激光加

工在模具制造中的應(yīng)用作一些探討。

2 模具制造

2. 1 模具的激光疊加制造

1982年 ,日本東京大學(xué)的中川教授等人提出用

薄片疊加法制造拉伸模 , 1985年 , 美國加州某公司

推出了模具的激光疊加制造法 , 并獲得專利 , 其工

藝流程見圖 1 ,原理為將激光切割的多層薄板疊加 ,

并使其形狀逐漸發(fā)生變化 , 最終獲得所需的模具立

體幾何形狀。日本在沖模的激光疊加制造方面已達

到實用階段 ,所制的凸、 凹模質(zhì)量高 ,加工尺寸精度

— — —— — —— — —— — —— — —— — ——

收稿日期:2000年8月10日

已達 0. 01mm ,切割厚度為 12mm。 經(jīng)激光切割后 ,

在切口表面形成深 0. 1～0. 2mm、 硬度為 800HV 的

硬化層 ,用來沖裁 1mm 厚的鋼板 ,單憑自冷硬化層

就可沖壓 10 000 件 , 如在激光切割后再經(jīng)火焰淬

火 ,則可沖壓 3～5萬件。 由于各薄板間的連接簡單 ,

故用疊加法制作沖模 ,成本可降低一半 ,生產(chǎn)周期大

大縮短。用來制造復(fù)合模、落料模和級進模等都取

得了顯著的經(jīng)濟效益。

圖 1 激光疊加模具制造工藝流程

由模具 CAD 和激光切割相結(jié)合構(gòu)成一個完整

的模具 CAD/ CAM 系統(tǒng) ,實現(xiàn)板料切割的 FMS ,適

用于多品種小批量生產(chǎn)。用激光切割的薄板來疊加

合成任意三維曲面的制造系統(tǒng) , 不僅為在塑性加工

和模具領(lǐng)域中實行 FMS 提供了思路 , 而且對于內(nèi)

部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具制造 ,如型孔、 中孔體及復(fù)雜的冷

卻管道等 ,也是快速而經(jīng)濟的制造模具的有效方法 ,

并且能帶動其他技術(shù)如固相擴散等的發(fā)展。

2. 2 快速模具制造

模具 CAD

三維設(shè)計

二維外形

NC 程序

激光

切割

去除

梯級

創(chuàng)層面

精加工

成形

模具

裝

配

薄片

連結(jié)

精加工

NC 程序

模 具 制 造 技 術(shù)《模具工業(yè)》2001. No . 4 總 242 41

快速成型制造技術(shù)(RPM)是 80年代后期出現(xiàn)

的一項制造技術(shù) , 目前 RPM 技術(shù)已發(fā)展了十幾種

工藝方法。基于 RPM 技術(shù)快速制造模具的方法多

為間接制模法 , 即利用 RPM 原型間接地翻制模

具。

(1) 軟質(zhì)簡易模具 (如汽車覆蓋件模具) 的制

作。采用硅橡膠、低熔點合金等將原型準確復(fù)制成

模具 , 或?qū)υ捅砻嬗媒饘賴娡糠ɑ蛭锢碚舭l(fā)沉積

法鍍上一層熔點極低的合金來制作模具。這些簡易

模具的壽命為 50～5 000件 ,由于其制造成本低 ,制

作周期短 , 特別適用于產(chǎn)品試制階段的小批量生

產(chǎn)。

(2) 鋼質(zhì)模具制作。RPM 原型 — — — 三維砂輪

— — — 整體石墨電極 — — — 鋼模 ,一個中等大小、 較為復(fù)

雜的電極一般 4～8h 即可完成。 美國福特汽車公司

用此技術(shù)制造汽車覆蓋件模具取得了滿意的效果 ,

與傳統(tǒng)機械加工制作模具相比 , 快速模具制造省去

了耗時、 昂貴的 CNC加工 ,加工成本及周期大大降

低 ,具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 模具表面強化與修復(fù)

為提高模具的使用壽命 , 常常需對模具表面進

行強化處理。常用的模具表面強化處理工藝有化學(xué)

處理 (如滲碳、 碳氮共滲等) 、 表層復(fù)合處理 (如堆

焊、 熱噴涂、 電火花表面強化、 PVD 和 CVD 等) 以

及表面加工強化處理(如噴丸等) 。這些方法大多工

藝較為復(fù)雜 , 處理周期較長 , 且處理后存在較大的

變形。采用激光技術(shù)來強化和修復(fù)模具 , 具有柔性

大 , 表面硬度高 , 工藝周期短 , 工作環(huán)境潔凈等優(yōu)

點 ,因此具有很強的生命力。

3. 1 激光相變硬化

激光相變硬化 (激光淬火) 是利用激光輻照到

金屬表面 , 使其表面以很高的升溫速度達到相變溫

度 (但低于熔化溫度) 而形成奧氏體 ,當(dāng)激光束離開

后 , 利用金屬表面本身熱傳導(dǎo)而發(fā)生自淬火 , 使金

屬表面發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變 , 形成硬度高、抗磨損的表

層 , 從而使金屬表面得到強化。所用設(shè)備為三軸聯(lián)

動的數(shù)控激光加工機。

影響激光強化的主要因素有激光功率、光斑尺

寸和掃描速度。在強化過程中要對這些參數(shù)進行優(yōu)

化 , 并對具體材料選擇合適的激光處理參數(shù)。對于

CrWMn、 Cr12MoV、 Cr12、 T10A 及 Cr-Mo 鑄鐵等

的常用模具材料 , 在激光處理后 , 其組織性能較常

規(guī)熱處理普遍改善。 例如 ,CrWMn 鋼在常規(guī)加熱時

易在奧氏體晶界上形成網(wǎng)狀的二次碳化物 , 顯著增

加工件脆性 ,降低沖擊韌性 ,使用在模具刃口或關(guān)鍵

部位壽命較低。采用激光淬火后可獲得細馬氏體和

彌散分布的碳化物顆粒 ,清除網(wǎng)狀 ,并獲得最大硬化

層深度以及最大硬度 1 017. 2HV。Cr12MoV 鋼激

光淬火后的硬度、抗塑性變形和抗粘磨損能力均較

常規(guī)熱處理有所提高。對 T8A 鋼制造的凸模和

Cr12Mo 鋼制造的凹模 ,激光硬化深 0. 12mm ,硬度

1 200HV , 壽命提高 4～6倍 , 既由沖壓 2萬件提高

到 10～14萬件。 對于 T10鋼 ,激光淬火后可獲得硬

度 1 024HV、 深 0. 55mm 的硬化層;對于 Cr12 ,激光

淬火后可獲得硬度 1 000HV、 深 0. 4mm 的硬化層 ,

使用壽命均得到了較大的提高。

3. 2 激光涂覆

激光涂覆是用激光在基體表面覆蓋一層薄的具

有一定性能的涂覆材料 , 這類材料可以是金屬或合

金 ,也可以是非金屬 ,還可以是化合物及其混合物。

在涂覆過程中 , 涂覆層在激光作用下與基體表面通

過熔合迅速結(jié)合在一起。它與激光合金化的主要區(qū)

別在于經(jīng)激光作用后涂層的化學(xué)成分基本上不變

化 , 基體的成分基本上不進入涂層內(nèi)。激光涂覆工

藝實用的材料范圍很廣 , 正在研究的母體材料有低

碳鋼、 合金鋼、 鑄鐵、 鎳鉻鈦耐熱合金等 ,研究的添加

材料有鈷基合金、 鐵基合金和鎳基合金等。

采用激光技術(shù)在有送粉器的 2kW CO2 激光器

上 , 對 4Cr5MoV1Si 鋼基體表面涂覆一層由鎳基高

溫合金和 WC + W2C 粒子組成的高溫耐磨合金粉

末 ,在激光功率 P = 1 500W ,送粉量為 10g/ min ,工

件移動速度為 2～3mm/ s 條件下 ,獲得多道搭接的

大面積高溫耐磨合金。 在試驗溫度為 600℃ 時 ,硬度

為 550～580HV0 .2 ; 在溫度為 950℃時 , 硬度為

100～200HV0 .2。 可見在 1 000℃ 左右高溫下 ,涂覆層

仍有很高的強硬性 , 是較理想的高溫模具耐磨合

金。另外 , 采用激光涂覆方法來修復(fù)已磨損的沖模

及拉伸模等 ,可大大延長模具的使用壽命 ,降低模具

的使用成本。

3. 3 激光堆焊

對于一些汽車覆蓋件沖裁修邊模具 , 為提高使

用壽命 ,節(jié)省優(yōu)質(zhì)模具材料 ,刃口往往采用在較差的

基體材料上堆焊一層性能優(yōu)異的合金。 過去 ,堆焊大

多采用人工氧 — 乙炔火焰堆焊法 ,這種方法雖然設(shè)備《模具工業(yè)》2001. No . 4 總 242 42

費用低 ,但功率密度不高(10

2

～10

3

W/ cm 2

) ,且難以

進行精確控制 , 因而堆焊質(zhì)量和生產(chǎn)率都較低。70

年代以來 , 開發(fā)成功了等離子粉末堆焊技術(shù) , 由于

其具有較高的功率密度且控制性能也較好 , 因而得

到了廣泛的應(yīng)用。但等離子堆焊存在著電極壽命

短、 堆焊層母材稀釋率較高等問題。80年代以來出

現(xiàn)的激光堆焊法與使用同一材料的氧 —乙炔火焰

堆焊法相比 ,激光堆焊層組織細微、 致密 ,不良品率

僅為前者的 1/ 10。激光堆焊的速度快 ,生產(chǎn)率比氧

— 乙炔火焰堆焊高 1. 75倍 , 而堆焊的材料使用量

僅為其 1/ 2。而且激光堆焊層的室溫硬度比氧 — 乙

炔火焰堆焊的高 50HV 左右。 激光堆焊質(zhì)量與激光

的光束模式、 功率及堆焊速度等因素有關(guān)。

4 激光加工替代模具沖壓加工

4. 1 激光切割替代薄板件的沖裁模

激光切割替代鈑金件及汽車車身制造中的沖

裁修邊模大有可為。三維激光切割技術(shù) , 由于其本

身具有加工靈活和保證質(zhì)量的特性 , 在 80 年代就

開始在汽車車身制造中應(yīng)用。切割時只需用平直的

支撐塊來支撐工件 , 因此夾具的制作不僅成本低而

且快速。由于與 CAD/ CAM 技術(shù)相結(jié)合 ,切割過程

易于控制 , 可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)和并行加工 , 從而實現(xiàn)

高效率的切割生產(chǎn)。

切割板材所使用的激光器主要有兩大類 , 即

CO2 激光器和 Nd : YA G激光器 ,功率為 100～1 500

W , 因為功率小于 1 500W 的激光器其振動模式為

單模 , 切縫寬度為 0. 1～0. 2mm , 切割面也很整潔 ,

而輸出功率大于 1 500W 時激光器的振動模式為多

模 , 割縫寬度近 1mm , 切割面質(zhì)量較差。因 Nd :

YA G的激光可通過光導(dǎo)纖維輸送 , 比較靈活方便 ,

適用于機器人手執(zhí)激光噴嘴配程序控制進行精確

操作 , 因此在三維切割時大多采用。影響激光切割

工件質(zhì)量的主要因素有切割速度、焦點位置、輔助

氣體壓力、 激光輸出功率及模式。

美國福特和通用汽車公司以及日本的豐田、日

產(chǎn)等汽車公司 , 在汽車生產(chǎn)線上普遍采用激光切割

技術(shù) , 它不必采用各種規(guī)格的金屬模具 , 除了快速

方便地切割各種不同形狀的坯料外 , 還用來大量切

割加工因規(guī)格不同需要更改的零件安裝孔位置 , 如

汽車標志燈、 車架、 車身兩側(cè)裝飾線等。通用汽車公

司生產(chǎn)的卡車僅車門就有直徑為 2. 8～39mm 的

20種孔 , 公司采用 Rofin- Sinar 的 500W 激光器通

過光纖連接到裝在機械手的焊頭上 , 用以切割這些

孔 ,1min 就完成一扇門開孔的加工 ,孔邊緣光滑 ,背

面平整 。2. 8mm 孔的公差為 0. 03～0. 08mm ,

12mm 孔的公差為 - 0. 25mm～ + 0. 03mm。該公

司生產(chǎn)的卡車和客車有 89 種孔徑和孔位配置不同

的底盤 ,經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計 ,現(xiàn)在只需要沖壓 5種不同的

底盤 ,然后再由激光切割出配置不同的孔 ,簡化了工

藝 ,提高了效率 ,降低了成本。

我國自然科學(xué)基金委在 1997 年把大功率 CO2

及 YA G激光三維焊接和切割理論與技術(shù)作為重點

項目進行資助 , 國家產(chǎn)學(xué)研激光技術(shù)中心的課題組

成員對此進行了系統(tǒng)的研究 , 為在我國汽車車身制

造業(yè)中應(yīng)用三維激光立體加工技術(shù)做出了很大貢

獻。該中心為一汽轎車公司、寶山鋼鐵公司等國有

大型企業(yè)的技術(shù)改造開展了重大工程項目攻關(guān) , 其

中開發(fā)紅旗加長型轎車覆蓋件的三維激光制造工藝

技術(shù) , 在我國轎車生產(chǎn)中是首次采用。在汽車用薄

厚鋼板激光大拼板拼接工藝試驗研究中首次采用了

激光切割替代精裁工藝技術(shù) , 取得了較好的技術(shù)經(jīng)

濟效果。三維激光切割在車身裝配后的加工也十分

有用 ,例如開行李架固定孔、 頂蓋滑軌孔、 天線安裝

孔、修改車輪擋泥板形狀等。在新車試制中用于切

割輪廓和修正 ,既縮短了試制周期又節(jié)省了模具 ,充

分體現(xiàn)出采用激光切割加工的優(yōu)點。

4. 2 激光打標替代沖模打標

企業(yè)在其生產(chǎn)的零部件上常常需要打上企業(yè)自

己的標志或特定的符號與數(shù)字 , 以往的方法是使用

沖模打標或用鑄模成型 , 打標質(zhì)量不高。采用數(shù)控

激光機打標不僅速度快 , 而且克服了沖模打標中常

見的毛邊、尖銳的邊緣和畸變。由于采用計算機控

制 , 因此可以打出任意復(fù)雜的圖案 , 省去了模具設(shè)

計、 制造及調(diào)試等環(huán)節(jié) ,大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)制造

周期 , 同時也降低了成本。因激光打標機所需功率

小 ,成本低 ,打出的標記美觀、 漂亮 ,現(xiàn)已為大多數(shù)企

業(yè)所采用。

4. 3 激光成形替代彎曲模成形

金屬板料的激光成形技術(shù)是一種利用聚焦光束

以一定的速度掃描金屬板料表面 (掃描速度應(yīng)足夠

快以防止表面熔化) ,使熱作用區(qū)內(nèi)的材料產(chǎn)生明顯

的溫度梯度 ,導(dǎo)致非均勻分布的熱應(yīng)力 ,從而使板料

塑性變形的方法。與常規(guī)成形方法相比 , 激光成形《模具工業(yè)》2001. No . 4 總 242 43

具有許多優(yōu)點: ① 屬于無模成形 ,生產(chǎn)周期短 ,柔性

大 , 可不受加工環(huán)境限制 , 通過優(yōu)化激光加工工藝

參數(shù) , 精確控制熱作用區(qū)域以及熱應(yīng)力的分布 , 將

板料無模成形; ② 因其是一種僅靠熱應(yīng)力而不用模

具使板料變形的塑性加工方法 , 因此屬無外力成

形; ③ 為非接觸式成形 ,所以不存在模具制作、 磨損

和潤滑等問題 ,也不存在貼模、 回彈現(xiàn)象 ,成形精度

高; ④ 可使板料通過復(fù)合成形得到形狀復(fù)雜的異形

件(如球形件、 錐形件和拋物形件等) 。

激光成形機理的實質(zhì)就是彎曲機理。當(dāng)激光加

熱板料時 , 一方面在激光作用區(qū)及其周圍產(chǎn)生熱應(yīng)

力 , 同時降低了被加熱區(qū)域板料的屈服極根 , 從而

使熱應(yīng)力作用區(qū)的熱態(tài)材料產(chǎn)生非均勻的塑性變

形 ,實現(xiàn)板料的彎曲成形。試驗表明 ,激光每掃描一

道次 ,金屬板料可彎曲 1 ～5 ,不同的掃描軌跡和工

藝參數(shù)組合能夠產(chǎn)生不同的成形效果和不同程度

的變形量 , 即可得到各種復(fù)雜形狀的工件。圖 2表

示在工藝參數(shù)為激光速功率 1. 5kW , 激光束直徑

5. 4mm , 材料 SUS304 , 厚 1mm , 碳涂覆面的條件

下 ,激光掃面速度與材料彎曲角之間的變化關(guān)系。

圖 2 激光掃描速度對彎曲角的影響

現(xiàn)在世界上許多國家都投入較大的人力、物力

對激光成形技術(shù)進行專項研究 , 在某些領(lǐng)域現(xiàn)已開

始了初步的工業(yè)應(yīng)用。波蘭基礎(chǔ)技術(shù)研究所的

HFrackiewicz 教授利用激光成形先后制造出了筒

形件、 球形件、 波紋管和金屬管的擴口縮口、 彎曲成

形等;德國學(xué)者 MGeiger 等將激光成形與其他加工

工序復(fù)合運用于汽車制造業(yè) , 進行了汽車覆蓋件的

柔性校平和其他成形件的成形 , 而且對彎曲成形過

程進行計算機閉環(huán)控制 , 提高了成形精度。德國

Trumpf 公司于 1997 年開發(fā)了商品化激光成形多

用機床 Trumat ic L 3030。 相信隨著研究的不斷深入

以及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 , 激光成形技術(shù)將逐趨成

熟 ,進入實用化階段。

5 結(jié)束語

激光加工技術(shù)作為一種先進的加工工藝 , 在國

外各行業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用 ,我國機械行業(yè)在 “九

五”期間也將其作為十大技術(shù)之一。國家自然科學(xué)

基金委也把激光加工工藝和激光加工設(shè)備的研究作

為重點研究項目進行資助 , 并明確指出其主要應(yīng)用

領(lǐng)域應(yīng)該在汽車制造業(yè)。模具作為一種工具 , 其生

產(chǎn)周期、質(zhì)量和成本直接影響產(chǎn)品的制造過程和銷

售。而激光作為一種萬能加工工具 , 在減少模具制

造裝備 ,縮短模具制造周期 ,降低制造成本和保證模

具質(zhì)量等方面具有很大的優(yōu)勢。如何在實際生產(chǎn)中

應(yīng)用激光加工技術(shù)來優(yōu)化模具制造工藝 , 對傳統(tǒng)的

模具制造工藝進行改進和組合 , 需要我們做出不斷

的努力。

參 考 文 獻

1 陳大明 ,徐有容 . 模具鋼表面激光熔覆硬面合金層改性

研究.金屬熱處理 ,1998 , (1)

2 李懦荀 ,平雪良.連續(xù)激光強化模具刃口的工藝研究.電

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鋼技術(shù) ,1998 , (3)

5 管延錦 ,孫升.激光快速成形與制造技術(shù)及其在汽車工

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6 A Domenico . 加工汽車車身部件的三維激光切割技術(shù) .

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13 Trumf Lt d. The heat is on for laser profiler . Sheet

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激光打標加工工藝操作步驟及注意事項

大家先看看下面這個激光打標加工出來的效果圖。外行的可能以為是絲印印刷上去的，產(chǎn)品材質(zhì)是塑膠abs，經(jīng)過噴油后再激光打標而成。下面兄輝電子我為大家簡單介紹一下制作工藝：

　激光打標加工流程：1.產(chǎn)品從客戶手里拿到后，根據(jù)客戶要求激光位置，做好精密治具，電腦畫好尺量圖，固定緊扣。

2.按照客戶設(shè)計的圖案制作加工程序，激光參數(shù)、功率，步進速度等關(guān)鍵參數(shù)；自主設(shè)計的傳動系統(tǒng)保證產(chǎn)品激光焦距一直在產(chǎn)品表面，以獲得好的效果。

打標加工的工藝注意事項：

主要是參數(shù)設(shè)置，如果線條精度調(diào)試不到，除了是參數(shù)沒有設(shè)計好，還可能是別的原因。參數(shù)設(shè)置看到很簡單，可是真正要做到精細化，必須是具備 打標加工 經(jīng)驗豐富的師傅才可以調(diào)試出來的精度高的產(chǎn)品。所以，做什么事情，別總看著簡單，真正讓我們走得更遠，必須是經(jīng)過時間沉淀出來。

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