模具制造中的激光技術應用研究

鐘正根

摘 要：幾年來，我國模具制造產業發展迅速，且有效推動了社會各行業領域的發展。為進一步提高模具制造精度和提高模具產品的質量，本文從激光技術的層面出發，通過對激光技術的概念和原理進行闡述和說明，進而對模具制造中激光技術的應用展開了深入研究。

關鍵詞：模具制造；激光淬火技術；激光疊加技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.024

0 前言

傳統的模具制造消耗的資金量巨大，且在生產進度和產品開發周期方面難以滿足企業和用戶的雙重需求，而近年來激光技術的不斷發展及其應用范圍的不斷擴大為模具制造工藝帶來了重大變革。在此背景下，如何在掌握激光技術的概念和原理的基礎上，加強對這一技術在模具制造領域中應用的研究，已成為當前模具制造行業需要著重開展的關鍵工作。

1 激光技術的概念與原理

激光是上世紀六十年代發現的新光源，具有亮度高、方向性強和單色性好等特點，而激光技術則是基于激光而衍生出的相關技術[1]。激光技術的一般原理如下：以光或電流的能量對某類晶體、原子等易受到激發的物質進行撞擊，從而使原子的電子因受激發處于高能量狀態，而當電子要恢復至原來平衡的低能量狀態時，既有原子則會將光子射出，從而釋放出多余能量，此時，被放出的光子將與其他原子碰撞，激發原子進一步產生更多的光子，從而引發聯鎖反應，且光子均朝向同一方前進，轉而形成強烈且集中朝向某一方向的光，這一光束能夠被應用到焊接、雕刻、打孔、手術和切割等諸多領域，推動相關行業領域的發展[2]。

2 模具制造中激光技術的應用

2.1 激光淬火技術的應用

激光淬火，即借助激光對材料表面進行加熱，使其達到相變點以上，在材料冷卻過程中，奧氏體轉化為馬氏體，進而使得材料表面硬化的一種淬火技術。激光淬火技術在模具制造中的應用方法如下：（1）確定工藝參數。結合模具特點，合理選擇淬火工藝參數，包括吸光涂層的種類與厚度、功率、掃描速度以及加工坐標系的運動方式和封閉路徑等；（2）質量檢測。借助三坐標測量機以及光學照相測量系統和Atos三維掃描儀等對激光淬火后模具表面與底面變型量予以確定，并借助超聲波電子材料硬度計測量模具表面淬火層的硬度；淬火層的厚度與耐磨性則可對淬火后材料切片進行顯微觀察與性能試驗完成；（3）離線激光熱處理工藝軟件的應用。借助NXCAM索尼數碼攝像機平臺對繁瑣的數據模型加以處理，包括生成刀路、五軸聯動機床后處理等，在結合工藝知識庫與激光淬火工藝流程的基礎上，對淬火工藝模板予以調用，并實現NC的程序的自動編寫。最后，借助vericut軟件構建激光淬火五軸聯動機床的模具制造模擬方針平臺，確保整個模具制造過程的安全性與準確性。

2.2 激光疊加技術的應用

上世紀八十年代，日本利用薄片疊加法制造出了拉伸膜，并于九十年代初，進一步推出了模具的激光疊加制造法，基于這一方法的模具制造原理為，利用激光對薄板進行切割操作，并將切割后的多層薄板疊加，使其形狀逐漸變化，進而獲得所需模具的三維形狀。目前，激光疊加技術在模具制造方面已進入到試用階段，基于這一技術制造的凹凸模具具有較高的質量，且切割厚度大都在12mm左右，加工尺寸的精度也高達0.01m。在經過激光切割處理后，模具切口表層將產生一個0.1-0.2mm且硬度為800HV的硬化層，這一硬化層的主要作用為，對厚度為1mm的鋼板進行沖裁，而僅憑自冷硬化層便能夠完成對1000件1mm厚鋼板的沖壓。值得一提的是，如果在經過激光切割后再進行淬火操作，沖壓的數量可高達3-5萬件。對基于激光疊加的模具制造進行分析可知，因各個薄板間的連接較為簡單，因此，可借助疊加法來進一步制成沖模，進而降低成本并縮短生產周期，提高經濟效益。激光疊加技術在模具制造領域中的另一突出應用還體現在基于激光切割與模具CAD結合的CAD/CAM系統方面，利用這一系統，能夠實現板料切割的柔性制造，對于小批量、多品種的模具生產具有較強的適應性。

2.3 快速成型制造技術的應用

快速成型制造技術是20世紀80年代末出現的一項制造技術，現階段，該技術已發展了十余種工藝形式，其中，以激光技術為依托的一類典型技術變式選擇性激光燒結技術。這一技術在模具制造中的應用方法為，將激光器作為能量源，借助紅外激光束使蠟、金屬、陶瓷和塑料等相關物質的粉末能夠均勻地在平面上燒結，在計算機控制下，賦予掃描器一定速度和能量密度，使其按照分層面的數據進行掃描[3]。激光掃描的區域，粉末則會被燒結從而形成具有一定厚度的實體片層，而未被掃描的區域仍然以松散的粉末狀態呈現。此時，通過對物體截層厚度進行判斷來操作工作臺的升降，而后，當鋪粉滾筒將粉末予以鋪平后，方由激光器展開新一層的掃描。反復進行上述操作，直到將全部層面掃描為止。最后，將多余粉末予以去除，經過打磨烘干等相關處理后得到模具。

3 結論

本文通過對激光技術的概念和原理進行分析，進而分別對激光淬火技術、激光疊加技術、快速成型制造技術等激光技術在模具制造中的應用作出了系統探究。研究結果表明，激光技術在模具制造中的應用能夠有效提高模具的生產效率、降低模具生產成本。未來，還需進一步加大對模具制造中激光技術的應用力度，為促進模具制造產業的健康、穩定發展提供可靠的技術支持。

參考文獻：

[1]張忠選，王遠振，張海濤.激光熱處理在汽車模具制造中的應用[J].金屬加工（熱加工），2014，03（15）：42-44.

[2]王昌，于同敏，周錦進.模具制造領域中的表面工程技術應用綜述及展望[J].模具技術，2012，03（12）：46-50.

[3]彭廣威.快速成形技術在快速模具制造中的應用[J].鍛壓技術，2013，06（24）：26-30.