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旧模具的重生
宣布者: 宣布时候:2013/4/23 浏览:1510

企业消息当一个模制、锻制、压铸或冲压的整机转变设想时,用于制作这些整机的模具也须要转变。直至比来,在对一个模具停止严重转变中触及的坚苦和破费,常常使得制作一个新的比点窜旧的,还更具备本钱效益。但若是经由进程利用连系激光和粉末金属的进程,便能转变这类状态。

这个进程,或称之为激光粉末熔接、激光粉末淀积、间接金属淀积或粉末金属淀积,是用一种高能激光,在基底外表,比方一个模具的外表,发生一个小的融化池,同时一个会聚的细磨金属颗粒流注入融化池,以增添资料的体积。金属颗粒熔融并与基底金属接合,构成固有层。经由进程如许一层一层的叠加,将一个旧的模具添补成一个新的、能够或许靠近终究所需外形,并能加工到知足公役请求的新模具。

在这进程中,有良多种粉末资料可供利用,包含钛、不锈钢、东西钢、金属碳化物、Iconel和别的罕见合金。由于资料很快冷却,并且固结成微细粒度的微观布局,是以它们比锻制资料强度更高,不失延展性。淀积的资料能婚配基底金属,逐步或急剧过渡到差别的资料,构成真实的冶金接合。施加粉末的量和情势,能够经由进程软件节制喷嘴进给体系来持续调理。

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由于激光发生的热出格规模,以是模具的变形不成题目。这进程使模具的从头设备更有本钱效益,并给模具设想师供给新的机缘。该进程的另外一个特色是它能够轻易地给模具加上之前不能够有的特征,比方:传统的方式是冷却道在制作今后,在东西上钻孔,并且限于直线通道。而这类新的进程,模具上能够加上庞杂的冷却道,合适整机的外形,加速冷却,削减了出产轮回时候。

此刻比之前能更有用地把导热资料加到模具上。若是一个铜阳模装入一个钢模具中,由于两种资料的热收缩系数相差很大,在模制进程中,模具的热轮回,使两种资料之间急剧传热,会发生很大的应力。如利用这进程,从一种资料逐步传到另外一种资料,削减了整机在资料界面破坏的能够性。

这进程也能用来涂敷涂层和停止外表修整,免除传统涂层和电镀手艺所固有的多孔性,并且涂层厚度或资料成份不限定。对这进程的研讨,始于二十世纪八十年月。在八十年月末期,General Electric专利的一种型式,已被美国南卡罗来纳州的Huffman Corporation公司 (www.huffmancorp.com) 利用,用于制作和补缀燃气轮机整机的体系。这些Huffman 体系被General Electric、Pratt &Whitney、Rolls-Royce North America、Honey-well International和很多别的整机制作厂和补缀厂利用。Huffman也开辟了很多体系,用于医疗植入管和东西拔出物。

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软件节制的激光在模具外表构成一个熔融池,
粉末金属流被引入这池子时熔融,并叠加在这地区

自从二十世纪九十年月,在当局基金的撑持下,很多学术研讨所和研讨尝试室都巳对这进程作进一步的开辟。经由进程手艺让渡,最少有两个公司已基于这些研讨开辟出了商品化的体系。

美国新墨西哥州阿尔伯克基(Albuquerque)的Optomec(www.optomec.com), 在Sandia国度尝试室实现的研讨的底子上,缔造了它的激光设想净形(LENS)体系。激光设想净形(LENS)体系的首个贸易版在1998年发货。比来两年,美国军方在阿拉斯加州安尼斯顿(Anniston, Ala.) 的安尼斯顿军需库巳经利用了一个Optomec体系,用于补缀Abrams M1坦克的汽轮机整机。Optomec首要重点是航天航空产业,但也供给别的利用体系。

第二家公司——美国密歇根州的POM公司(www.pomgroup.com) 已商品化一种版本的手艺是密歇根大学开辟的间接金属淀积。POM的首要重点是工艺设备行业,他们的进程开辟小组为用户供给进步前辈的工艺设备、工艺设备重修和工艺设备从头组态,而他们的机械设想和制作组为出格用户利用和行业须要,设想、制作和装配间接金属淀积体系。

POM已实现的任务的一个实例触及到模具,该模具用于美国通用汽车的制作,即在近期型号的汽车保险杠上增添卤素灯。POM能用它的间接金属淀积法,在老的保险杠模具上淀积新的资料,而后,将它加工成新外形,如许节流了通用公司制作一套新模具的本钱。

另外一家公司——美国Fraunhofer公司(www.ccl.fraunhofer.org) 也与密歇根州立大学协作,在用户工场停止新产物、工艺和利用开辟,包含设想和出产与尝试体系的集成。Fraunhofer首要是工艺进程研讨和开辟尝试室,也停止出产。迄今,他们已发运了用于外表软化的体系,但不是用于模具补缀。

固然这些公司的研讨都是基于统一根基道理,可是,在此底子上,每家公司都已各自开辟并持续开辟本身的专利元件和手艺。每一个体系的焦点是一个激光器。

“此刻利用的有4种差别的激光器,”Optomec的激光设想净形体系(LENS)产物司理Richard Grylls说。”CO2和nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)是较老的手艺,间接二极管和光纤维激光器较新。间接二极管激光器须要进一步设想,把它们集成到激光设想净形(LENS)体系,而光纤维激光器不需维修,轻易利用,耗损品也不需像CO2激光器那样,效力最少是老激光器的2倍。

“利用马萨诸塞州Oxford的IPG(www.ipgphotonics.com) 的光纤维激光器。咱们的效力进步了25%以上,这对激光器来讲是很高的。它们与资料有很好的巧合性,激光品质出格高。这就使咱们很轻易把他们的激光器用于咱们的光学和别的元件中。”

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Huffman已利用CO2和nd:YAG两种激光器,在它的最新体系中将利用IPG光纤维激光器。Fraunhofer在它的最新体系中也利用IPG激光器,而POM利用德国激光器制作厂TRUMPF Group (www.trumpf.com) 的CO2激光器。

用于焊接的激光器功率规模在100瓦到400瓦之间,而比来用于粉末熔接的激光器功率规模为1千瓦到5千瓦,功率大10~12倍,凡是是一个体系中最贵的元件。

激光粉末熔接体系中的另外一个主要元件是节制激光器东西途径的软件。东西途径凡是经由进程切片分层CAD设想来决议,而后编程激光器,一层一层堆上资料。可是,很多利用须要更庞杂的软件。

“咱们补缀的涡轮叶片不管那边都不再靠近它们原CAD档案的外形,”Hulfman公司总裁Roger Hayes说。”是以,咱们对每一个叶片都要作逆向工程。咱们的视频体系扫描叶片,与CAD真相作比拟,而后,基于特定叶片的净差,开辟激光器的怪异途径。软件约莫须要1秒来计较东西途径,而后咱们能起头焊接。咱们开辟视频和逆向工程体系花了很长时候,但这是须要的,由于咱们老是触及很庞杂的外形。”

有乐趣利用这类新手艺的公司有3个挑选:雇用上述4家公司之一,以办事的情势睁开该任务;自这些公司买一个体系,外部做这项任务;或开辟他们本身的专利体系。而开辟一个专利的体系并不是件轻易的任务。

“精确领会如何操纵这个进程,比只要一台机械更主要,”Hayes说。“咱们能把一台机械给某个单元,他们用10年,但能够仍不能准确利用。”

当一个体系调好时,它能高品质任务,天天任务24小时,每周任务7天,但调剂要花些时候。Anniston军方的军需库,提取它的第2台Optomec体系时,即便它那时已有了两年多利用第一台机械的经历,但它依然在4个月以后才把第2台机械调剂好。这是很一般的,由于要无缺地调剂好一个特定的进程是很庞杂的。

当一个用户采办一个体系时,他们不只买了一台机械和软件。每一个公司都要与它的客户协作,来配合开辟出产客户整机所需的工艺进程。这公司常常要在该客户的现场装配体系,与客户协作完美这进程,从而当客户签收体系时,他们须要作的只是按按钮和起头出产及格的整机。

IPG已推出它的光纤维激光器的分束器。该装配能利用多少激光驱动的体系,同时由一个激光器来运转。当今有能够经由进程从激光器到各类机械的光纤维电缆,同时只从一个光纤维激光器来运转激光刀、激光熔接机和几个激光粉末熔接体系。这就可以把该激光器的高本钱摊派在几台机械上,每台机械不须要公用的激光器。

该手艺还远未成熟,但它正在成长成为一种独持的东西,使模具制作厂、模具补缀厂和别的厂家能有本钱效益地处理加工题目。而这些题目的处理至今依然须要很高本钱或之前底子没法处理。
 
 

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