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2020年12月6日星期日

熱變形如何影響加工精度

  機床受到車間環境溫度變化、電動機發熱、機械運動摩擦發熱、切削熱以及冷卻介質的影響,會導致機床各部的溫升不均勻,機床形態精度及加工精度發生變化。實踐證明,機床受熱後的變形是影響加工精度的重要原因。但機床是處在溫度隨時隨處變化的環境中;機床本身在工作時必然會消耗能量,這些能量的相當一部分會以各種方式轉化為熱,引起機床各構件的物理變化,這種變化又雷射雕刻機因為結構形式的不同,材質的差異等原因而千差萬別。

  我們國家幅員遼闊,大部分地雷射焊接機區處於亞熱帶地區,一年四季的溫度變化較大,一天內溫差變化也不一樣。因此,人們對室內(如車間)溫度的幹預的方式和程度也不同,機床周圍的溫度氛圍千差萬別,精密機床的加工精度受環境溫度影響將很大。

  究竟是哪些原因,影響著機床近距離范圍內各種布局形成的熱環境呢?

  主要包括以下4個方面:

  一、車間小氣候:如車間內溫度的分布雷射打標機(垂直方向、水平方向)。當晝夜交替或氣候以及通風變化時車間溫度均會產生緩慢變化。

  二、車間熱源:如太陽照射、供暖設備和大功率照明燈的輻射等,它們離機床雷射切割機較近時可直接長時間影響機床整體或部分部件的溫升。相鄰設備在運行時產生的熱量會以幅射或空氣流動的方式影響機床溫升。

  三、散熱:地基有較好的散熱作用,尤其是精密機床的地基切忌靠近地下供熱管道,一旦破裂泄漏時,可能成為一個難以找到原因的熱源;敞開的車間將是一個很好的“散熱器”,有利於車間溫度均衡。

  四、恒溫:車間采取恒溫設施對精密機床保持精度和加工精度是很有效果的,但能耗較大。

  機床內部熱影響因素:

  一、機床結構性熱源。電動機發熱如主軸電動機、進給伺服電動機、冷卻潤滑泵電動機、電控箱等均可產生熱量。這些情況對電動機本身來說是允許的,但對於主軸、滾珠絲杠等元器件則有重大不利影響,應采取措施予以隔離。當輸入電能驅動電動機運轉時,除了少部分(約20%左右)轉化為電動機熱能外,大部分將由運動機構轉化為動能,如主軸旋轉、工作台運動等;但不可避免的仍有相當部分在運動過程中轉化為摩擦發熱,例如軸承、導軌、滾珠絲杠和傳動箱等機構發熱。

  二、工藝過程的切削熱。切削過程中刀具或工件的動能一部分消耗於切削功,相當一部分則轉化切削的變形能和切屑與刀具間的摩擦熱,形成刀具、主軸和工件發熱,並由大量切屑熱傳導給機床的工作台夾具等部件。它們將直接影響刀具和工件間的相對位置。

  三、冷卻。冷卻是針對機床溫度升高的反向措施,如電動機冷卻、主軸部件冷卻以及基礎結構件冷卻等。高端機床往往對電控箱配制冷機,予以強迫冷卻。

  機床的結構形態對溫升的影響在機床熱變形領域討論機床結構形態,通常指結構形式、質量分布、材料性能和熱源分布等問題。結構形態影響機床的溫度分布、熱量的傳導方向、熱變形方向及匹配等。

  一、機床的結構形態。在總體結構方面,機床有立式、臥式、龍門式和懸臂式等,對於熱的響應和穩定性均有較大差異。例如齒輪變速的車床主軸箱的溫升可高達35℃,使主軸端上抬,熱平衡時間需2h左右。而斜床身式精密車銑加工中心,機床有一個穩定的底座。明顯提高了整機剛度,主軸采用伺服電動機驅動,去除了齒輪傳動部分,其溫升一般小於15℃。

  二、熱源分布的影響。機床上通常認為熱源是指電動機。如主軸電動機、進給電動機和液壓系統等,其實是不完全的。電動機的發熱只是在承擔負荷時,電流消耗在電樞阻抗上的能量,另有相當一部分能量消耗於軸承、絲杠螺母和導軌等機構的摩擦功引起的發熱。所以可把電動機稱為一次熱源,將軸承、螺母、導軌和切屑稱之為二次熱源。熱變形則是所有這些熱源綜合影響的結果。一台立柱移動式立式加工中心在Y向進給運動中溫升和變形情況。Y向進給時工作台未作運動,所以對X向的熱變形影響很小。在立柱上,離Y軸的導軌絲杠越遠的點,其溫升越小。該機在Z軸移動時的情況則更進一步說明了熱源分布對熱變形的影響。Z軸進給離X向更遠,故熱變形影響更小,立柱上離Z軸電動機螺母越近,溫升及變形也越大。

  三、質量分布的影響。質量分布對機床熱變形的影響有三方面。其一,指質量大小與集中程度,通常指改變熱容量和熱傳遞的速度,改變達到熱平衡的時間。

  其二,通過改變質量的布置形式,如各種筋板的布置,提高結構的熱剛度,在同樣溫升的情況下,減小熱變形影響或保持相對變形較小;

  其三,則指通過改變質量布置的形式,如在結構外部布置散熱筋板,以降低機床部件的溫升。

  材料性能的影響:不同的材料有不同的熱性能參數(比熱、導熱率和線膨脹系數),在同樣熱量的影響下,其溫升、變形均有不同。

 

熱軋鋼和冷軋鋼有什麼區別?

   每種金屬都有自己的優勢和用途,例如某些類型的鋼非常適合用於家用電器,而其他類型的鋼則適合用於汽車或船舶工業、氣罐、建築等。

  另外,具有相同化學成分的材料等級可能會根雷射雕刻機據制造方法而具有不同的質量,熱軋鋼和冷軋鋼就是個例子。那麼,熱軋鋼或冷軋鋼該如何選擇?

  熱軋鋼

  熱加工因需要更少的能量而被更廣泛雷射焊接機地使用,通常用於壓縮成型,如軋制、擠壓、鍛造等。 熱軋發生在高於材料重結晶的溫度下,將鋼坯的溫度升高到1000°C以上,然後送入軋制機械。連續軋制可得所需的金屬薄板(3毫米及以上)或型材。

  與冷軋鋼相比,熱軋鋼可以大量生產,其市場價格保持在較低水平。鋼在室溫下冷卻後,改變了材料的微觀結構,從而增加了延展性和韌性。

  但是,熱軋鋼在冷卻過程中會略微收縮,使金屬承受內部應力,導致其尺寸測量值不均勻和失真。材料的尺寸公差可以在2-5%之間變化。熱軋鋼具有鱗片狀的表面,這是一種在高溫下形成的氧化物,因此很容易通過觸摸表面來識別熱軋產品。

  熱軋鋼用途

  當對精度要求不高的時候,熱軋鋼是一個很好的選擇,它在價格上的巨大優勢比精度更重要。熱軋鋼的一些常見用途是:建築構造、管道、卡車車架、門和擱板、鐵軌、有軌電車零件等。

  冷軋鋼

  冷加工是一種金屬成形方法,與熱加工相比具有許多優勢雷射打標機。從技術上講,冷加工包括冷軋和冷拔。前者用於鈑金制造,後者可用於矩形和圓形鋼筋。

  與熱軋相反,冷軋時金屬溫度低於其重結晶溫度。如果使用低碳鋼,則可以將金屬軋制至0.5-3 mm的厚度;如果使用不鏽鋼,則可將金屬軋制至0.5-5 mm的厚度。軋制過程中,使用油冷雷射切割機卻材料,同時也起潤滑劑的作用。如果沒有油膜,材料就會磨損和變形。因此,通過油性和光滑表面可以識別冷軋鋼。

  冷加工的主要優點是:准確的成品尺寸、光潔的表面、更高的強度性能。

  冷軋鋼用途

  雖然冷軋鋼比熱軋鋼更昂貴,但上述優點使其可用於許多場景。由於表面已經足夠光滑,因此成品不需要大量的額外表面精加工。冷軋/冷拔鋼用途包括:金屬家具、結構件、家用電器、熱水器、金屬容器、風扇葉片、平底鍋、電腦櫃等。

 

常用光纖激光器簡介

       光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質的激光器,光纖激光器可在光纖放大器的基礎上開發出來:在泵浦光的作用下光纖內極易形成高功率密度,造成激光工作物質的激光能級“粒子數反轉”,當適當加入正反饋回路(構成諧振腔)便可形成激光振蕩輸出。

  光纖激光器應用范圍非常廣泛,包括激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業造船、汽車制造、激光雕刻、激光打標、激光切割、印刷制輥、金屬非金屬鑽雷射雕刻機孔/切割/焊接(銅焊、淬水、包層以及深度焊接)、軍事國防安全、醫療器械儀器設備、大型基礎建設等等。

  光纖激光器的優勢

  光纖激光器作為第三代激光技術的代表,具有以下優勢:

  (1)玻璃光纖制造成本低、技術成熟及其光纖的可饒性所帶來的小型化、集約化優勢;

  (2)玻璃光纖對入射泵浦光不需要像晶體那樣的嚴格的相位匹配,這是由於玻璃基質分裂引起的非均勻展寬造成吸收帶較寬的緣故;

  (3)玻璃材料具有極低的體雷射焊接機積面積比,散熱快、損耗低,所以轉換效率較高,激光閾值低;

  (4)輸出激光波長多:這是因為稀土離子能級非常豐富雷射打標機,稀土離子種類非常多;

  (5)可調諧性:稀土離子能級寬、玻璃光纖的熒光譜較寬。

  (6)由於光纖激光器的諧振腔內無光學鏡片,具有免調節、免維護、高穩雷射切割機定性的優點,這是傳統激光器無法比擬的。

  (7)光纖導出,使得激光器能輕易勝任各種多維任意空間加工應用,使機械系統的設計變得非常簡單。

  (8)勝任惡劣的工作環境,對灰塵、震蕩、沖擊、濕度、溫度具有很高的容忍度。

  (9)高的電光效率:綜合電光效率高達30%以上,大幅度節約工作時的耗電,節約運行成本。

  (10)高功率,目前商用化的光纖激光器已達兩萬瓦。

 

2019年5月7日星期二

激光切割機能給加工制造商帶來什麼?



  1。低成本加工,非接觸加工方式,無耗材雷射打標機、無污染,這就意味著加工耗材成本的節約,特別是在大型的農用機械行業,大量的不鏽鋼產品使用,切割無耗材、無後續加工即可使用,這對於制造商來說是福音。

  2。高效的切割質量,高速的切割速度雷射雕刻機。顧名思義大家也能夠明白高效的切割質量是制造的根本,是消費者購買力的有效保證。而高速的切割速度則是制造商提升生產效率,提升經濟價值的不二法寶,為同行競爭贏得競爭力的根本。

  3。不受工件形狀限制,由於激光切割加工的柔性加工手段非常好,故而可以實現三維切割,不受工件形狀所限制,這點在模具制造行業來說相信看到的更加直觀,新型的工件研發出來可實現就地切割,大大縮短了從研發到生產的周期,為產品上雷射焊接機市贏得時間。

  4。不受材料的限制,幾乎所有的金屬材料都可利用激光切割機進行切割,比如30mm以下的碳鋼,10mm以下的不鏽鋼,2mm以下的鋁材料等等,當然對於一雷射切割機些高反射性材料,激光切割機目前還無法做到厚板切割,這也是後面開發大功率光纖激光切割機的一個方向。

  激光切割機為制造商帶來的高經濟利益,高利潤同時也意味著同行的競爭優勢,與國際同台競技的基礎。

  縮短從研發到投入市場的周期,縮短加工周期,提升產品質量,這些都是同行競爭的有力保證,也正是因為存在這樣無法比擬的優勢才使得激光切割機受到眾多制造商的青睞,成為市場的焦點。