模具制造中的激光技术应用研究

摘 要：几年来，我国模具制造产业发展迅速，且有效推动了社会各行业领域的发展。为进一步提高模具制造精度和提高模具产品的质量，本文从激光技术的层面出发，通过对激光技术的概念和原理进行阐述和说明，进而对模具制造中激光技术的应用展开了深入研究。

关键词：模具制造；激光淬火技术；激光叠加技术

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.024

0 前言

传统的模具制造消耗的资金量巨大，且在生产进度和产品开发周期方面难以满足企业和用户的双重需求，而近年来激光技术的不断发展及其应用范围的不断扩大为模具制造工艺带来了重大变革。在此背景下，如何在掌握激光技术的概念和原理的基础上，加强对这一技术在模具制造领域中应用的研究，已成为当前模具制造行业需要着重开展的关键工作。

1 激光技术的概念与原理

激光是上世纪六十年现的新光源，具有亮度高、方向性强和单色性好等特点，而激光技术则是基于激光而衍生出的相关技术[1]。激光技术的一般原理如下：以光或电流的能量对某类晶体、原子等易受到激发的物质进行撞击，从而使原子的电子因受激发处于高能量状态，而当电子要恢复至原来平衡的低能量状态时，既有原子则会将光子射出，从而释放出多余能量，此时，被放出的光子将与其他原子碰撞，激发原子进一步产生更多的光子，从而引发联锁反应，且光子均朝向同一方前进，转而形成强烈且集中朝向某一方向的光，这一光束能够被应用到焊接、雕刻、打孔、手术和切割等诸多领域，推动相关行业领域的发展[2]。

2 模具制造中激光技术的应用

2.1 激光淬火技术的应用

激光淬火，即借助激光对材料表面进行加热，使其达到相变点以上，在材料冷却过程中，奥氏体转化为马氏体，进而使得材料表面硬化的一种淬火技术。激光淬火技术在模具制造中的应用方法如下：（1）确定工艺参数。结合模具特点，合理选择淬火工艺参数，包括吸光涂层的种类与厚度、功率、扫描速度以及加工坐标系的运动方式和封闭路径等；（2）质量检测。借助三坐标测量机以及光学照相测量系统和Atos三维扫描仪等对激光淬火后模具表面与底面变型量予以确定，并借助超声波电子材料硬度计测量模具表面淬火层的硬度；淬火层的厚度与耐磨性则可对淬火后材料切片进行显微观察与性能试验完成；（3）离线激光热处理工艺软件的应用。借助NXCAM索尼数码摄像机平台对繁琐的数据模型加以处理，包括生成刀路、五轴联动机床后处理等，在结合工艺知识库与激光淬火工艺流程的基础上，对淬火工艺模板予以调用，并实现NC的程序的自动编写。最后，借助vericut软件构建激光淬火五轴联动机床的模具制造模拟方针平台，确保整个模具制造过程的安全性与准确性。

2.2 激光叠加技术的应用

上世纪八十年代，日本利用薄片叠加法制造出了拉伸膜，并于九十年代初，进一步推出了模具的激光叠加制造法，基于这一方法的模具制造原理为，利用激光对薄板进行切割操作，并将切割后的多层薄板叠加，使其形状逐渐变化，进而获得所需模具的三维形状。目前，激光叠加技术在模具制造方面已进入到试用阶段，基于这一技术制造的凹凸模具具有较高的质量，且切割厚度大都在12mm左右，加工尺寸的精度也高达0.01m。在经过激光切割处理后，模具切口表层将产生一个0.1-0.2mm且硬度为800HV的硬化层，这一硬化层的主要作用为，对厚度为1mm的钢板进行冲裁，而仅凭自冷硬化层便能够完成对1000件1mm厚钢板的冲压。值得一提的是，如果在经过激光切割后再进行淬火操作，冲压的数量可高达3-5万件。对基于激光叠加的模具制造进行分析可知，因各个薄板间的连接较为简单，因此，可借助叠加法来进一步制成冲模，进而降低成本并缩短生产周期，提高经济效益。激光叠加技术在模具制造领域中的另一突出应用还体现在基于激光切割与模具CAD结合的CAD/CAM系统方面，利用这一系统，能够实现板料切割的柔性制造，对于小批量、多品种的模具生产具有较强的适应性。

2.3 快速成型制造技术的应用

快速成型制造技术是20世纪80年代末出现的一项制造技术，现阶段，该技术已发展了十余种工艺形式，其中，以激光技术为依托的一类典型技术变式选择性激光烧结技术。这一技术在模具制造中的应用方法为，将激光器作为能量源，借助红外激光束使蜡、金属、陶瓷和塑料等相关物质的粉末能够均匀地在平面上烧结，在计算机控制下，赋予扫描器一定速度和能量密度，使其按照分层面的数据进行扫描[3]。激光扫描的区域，粉末则会被烧结从而形成具有一定厚度的实体片层，而未被扫描的区域仍然以松散的粉末状态呈现。此时，通过对物体截层厚度进行判断来操作工作台的升降，而后，当铺粉滚筒将粉末予以铺平后，方由激光器展开新一层的扫描。反复进行上述操作，直到将全部层面扫描为止。最后，将多余粉末予以去除，经过打磨烘干等相关处理后得到模具。

3 结论

本文通过对激光技术的概念和原理进行分析，进而分别对激光淬火技术、激光叠加技术、快速成型制造技术等激光技术在模具制造中的应用作出了系统探究。研究结果表明，激光技术在模具制造中的应用能够有效提高模具的生产效率、降低模具生产成本。未来，还需进一步加大对模具制造中激光技术的应用力度，为促进模具制造产业的健康、稳定发展提供可靠的技术支持。

参考文献：

[1]张忠选，王远振，张海涛.激光热处理在汽车模具制造中的应用[J].金属加工（热加工），2014，03（15）：42-44.

[2]王昌，于同敏，周锦进.模具制造领域中的表面工程技术应用C述及展望[J].模具技术，2012，03（12）：46-50.

[3]彭广威.快速成形技术在快速模具制造中的应用[J].锻压技术，2013，06（24）：26-30.