美国开发激光辅助切屑控制技术

美国AmeriChip国际公司开发了一种新的激光辅助切屑控制技术,可以完全消除会给加工过程造成麻烦的长带状切屑,从而能够缩短加工时间达70%,降低加工成本达60%。

在切削加工中,理想的切屑形态应细小而易于控制。长带状并会形成鸟巢形的切屑是机床操作者最不愿意看到的。带状切屑会挂在主轴、刀片、夹具和测量装置上,使自动测量和装卸设备无法正常使用。缠绕在刀具和工件上的长切屑会在工件上形成擦伤,并会缩短刀具寿命,因为长切屑不能像细小切屑那样有效地从切削区带走切削热。

防止形成长切屑最常用的技术是使用带有断屑槽的刀片。但利用断屑槽控制切屑通常需要减小刀具的进给率。因此,采用AmeriChip的系统后,可以增大刀具的进给率和切深,一次走刀即可切除带断屑槽刀片需要多次走刀才能切除的工件材料,同时还能提高工件表面光洁度。

AmeriChip的激光辅助切屑控制系统是一个独立装置,它利用一束激光在工件材料表面刻划出一道窄槽,当该处材料被加工时,就会以细小切屑的形态被切离而不会形成长带状切屑。这道激光刻划的窄槽实际上消除了与切屑有关的所有麻烦。

当激光束聚焦到工件材料上时,其能量可使金属材料熔化和气化,同时用一个空气喷嘴将熔化的材料从槽中吹走。激光功率较低而移动速度较快时,刻出的槽较浅；激光功率较高而移动速度较慢时,刻出的槽就较深。

AmeriChip公司已投资近900万美元开发这项专利技术,并确认该系统具有很好的重复性,加工中系统可根据不断变化的工件材料尺寸进行调整,不会造成过度刻划。

刻槽过程使用了一个机械手,并通过光纤线缆将聚焦的激光束传输到激光头,激光光源采用脉冲式Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)激光器或超模CWNd:YAG激光器。系统开始工作时,机械手移动到第一道刻线的起点处,同时激光器功率达到预设参数值,装有电容式高度传感器的聚焦激光头移动到位,同轴的空气电磁阀打开,接着激光光闸开启,机械手开始移动进行激光刻槽。

在刻槽过程中,电容高度传感器可以测出工件形状或材料厚度的任何变化,使激光头系统始终保持聚焦高度,可对刻槽深度进行连续调整。刻槽宽度通常设定为0.010in.(0.25mm),它可使刀具产生在时间和距离上都极为短暂的断续切削,但已足以确保产生的切屑均为细小切屑。

在工件上刻槽使得以较高速度切削工件和无需使用冷却液成为可能。采用常规方法进行加工时,工件温度可能会达到70℃,而采用激光辅助切屑控制系统后,工件温度可降低到40℃,因为大部分切削热都被细小的切屑所带走。

与使用带断屑槽刀片的常规加工相比,采用该系统进行切削可大幅度提高加工效率。假定一个公司加工一定量的工件需要10台机床和10个工人,采用该系统后可能仅需要2台机床和2个工人就够了。虽然使用该系统在整个工序中增加了一道操作步骤,但总的加工工时仍可大大缩短。

AmeriChip公司的激光辅助切屑控制系统并不对外出售,但公司可为用户提供3种可选方式:①由AmeriChip公司在用户工厂里安装并操作使用该系统；②AmeriChip公司在用户工厂中安装系统,但由用户操作使用；③AmeriChip公司在自己的工厂里使用该系统为用户加工零件。用户既可按每件零件支付基本加工费(取决于由谁操作系统和加工零件的批量),也可根据系统在用户工厂的使用情况和安装设备的数量确定总的使用费。采用这种方式,用户不必一次性投入大量资金购买设备,即可充分享受该系统带来的所有好处。

目前AmeriChip公司除了在自己工厂里使用该系统外,已在用户工厂里安装了2套系统,并已接到通用汽车公司2套系统的订单。该产品的主要市场客户为大批量生产零部件的汽车、卡车和拖拉机制造商。但AmeriChip公司已为得克萨斯州一家石油管制造商开发出并开始制造一种激光辅助切屑控制柔性加工系统。

石油管制造商面临的最大问题是油管螺纹接头的加工。采用激光辅助切屑控制系统可实现一次走刀即完成螺纹加工,而不必像过去那样需要走刀3～6次。油管泄漏的主要原因是由于加工时切屑拖刮螺纹造成的,现在可以完全避免发生这种情况,从而突破了石油管螺纹加工的最大技术瓶颈。

来源:中国机械在线

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