陳祖豪 徐標(biāo) 郝軍
摘要:本文介紹了目前加工非金屬薄膜襯墊的方法,以及傳統(tǒng)加工方法所帶來的困難;通過對(duì)激光切割原理的分析,探討了激光切割技術(shù)用于非金屬薄 膜材料加工上的優(yōu)勢(shì)和可行性,并通過非金屬材料的激光切割試驗(yàn),證明激光切割技術(shù)可以較好的解決襯墊加工難題,能夠滿足非金屬薄膜材料切割成形的技術(shù)要求和精度要求。
關(guān)鍵詞:非金屬材料;薄膜材料;激光切割
中圖分類號(hào):BJ84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-9129(2017)09-048-02
Abstract:Thispaperintroducesthemethodofprocessingnon-metallicfilmlineratpresent,andthedifficultiesoftraditionalprocessingmethods.Throughthe analysisoftheprincipleoflasercutting,theadvantagesandfeasibilityoflasercuttingtechnologyusedintheprocessingofnon-metallicmaterialsarediscussed,and through the laser cutting test of non-metallic materials, it is proved that laser cutting technology can solve the problem of liner processing batter, it can meet the technicalrequirementsandprecisionrequirementsforthecuttingofnon-metallicfilmmaterials.
Keywords:nonmetalthin-filmmateriallasercutting
1 引言
隨著軍事領(lǐng)域信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用,對(duì)抗惡劣環(huán)境電子產(chǎn)品的需求也不斷增大,在這些電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用的具有屏蔽密封、導(dǎo)熱、絕緣等保護(hù)功能的非金屬薄膜襯墊的產(chǎn)量也越來越大,這些襯墊的厚度范圍在 0.1mm~2mm 之間,所用的非金屬材料包括:導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)熱橡膠、硅橡膠、聚氨酯泡棉、滌綸紙等,而且不同的應(yīng)用場(chǎng)景所用的襯墊規(guī)格形狀也不同,種類繁多,有些襯墊外形復(fù)雜,采用常規(guī)工藝加工成本高,周期長(zhǎng), 精度差,因此我們必須要尋找一種高效、精密的非金屬材料切割加工工藝來解決此類問題。通過查閱相關(guān)資料,比較多種工藝技術(shù),我們發(fā)現(xiàn)激光切割工藝技術(shù)可以較好的解決上述問題。
2 目前的工藝現(xiàn)狀
目前我們針對(duì)這種異形非金屬薄膜材料襯墊的加工方式有以下兩種: 一是由操作工人參照?qǐng)D紙,用手術(shù)刀、鋼直尺等工具直接在原材料上手工劃出形狀,這種方法適用于形狀較簡(jiǎn)單,數(shù)量較少的零件,同時(shí)這種加工方法對(duì)操作工人的技術(shù)要求較高,具有耗費(fèi)時(shí)間精力大,加工精度差,廢品率高等缺點(diǎn)。二是采用模具成型,由工藝設(shè)計(jì)師根據(jù)零件圖樣中的尺寸及技術(shù)要求,設(shè)計(jì)沖壓模具,通過氣動(dòng)沖壓機(jī)沖壓出襯墊零件的形狀,這種方法加工的零件精度較高,互換性好,加工效率較高,但設(shè)計(jì)和加工模具所需周期較長(zhǎng),成本較高,且對(duì)于一些形狀較為復(fù)雜的、一次沖壓不能成型的零件,還需要采用復(fù)合模具加工,這對(duì)于批量較小,種類繁多的產(chǎn)品時(shí),采用模具加工無法滿足及時(shí)快速加工的要求,具有一定的局限性。
3 激光切割工藝技術(shù)
3. 1 激光切割原理
激光切割工藝技術(shù)通過激光器中發(fā)射出的激光,經(jīng)光路系統(tǒng),聚焦成高功率密度的激光束,激光束照射到工件表面,使工件達(dá)到熔點(diǎn)或沸點(diǎn), 同時(shí)與光束同軸的高壓氣體將熔化物或氣化物吹走。隨著光束與工件相對(duì)位置的移動(dòng),最終在薄板材料上形成 0.1mm~0.3mm 寬的切縫,從而達(dá)到切割的目的。根據(jù)不同的激光器中產(chǎn)生的不同頻率激光,可以分別對(duì)金屬或非金屬材料進(jìn)行切割成形加工。用激光光束代替了傳統(tǒng)的機(jī)械刀具, 在切割工作中激光刀頭的機(jī)械部分與工件無接觸,不會(huì)對(duì)工件表面造成劃傷;同時(shí)激光切割速度快,切割熱影響區(qū)小,板材變形小,切縫窄
(0.1mm~0.3mm);切口沒有機(jī)械應(yīng)力,無剪切毛刺,切口光滑平整,一般無需后續(xù)加工。激光切割工藝技術(shù)通過數(shù)控編程,可加工任意形狀的平面圖形,對(duì)復(fù)雜形狀的零件可以實(shí)現(xiàn)快速切割加工,加工的精度高,重復(fù)性好, 無需開模具,具有經(jīng)濟(jì)省時(shí),加工成本低等特點(diǎn)。
激光切割是熔化與汽化相結(jié)合的過程,影響其切割質(zhì)量的因素主要包 括硬件因素和軟件因素。硬件因素主要指機(jī)床、加工材料等,而軟件因素主 要是計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容,具體包括:切割初始位置或打孔點(diǎn)的選擇;主要切割路徑的設(shè)置;輔助切割路徑的設(shè)置;激光束半徑補(bǔ)償和空 行程處理;加工工件的優(yōu)化排樣;考慮實(shí)際加工因素后的路徑優(yōu)化。
3.2 激光切割非金屬薄膜材料的原理
本文所涉及的非金屬薄膜材料主要包括導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)熱橡膠、硅橡膠、聚氨酯泡棉、滌綸紙等,裁切過程中采用激光進(jìn)行切割屬于激光切割
非金屬材料,切割機(jī)理為汽化切割。非金屬材料是波長(zhǎng)為10.6μm的
CO2激光束的良好吸收體,由于材料的導(dǎo)熱率小,熱量的傳導(dǎo)損失很小,能吸收絕大部分入射光束能量,并很快使材料蒸發(fā),由光斑照射處形成起始孔洞,進(jìn)入切割過程。汽化切割是指當(dāng)高功率密度的激光照射到工件表面,材料在極短的時(shí)間內(nèi)被加熱到汽化點(diǎn),部分材料化作蒸汽逸去,形成 割縫。對(duì)于低熔點(diǎn)非金屬材料,控制好激光切割工藝參數(shù),可以獲得無毛刺的底邊,切縫光滑、平整;對(duì)非金屬材料進(jìn)行切割時(shí)需注意防護(hù)切割過 程中生成的有害氣體。
4激光切割非金屬薄膜材料的優(yōu)勢(shì)
激光切割作為工業(yè)切割加工中較為先進(jìn)的切割方法,同時(shí)也是激光加工技術(shù)中最為成熟的技術(shù)之一,將其應(yīng)用在非金屬薄膜材料的裁切工藝中,替代落后的手工裁切方式,能夠體現(xiàn)出如下的眾多優(yōu)勢(shì):
1) 激光切割作為一種無接觸切割,切割過程中無機(jī)械擠壓和沖切,不會(huì)對(duì)非金屬薄膜材料造成擠壓和彎折,非金屬薄膜材料無機(jī)械變形,邊緣無褶皺。
2) 激光切割的功率密度高,切縫寬度小,切割邊界整齊,無毛刺;由于激光作用時(shí)間短,工件周邊的熱影響區(qū)小;同時(shí)針對(duì)不同的材料,均可進(jìn) 行切割,適應(yīng)性強(qiáng)。
3) 激光切割非金屬薄膜材料時(shí),不存在傳統(tǒng)裁切中的刀具磨損問題, 故可以省去刀具維護(hù)和換刀的成本。
4) 激光切割時(shí)只需定位,不需要夾緊、劃線等工序,因而非金屬薄膜 材料無機(jī)械應(yīng)力及表面損傷。
5) 采用激光切割對(duì)非金屬薄膜材料進(jìn)行裁切,無需定制模具。既可以 進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)切割,也可以進(jìn)行單個(gè)體、小數(shù)量非金屬薄膜材料的成形切割。
6) 采用激光切割對(duì)非金屬薄膜材料進(jìn)行裁切,可使裁切脫離模具的限制,將切割系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)和 CAD 軟件相結(jié)合,能夠完全自主地控制切割路徑,可以裁切任意復(fù)雜形狀的襯墊邊界,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方式無法切割的邊界或形狀,具有無限的仿形切割能力。尤其針對(duì)異形襯墊外形的不規(guī)則、多變化與復(fù)雜性,同時(shí)可能存在單件、小批量的試制,傳統(tǒng)的手工裁切方式難以實(shí)現(xiàn)裁切的精確性與復(fù)雜適應(yīng)性,這使得激光切割的優(yōu)勢(shì)在非金屬薄膜材料襯墊的裁切中體現(xiàn)得更加淋漓盡致。
5 激光切割非金屬薄膜材料的實(shí)例
我們用激光切割機(jī)對(duì)導(dǎo)電橡膠板、導(dǎo)熱橡膠板、硅橡膠板、滌綸薄膜、聚酰亞胺薄膜、聚氨酯泡棉等 6 種材料進(jìn)行了切割試驗(yàn),襯墊零件加工后的照片見圖 1。從加工后的實(shí)樣上能夠看出,對(duì)于矩形、圓弧、圓孔等形狀的切割,無論是 0.1mm 厚度的聚酰亞胺薄膜,還是 2.1mm 厚度的聚氨酯泡棉,都有良好的切割效果。特別是聚氨酯泡棉的切割邊緣光滑平整,避免了毛邊,切屑?xì)埩舻葐栴},能有效減少多余物的產(chǎn)生。
材料院導(dǎo)電橡膠板 材料院硅橡膠板 材料院聚氨酯泡棉板
厚度院0.8mm 厚度院1.2mm 厚度院2.1mm
6 結(jié)束語
本文通過對(duì)激光切割原理的分析,探討了激光切割技術(shù)用于非金屬薄膜材料加工上的可行性和優(yōu)勢(shì),并通過非金屬材料的激光切割試驗(yàn),證明激
圖 1 激光切割加工的襯墊零件
光切割工藝技術(shù)可以較好的解決異形非金屬薄膜襯墊在成形加工中面臨的 一些難題,能夠滿足非金屬薄膜材料切割成形的技術(shù)要求和精度要求。
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