Tehnologija laserskega vrtanja za visoko{0}}natančno obdelavo titanove zlitine

Titanove zlitine s svojo visoko Vickersovo trdoto in nizko toplotno prevodnostjo predstavljajo pomembne izzive za konvencionalno mehansko vrtanje, vključno s pospešeno obrabo orodij, hudo toplotno deformacijo in slabo natančnostjo obdelave. Lasersko vrtanje z uporabo prednosti brez-kontaktne obdelave, visoke natančnosti in visoke učinkovitosti premaga ovire natančne strojne obdelave titanove zlitine. Omogoča lahko nadgradnjo vrhunske-proizvodnje na mikronsko-ravni in inteligentno proizvodnjo.

 

 

Lasersko vrtanje usmeri visoko{0}}energijski-laserski žarek na površino titanove zlitine, zaradi česar se material takoj stopi, izhlapi in spremeni v plazmo. Ostanke izloči plin pod visokim-tlakom, da nastanejo visoko{4}}natančne luknje. Njegova napredna narava je v natančnem nadzoru energije in procesov obdelave, z osrednjimi preboji v ponovitvi impulzne tehnologije in optimizaciji načinov obdelave.

 

Tehnologija impulzov je napredovala od nanosekundnih do pikosekundnih in femtosekundnih ultra{0}}hitrih laserjev. Doseže neposredno izhlapevanje materiala, s čimer zmanjša toplotno{2}}prizadeto območje (HAZ) pod 5 μm in prepreči napake, kot so prelite plasti. Infrardeča femtosekundna laserska obdelava titanove zlitine ima za posledico hrapavost stene luknje (Ra), natančnost premera luknje ±2 μm in ponavljajočo se natančnost pozicioniranja ±1,5 μm, kar izpolnjuje zahteve glede natančnosti vrhunske-proizvodnje.

 

Glavni načini obdelave so udarno vrtanje in trepaniranje:

Udarno vrtanje nadzira globino s pomočjo impulzov, zaradi česar je zelo učinkovito za množično izdelavo običajnih mikro-lukenj;

 

Trepanning vrtanje temelji na krožnem relativnem gibanju, s čimer se doseže vrhunska oblika lukenj in kakovost stene ter lahko obdeluje visoko{0}}natančne luknje z razmerjem stranic, ki presega 50:1. V kombinaciji z dinamičnim ostrenjem s 5-osno povezavo in tehnologijo vizualnega pozicioniranja CCD lahko obdeluje tudi luknje posebne oblike na zapletenih ukrivljenih površinah in pri naklonskih kotih, manjših ali enakih 45 stopinj, z odstopanjem med osjo lukenj in načrtovano normalno linijo, manjšim ali enakim 1,5 stopinje.

 

 

Vir slike: sciencedirect o laserskem vrtanju

 

 

V primerjavi s tradicionalnim mehanskim vrtanjem in obdelavo z električnim praznjenjem (EDM) lasersko vrtanje tvori štiri{0}}v-tehnično konkurenčnost »natančnosti, učinkovitosti, prilagodljivosti in prijaznosti do okolja« pri precizni obdelavi titanovih zlitin z obsežnimi prednostmi. Glavni poudarki so dvojni preboji v ultra-visoki učinkovitosti in natančnosti:

 

Visoko-zmogljivi vlakneni laserji v kombinaciji z 200kHz visoko{2}}frekvenčnimi impulzi omogočajo-obdelavo posamezne luknje v 0,05-0,5 sekunde, 10-1000-krat bolj učinkovito kot EDM. Proizvodna zmogljivost predelave lopatic turbin letalskih motorjev se poveča za več kot 300 %. Velikost fokusne točke je manjša od ali enaka 15 μm, z natančnostjo premera luknje ±15 μm in okroglostjo večjo ali enako 95 %, kar omogoča stabilno obdelavo mikro lukenj v razponu od 0,001 mm do 1 mm, kar je veliko bolj natančno od tradicionalne mehanske obdelave.

 

Brez{0}}obdelava brez dotika in popolna prilagodljivost materiala razširjata meje uporabe: Brez deformacij-povzročenih z rezalno silo, primerno za titanovo zlitino z debelino 0,1-50 mm; Inteligentno preklapljanje valovnih dolžin, kompenzacija energijskega gradienta in 0,2-0,8MPa-pomožni plin pod visokim{6}}tlakom omogočajo obdelavo skozi luknjo-brez robov in napetosti-brez koncentracije, s HAZ Manjšim ali enakim 50 μm, primernim za komponente iz titanove zlitine s prevlekami za toplotno pregrado.

 

Inteligentizacija in zelena proizvodnja sta usklajeni z industrijsko nadgradnjo: oprema vključuje umetno inteligenco in-nadzor v realnem času za dinamično optimizacijo parametrov obdelave, povečanje stopnje kvalifikacije premera lukenj na 98 % in zmanjšanje časa ročnega odpravljanja napak za 90 %; Uporaba minimalnega količinskega mazanja (MQL) ali superkritičnega CO₂ namesto rezalnih tekočin zmanjša izpust odpadne vode za več kot 90 %, pri čemer učinkovitost elektro-optične pretvorbe presega 30 %, poraba energije na enoto pa je zmanjšana za 60 %, kar je v skladu s cilji glede dvojnega ogljika in okoljskimi zahtevami vrhunske-proizvodnje.

 

 

Zrela uporaba tehnologije laserskega vrtanja preoblikuje proizvodne procese komponent iz titanove zlitine v letalstvu, medicinskih napravah, novih energetskih vozilih in na drugih področjih ter postaja osrednja tehnična podpora za množično proizvodnjo ključnih osnovnih komponent.

 

Na letalskem in vesoljskem področju ta tehnologija prebija proizvodne omejitve vročih-komponent: femtosekundna laserska obdelava hladilnih lukenj v turbinskih lopaticah iz titanove zlitine s toplotno zaščitno prevleko prepreči poškodbe prevleke, izboljša enakomernost pretoka hladilnega zraka in toplotno učinkovitost motorja, podaljša življenjsko dobo lopatic in izboljša učinkovitost obdelave nizov lukenj za zmanjšanje teže na oblogah trupa, kar prispeva k lajšanje letal.

 

Na področju medicinskih pripomočkov postavlja trdne strukturne temelje za natančno medicino: tri-dimenzionalna mreža ortopedskih vsadkov skozi{1}}luknje pospešuje oseointegracijo, obdelava mikro-žlebov kardiovaskularnih stentov izboljša življenjsko dobo, obdelava mikro-lukenj umetnih koščic pa skrajša čas operacije in poveča pooperativna stopnja okrevanja sluha.

Na področju novih energetskih vozil in potrošniške elektronike spodbuja lažjo težo izdelkov in nadgradnjo zmogljivosti: obdelava ohišij močnostnih baterij bistveno zmanjša ostanke žlindre in tveganja kratkega-stika, obdelava mikro{1}}luknjic bipolarnih plošč vodikovih gorivnih celic pa bistveno poveča proizvodno zmogljivost; Obdelava tečajev zložljivega zaslona omogoča zmanjšanje teže in dolgo življenjsko dobo zlaganja, obdelava lukenj za zvočnike v srednjih okvirjih mobilnih telefonov pa zagotavlja stabilno akustično delovanje.

 

 

Skupina Ruihang je specializirana za proizvodnjo visoko{0}}kakovostnih surovin iz titana za vašo natančno obdelavo. Za več podrobnosti nas kontaktirajte preko e-pošte:Sam.Rui@bjrh-titanium.com

 

Referenca:
Voisey, KT, et al. "Lasersko vrtanje." Teme ScienceDirect, Elsevier, 2010-2022, https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/laser-drilling.