Technológia laserového vŕtania pre-vysoko presné obrábanie titánových zliatin

Zliatiny titánu so svojou vysokou tvrdosťou podľa Vickersa a nízkou tepelnou vodivosťou predstavujú významné výzvy pre konvenčné mechanické vŕtanie, vrátane zrýchleného opotrebovania nástroja, silnej tepelnej deformácie a nízkej presnosti obrábania. Laserové vŕtanie s využitím výhod bez{1}}kontaktného spracovania, vysokej presnosti a vysokej účinnosti prekonáva bariéry presného obrábania zliatiny titánu. Môže umožniť modernizáciu špičkovej-výroby smerom k mikrónovej-úrovni a inteligentnej výrobe.

 

 

Laserové vŕtanie sústreďuje laserový lúč s vysokou{0}}energiou{1}} na povrch zliatiny titánu, čím sa materiál okamžite roztopí, vyparí a zmení sa na plazmu. Zvyšky sú vytláčané vysokotlakovým-plynom a vytvárajú vysoko presné{4}}diery. Jeho pokročilá povaha spočíva v presnom riadení energie a procesov spracovania, s prelomovými objavmi v iterácii pulznej technológie a optimalizácii režimov spracovania.

 

Pulzná technológia pokročila z nanosekundových na pikosekundové a femtosekundové ultra{0}}rýchle lasery. Dosahuje priame odparovanie materiálu, čím sa znižuje tepelne-ovplyvnená zóna (HAZ) pod 5 μm a zabraňuje sa defektom, ako sú pretavené vrstvy. Spracovanie titánovej zliatiny infračerveným femtosekundovým laserom má za následok drsnosť steny otvoru (Ra), presnosť priemeru otvoru ± 2 μm a presnosť opakovaného polohovania ± 1,5 μm, čo spĺňa požiadavky na presnosť špičkovej- výroby.

 

Hlavnými režimami spracovania sú príklepové vŕtanie a trepanačné vŕtanie:

Príklepové vŕtanie riadi hĺbku pomocou impulzov, vďaka čomu je vysoko efektívne pri hromadnej výrobe bežných mikro-dier;

 

Trepanačné vŕtanie sa spolieha na kruhový relatívny pohyb, čím sa dosahuje vynikajúci tvar otvoru a kvalita steny a dokáže spracovať veľmi{0}}precízne otvory s pomerom strán presahujúcim 50:1. V kombinácii s 5{4}}osovým prepojením dynamického zaostrovania a technológie vizuálneho polohovania CCD dokáže tiež spracovať špeciálne tvarované otvory na zložitých zakrivených povrchoch a pri uhloch sklonu menších alebo rovných 45 stupňov, pričom odchýlka medzi osou otvoru a navrhnutou normálnou čiarou je menšia alebo rovná 1,5 stupňa .

 

 

Zdroj obrázkov:sciencedirect o laserovom vŕtaní

 

 

V porovnaní s tradičným mechanickým vŕtaním a elektroerozívnym obrábaním (EDM) tvorí laserové vŕtanie pri presnom obrábaní titánovej zliatiny štyri-v{1}}technickej konkurencieschopnosti „presnosť, efektívnosť, flexibilita a šetrnosť k životnému prostrediu“ s komplexnými výhodami. Hlavnými prednosťami sú dva objavy v ultra-vysokej účinnosti a presnosti:

 

Vysokovýkonné vláknové lasery v kombinácii s vysokofrekvenčnými impulzmi 200 kHz-umožňujú spracovanie jedného- otvoru za 0,05-0,5 sekundy, čo je 10-1000-krát efektívnejšie ako EDM. Výrobná kapacita spracovania lopatiek turbín leteckých motorov sa zvýšila o viac ako 300 %. Veľkosť zaostreného bodu je menšia alebo rovná 15 μm, s presnosťou priemeru otvoru ±15 μm a zaoblením väčšou alebo rovnou 95 %, čo umožňuje stabilné spracovanie mikrootvorov v rozsahu od 0,001 mm do 1 mm, čo je oveľa presnejšie ako tradičné mechanické spracovanie.

 

Bez{0}}kontaktné spracovanie a úplná prispôsobivosť materiálu rozširujú hranice použitia: Bez deformácie-vyvolanej reznou silou, vhodné pre zliatinu titánu s hrúbkou 0,1-50 mm; Inteligentné prepínanie vlnových dĺžok, kompenzácia energetického gradientu a vysokotlakový pomocný plyn 0,2-0,8MPa-uskutočňujú spracovanie priechodných otvorov bez otrepov-a bez stresu{8}}, s HAZ menším alebo rovným 50 μm, vhodné pre komponenty zo zliatiny titánu s povlakom tepelnej bariéry.

 

Inteligencia a zelená výroba sú v súlade s priemyselnou modernizáciou: Zariadenie integruje AI a monitorovanie v-reálnom čase s cieľom dynamicky optimalizovať parametre spracovania, zvýšiť mieru kvalifikácie priemeru otvoru na 98 % a znížiť čas manuálneho ladenia o 90 %; Použitie mazania s minimálnym množstvom (MQL) alebo superkritického CO₂ namiesto rezných kvapalín znižuje vypúšťanie odpadovej vody o viac ako 90 %, s účinnosťou elektro-optickej konverzie presahujúcou 30 % a spotrebou energie na jednotku zníženou o 60 %, čo je v súlade s cieľmi dvojitého uhlíka a environmentálnymi požiadavkami špičkovej-výroby.

 

 

Vyspelá aplikácia technológie laserového vŕtania pretvára výrobné procesy komponentov z titánovej zliatiny v leteckom a kozmickom priemysle, zdravotníckych zariadeniach, nových energetických vozidlách a iných oblastiach a stáva sa hlavnou technickou podporou pre masovú výrobu kľúčových kľúčových komponentov.

 

V oblasti letectva a kozmonautiky prekračuje táto technológia výrobné limity komponentov horúceho konca: Femtosekundové laserové spracovanie chladiacich otvorov v lopatkách turbíny z titánovej zliatiny s tepelnou bariérovou vrstvou zabraňuje poškodeniu povlaku, zlepšuje rovnomernosť prúdenia chladiaceho vzduchu a tepelnú účinnosť motora, predlžuje životnosť lopatiek a zvyšuje efektivitu spracovania dier na zníženie hmotnosti na plášťoch trupu lietadiel.

 

V oblasti zdravotníckych pomôcok kladie solídny štrukturálny základ pre precíznu medicínu: trojrozmerná sieť ortopedických implantátov s priechodnými otvormi urýchľuje osseointegráciu, mikro-drážkové spracovanie kardiovaskulárnych stentov zlepšuje únavovú životnosť a mikro-opracovanie umelých kostičiek skracuje pooperačný čas na zotavenie sluchu a zvyšuje rýchlosť chirurgického zákroku.

V oblasti nových energetických vozidiel a spotrebnej elektroniky podporuje odľahčenie produktov a zvyšovanie výkonu: Spracovanie puzdier napájacích batérií výrazne znižuje zvyšky trosky a riziká skratu-a skratové-spracovanie mikro{1}}dier v bipolárnych platniach vodíkových palivových článkov podstatne zvyšuje výrobnú kapacitu; Spracovaním sklopných závesov obrazovky sa dosahuje zníženie hmotnosti a dlhá životnosť skladania a spracovanie otvorov reproduktorov v stredových rámoch mobilných telefónov zaisťuje stabilný akustický výkon.

 

 

Skupina Ruihang sa špecializuje na výrobu-kvalitných titánových surovín pre vaše presné obrábanie. Pre bližšie informácie nás prosím kontaktujte prostredníctvom emailu:Sam.Rui@bjrh-titanium.com

 

Referencia:
Voisey, KT, a kol. "Laserové vŕtanie." ScienceDirect Topics, Elsevier, 2010-2022, https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/laser-drilling.