Technologie laserového vrtání pro vysoce-přesné obrábění titanové slitiny

Titanové slitiny se svou vysokou tvrdostí podle Vickerse a nízkou tepelnou vodivostí představují pro konvenční mechanické vrtání významné výzvy, včetně zrychleného opotřebení nástroje, silné tepelné deformace a nízké přesnosti obrábění. Laserové vrtání, které využívá výhod bezkontaktního zpracování, vysoké přesnosti a vysoké účinnosti, boří bariéry přesného obrábění slitiny titanu. Může umožnit upgrade špičkové-výroby směrem k mikronové-úrovni a inteligentní výrobě.

 

 

Laserové vrtání soustředí laserový paprsek o vysoké{0}}energii- na povrch titanové slitiny a způsobí, že se materiál okamžitě roztaví, vypaří a změní se na plazmu. Zbytky jsou vypuzovány vysokotlakým-plynem a vytvářejí velmi přesné-děry. Jeho pokročilá povaha spočívá v přesném řízení energie a procesů zpracování, se zásadními průlomy v iteraci pulzní technologie a optimalizaci režimů zpracování.

 

Pulzní technologie pokročila z nanosekund na pikosekundové a femtosekundové ultra-rychlé lasery. Dosahuje přímého odpařování materiálu, snižuje tepelně-ovlivněnou zónu (HAZ) pod 5 μm a zabraňuje defektům, jako jsou přetavené vrstvy. Zpracování titanové slitiny infračerveným femtosekundovým laserem má za následek drsnost stěny díry (Ra), přesnost průměru díry ±2 μm a přesnost opakovaného polohování ±1,5 μm, což splňuje požadavky na přesnost špičkové-výroby.

 

Hlavními režimy zpracování jsou příklepové vrtání a trepanační vrtání:

Příklepové vrtání řídí hloubku pomocí pulzů, což je vysoce efektivní pro hromadnou výrobu pravidelných mikro-děr;

 

Trepanační vrtání se opírá o kruhový relativní pohyb, dosahuje vynikajícího tvaru díry a kvality stěny a dokáže zpracovávat vysoce přesné díry- s poměrem stran přesahujícím 50:1. V kombinaci s 5{4}}osým propojeným dynamickým zaostřováním a technologií vizuálního polohování CCD dokáže také zpracovávat speciálně tvarované otvory na složitých zakřivených površích a pod úhlem sklonu menším než nebo rovným 45 stupňů, s odchylkou mezi osou otvoru a navrženou normální čárou menší nebo rovnou 1,5 stupně .

 

 

Zdroj obrázku:sciencedirect o laserovém vrtání

 

 

Ve srovnání s tradičním mechanickým vrtáním a elektroerozivním obráběním (EDM) tvoří laserové vrtání čtyři{0}}v{1}}technické konkurenceschopnosti „přesnosti, účinnosti, flexibility a šetrnosti k životnímu prostředí“ v přesném obrábění z titanové slitiny s komplexními výhodami. Hlavní předností jsou dva průlomy v ultra-vysoké účinnosti a přesnosti:

 

Vysokovýkonné vláknové lasery kombinované s 200kHz vysokofrekvenčními-pulsy umožňují zpracování jednoho-otvoru za 0,05-0,5 sekundy, což je 10-1000krát efektivnější než EDM. Výrobní kapacita zpracování lopatek leteckých motorů se zvýšila o více než 300 %. Velikost zaostřeného bodu je menší nebo rovna 15 μm, s přesností průměru otvoru ±15 μm a zaoblením větším nebo rovným 95 %, což umožňuje stabilní zpracování mikrootvorů v rozsahu od 0,001 mm do 1 mm, což je mnohem přesnější než tradiční mechanické zpracování.

 

Bez{0}}kontaktní zpracování a plná přizpůsobivost materiálu rozšiřují hranice použití: Žádná řezná síla-indukovaná deformace, vhodné pro titanové slitiny o tloušťce 0,1-50 mm; Inteligentní přepínání vlnových délek, kompenzace energetického gradientu a vysokotlaký pomocný plyn 0,2-0,8MPa-provádí zpracování průchozích otvorů bez otřepů-a bez napětí-, s HAZ menším nebo rovným 50 μm, vhodné pro součásti ze slitiny titanu s povlaky tepelné bariéry.

 

Inteligence a ekologická výroba jsou v souladu s průmyslovou modernizací: Zařízení integruje AI a monitorování v-reálném čase pro dynamickou optimalizaci parametrů zpracování, zvýšení kvalifikace průměru otvoru na 98 % a zkrácení doby ručního ladění o 90 %; Použití minimálního množství mazání (MQL) nebo superkritického CO₂ místo řezných kapalin snižuje vypouštění odpadních vod o více než 90 %, s účinností elektro-optické konverze přesahující 30 % a spotřebou energie na jednotku sníženou o 60 %, což je v souladu s cíli duálního uhlíku a ekologickými požadavky špičkové-výroby.

 

 

Vyspělá aplikace technologie laserového vrtání přetváří výrobní procesy součástí z titanové slitiny v letectví, zdravotnických zařízeních, nových energetických vozidlech a dalších oborech a stává se základní technickou podporou pro hromadnou výrobu klíčových součástí jádra.

 

V oblasti letectví a kosmonautiky tato technologie prolamuje výrobní limity-komponentů horkého konce: Femtosekundové laserové zpracování chladicích otvorů v lopatkách turbín z titanové slitiny s tepelně bariérovými povlaky zabraňuje poškození povlaku, zlepšuje rovnoměrnost proudění chladicího vzduchu a tepelnou účinnost motoru, prodlužuje životnost lopatek a zvyšuje efektivitu zpracování pole otvorů pro snížení hmotnosti na pláštích trupu letadla, což přispívá k odlehčení trupu letadla.

 

V oblasti lékařských přístrojů pokládá pevný strukturální základ pro precizní medicínu: trojrozměrná síť ortopedických implantátů s průchozími otvory urychluje osseointegraci, mikro-drážkové zpracování kardiovaskulárních stentů zlepšuje únavovou životnost a mikro-opracování umělých kůstek zkracuje pooperační dobu zotavení sluchu a zvyšuje rychlost pooperační obnovy sluchu.

V oblasti nových energetických vozidel a spotřební elektroniky podporuje odlehčení produktů a zvýšení výkonu: Zpracování pouzder napájecích baterií výrazně snižuje zbytky strusky a rizika zkratu- a zpracování mikro{1}}děr v bipolárních deskách vodíkových palivových článků podstatně zvyšuje výrobní kapacitu; Zpracování sklopných pantů obrazovky dosahuje snížení hmotnosti a dlouhé životnosti ve složení a zpracování otvorů reproduktorů ve středních rámech mobilních telefonů zajišťuje stabilní akustický výkon.

 

 

Ruihang Group se specializuje na výrobu-kvalitních titanových surovin pro vaše přesné obrábění. Pro více podrobností nás prosím kontaktujte prostřednictvím e-mailu:Sam.Rui@bjrh-titanium.com

 

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