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激光加工模具钢材的潜力与可能性

May,04,2022 << Return list

经历了多年的快速推广和发展,激光加工技术的用途和能力如今已普遍被认识和挖掘。但如果有人说激光几乎是万能的加工工具则言过其实了。激光具有高能量,利用这个聚焦的热能与材料发生作用去实现标刻、切割、焊接等效果。实际上我们的整个制造业里采用了可能几百上千种工艺,激光制造能实现的只是其中很小一部分,特别是一些拉伸、折弯或者冲压成型,又或者是特殊定制造型的产品,并非激光能解决,而且激光常常只是开料加工至半成品。更多的产品、成品批量生产是采用了模具生产。



我国模具产业规模现状



模具其实已经有数千年的历史,以定制一个模可以大批量做出尺寸款式同一产品,如今在食品、塑料、五金、汽车、电子产品等几乎无处不在,我们肉眼可见的绝大部分生活用品、工业产品,其实都是通过模具生产出来的,可以说模具是推进了社会进步的一个重要助推器。



每年在制造业里都会有大量各种各样的模具需求,市场规模达数千亿元。模具制作的费用与其尺寸大小相关,另外也与产品结构工艺和模具制作难度相关,一般而言越大、结构越复杂的模具费用就越高。模具的使用是具有周期和寿命的,同一套模连续生产会产生磨损,一旦磨损较大则导致产品规格出现偏差,则意味着模具即将报废;另外,商家如果是升级推出新品,取代了旧款产品,则旧模具将被闲置,也意味着最终会被废弃。



据了解,2021年我国制作各类模具超过2400万件。近年来由于人工成本较高,自动线模具大受欢迎,并掀起了新一轮的模具升级替换需求。我国每年都会制造大量的模具,其中有钢材模、铜模、铝模等,占大部分的还是钢材模具。



模具钢材的切割需求量大



钢材模具常见的包括冲压模、铸造模等,材料主要是合金工具钢,比如冲压模材料主要由A3、45#、 Cr12、Cr12MoV、SKD11等。模具钢要经过CNC铣床磨床加工、雕刻等十几道工序,最终做成产品定型模。但是最初加工前的材料,又称为钢胚,是方形或者圆形的钢材,根据产品具体尺寸,钢胚的厚度从20mm至70mm甚至100mm都是常见的。



模具钢材的切割加工需求是十分巨大的。目前对于模具钢仍然采用的是最传统的砂轮切割或者线切割,对于一些圆形的钢胚采用的是圆盘锯。小钢胚从下单到交付至少2-3天,效率非常低下,极大影响了产品进度。



模具不属于重工业,它算是配套产业,是基础工业产品,在制造业发达地区往往模具产业都较为发达。如今模具行业也正在寻求技术升级,更快的加工速度,更优的加工质量。



(图片拍摄于某模具厂,来源于特域机电)



激光加工模具钢材可能性



如今激光在金属加工领域已经十分普及了,特别是碳钢、不锈钢、铜铝、有色金属等均用上了激光的切割、焊接。随着激光器的突破和配套产品的提升,近些年激光切割加工已经快速把功率提升了几个档次,从几千瓦到如今3万瓦。钢板切割能力也从以前的10mm上下提升至100mm。激光切割能力的快速提升对于常见的厚金属板材加工是个极大的福音。



模具合金钢属于硬质材料,不同于普通碳钢,合金钢添加了一些其它元素,如镍、



铬、钨等,这些元素的耐热能力不一样。激光切割属于热加工技术,铁盒其它元素对高温的耐受程度不同,导致合金钢切割效果不一致,或者不容易烧穿切透。



合金材料采用激光切割有一定的难度与挑战,但并非不可能。大部分合金钢都可以用激光切割,刃口质量好。但钨含量高的工具钢和热作模具钢在激光切割时会产生腐蚀和夹渣,有时需要二次轻微打磨处理。



目前模具钢材采用激光切割极少,后续应用开发的空间非常大,尤其是激光已经可以轻松切割70mm的普通钢板,需要设备厂家、专业技术人员继续探索尝试,只要工艺参数掌握恰当,也能切出平直无渣的切边。超高功率激光将会在模具钢材开辟一片广阔的天空。



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