Stellen Sie sich vor, Sie verwandeln eine massive Baumaschine mit der Präzision eines Laserstrahls. Die Lasertechnologie revolutioniert den Maschinenbausektor, indem sie hocheffiziente, präzise und umweltfreundliche Lösungen bietet. Dieser Artikel befasst sich mit den verschiedenen Anwendungen der Laserbearbeitung in der Fertigung, vom Schneiden und Schweißen bis zur Wiederaufbereitung und zum Qualitätsmanagement. Entdecken Sie, wie diese Fortschritte nicht nur die Produktqualität verbessern und die Kosten senken, sondern auch neue Maßstäbe für Nachhaltigkeit und Effizienz in industriellen Prozessen setzen.
Als wesentlicher Teil der Maschinenbauindustrie zeichnen sich Maschinen durch mehrere Kategorien, komplexe Funktionen und hohe strukturelle Festigkeit aus.
Obwohl sie nur selten als Testfeld für verschiedene neue Fertigungstechnologien diente, haben der Innovationsgeist des wissenschaftlichen und technischen Personals und sein Mut, Schwierigkeiten zu überwinden, dafür gesorgt, dass sich neue Technologien im Bereich des Maschinenbaus ausbreiten konnten. Dazu gehören Schweißroboter, Automatisierung, intelligente Logistik und andere.
Natürlich bevorzugt die Industrie auch die Laserbearbeitungstechnologie, die eine umweltfreundliche, effiziente und berührungslose Objektbearbeitung ist.
Die Laserbearbeitung hat ihren Ursprung in den 1960er Jahren in Deutschland und nutzt hauptsächlich von Lasern erzeugte hochenergetische Teilchen zum Schmelzen und Verdampfen der Oberfläche des Werkstücks. Dieses Prinzip wird für verschiedene abgeleitete Bearbeitungstechnologien genutzt.
Laserstrahlen bieten eine hohe Stabilität und Interferenzfreiheit und setzen dem Werkstück weniger Beschränkungen auf (z. B. Bearbeitungsform, Größe und Umgebung), was eine hochwertige und präzise Bearbeitung der meisten metallischen und nichtmetallischen Werkstoffe ermöglicht.metallische Werkstoffe.
Die Laserbearbeitungstechnik ist bekannt für ihre hohe Präzision und Spezialisierung. Ihre Eigenschaften und Vorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen: "hoch, schnell, gut, wirtschaftlich und vielseitig":
(1) Hoch
Die Laserbearbeitung bietet hohe Präzision, Bearbeitungseffizienz, Materialausnutzung und Wirtschaftlichkeit.
Eine Laserschneidmaschine zum Beispiel, die $50.000 kostet, kann einem Unternehmen helfen, die Kosten für die Ausrüstung wieder hereinzuholen und innerhalb von eineinhalb Jahren bei normalem Betrieb Gewinne zu erzielen.
(2) Schnell
Die Laserbearbeitung zeichnet sich durch eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit aus, da der Energieträger des Lasers die Lichtquelle ist. Es können Geschwindigkeiten von bis zu 100m/min erreicht werden.
Derzeit sind die fortschrittlichsten 3G Laserschneiden Maschinen sind über 1,5 Mal schneller als herkömmliche Verarbeitungsgeräte.
(3) Gut
Die Laserbearbeitung ist in hohem Maße störungsresistent und wird nicht leicht durch Umwelteinflüsse beeinträchtigt. Das Ergebnis sind Teile von außergewöhnlicher Qualität und Genauigkeit, die auf dem gleichen Niveau (Mikrometerbereich) liegen können wie bei der herkömmlichen Endbearbeitung mit Werkzeugmaschinen.
(4) Speichern
Die Laserbearbeitung ist für ihre Materialeffizienz bekannt, da sie weniger materialintensiv ist als andere Bearbeitungstechnologien. Unvollständige Statistiken deuten darauf hin, dass durch die Laserbearbeitung zwischen 10% und 30% an Material eingespart werden können.
Außerdem ist die Laserbearbeitung ein berührungsloses Verfahren, das weniger Verbrauchsmaterial für die Geräte erfordert. Dies senkt die Produktionskosten erheblich.
(5) Weit
Die Laserbearbeitung ist eine vielseitige Technologie, die auf eine breite Palette von Materialien angewendet werden kann, nicht nur auf metallische, sondern auch auf nichtmetallische Werkstoffe.
Darüber hinaus kann die Laserbearbeitung eine Vielzahl von Formen verarbeiten, darunter gerade Linien, Kurven und geformte Muster, was sie zu einer wirklich barrierefreien Technologie macht.
In den letzten Jahren hat sich die Laserbearbeitung aufgrund von Durchbrüchen in der Technologie und den Geräten für die Laserbearbeitung in verschiedenen Prozessen bei der Herstellung von Baumaschinenprodukten durchgesetzt.
Im Folgenden wird ein Überblick über die derzeit gängige Technologie für Baumaschinenanwendungen gegeben:
Laserschneiden ist ein Schneidverfahren, bei dem ein von einem Laseroszillator erzeugter Laserstrahl verwendet wird. Der Strahl wird durch einen Brennspiegel fokussiert, um eine hohe Energiedichte zu erzeugen, die dann auf das Material gerichtet wird und es zum Schmelzen und Verdampfen bringt.
Im Vergleich zu anderen thermischen Schneidverfahren wie Brennschneiden und Plasmaschneiden kann das Laserschneiden aufgrund der hohen Energieabgabe pro Flächeneinheit eine höhere Präzision bei kleineren Schlitzen erreichen.
Das Schneidzentrum eines Unternehmens, das den Bedarf von Baumaschinenherstellern wie Carter, Komatsu und John Deere sowie von lokalen Zulieferbetrieben deckt, verfügt über mehr als 100 Geräte in sechs Kategorien: Feinplasmaschneiden, Faserlaserschneiden, Schneiden von flachen Fasen, Schneiden von Rohrkreuzungen, integrierte Bohr- und Schneidmaschinen und Schneiden von Profilstahl.
Diese Ausrüstung umfasst drei zweidimensionale Laserschneidmaschinen (siehe Abbildung 1) und zwei dreidimensionale Laserschneidmaschinen (siehe Abbildung 2). Das Laserschneiden wird für eine breite Palette von Baumaschinenteilen und -komponenten verwendet, darunter Motorhauben, Kraftstofftanks, Kabinen und vieles mehr. Die zu schneidenden Materialien reichen von allgemeinem Q235A bis zu hochfesten Blechen und Profilen mit 1000 MPa und einer Dicke von 1 bis 25 mm. Das Zentrum hat eine jährliche Stanzkapazität von 20.000 Tonnen.
Abbildung 1 Zweidimensionale Laserschneidmaschine
Abbildung 2 3D-Laserschneidmaschine
Derzeit gibt es zwei Hauptrichtungen Arten des Laserschneidens Maschinen für die Blechbearbeitung im Maschinenbau: CO2 Laserschneidmaschinen und Faserlaserschneidmaschinen.
Die CO2 Laserschneidmaschine ist ein älteres Produkt und seine Technologie ist nicht so fortschrittlich wie die des Faserlasers. Die Wellenlänge des CO2-Lasers beträgt etwa 1/10 derjenigen des Faserlasers, und die Ausbreitung erfolgt im Allgemeinen in einem isolierten optischen Pfad, um ihn vor der Außenluft zu schützen.
Andererseits breitet sich der Faserlaser in der Faser aus, was eine bessere Durchlässigkeit des Strahls und eine höhere Energie zur Folge hat, was zu einem geringeren thermischen Einfluss und schmaleren Schnittlinien führt. Dies ist vorteilhaft für die Verbesserung der Schneideffizienz, die Materialausnutzung und die Verringerung der thermischen Verformung während des Blechschneidens.
Neben dem konventionellen Laserschneiden und Stanzen bietet die Laserschneidtechnologie Vorteile beim Schneiden von kreisförmigen Löchern, bei der Reservierung von Prozesslücken und bei der Herstellung von Prozessmodellen. Sie kann zum "Schneiden anstelle von Bohren"Das spart Zeit beim Bohren, verbessert die Produktionseffizienz und reduziert die Kosten für Bohrschablonen.
Die meisten traditionellen Schweißtechniken, die in Baumaschinen verwendet werden, beinhalten SchutzgasschweißenUnterpulverschweißen oder Argonlichtbogenschweißen. Diese Verfahren führen jedoch häufig zu Qualitätsmängeln wie übermäßigen Spritzern und Verformungen. Außerdem können das Licht des Schweißbogens und der Staub eine Gefahr für die körperliche und geistige Gesundheit des Bedieners darstellen.
Im Zuge des technologischen Fortschritts haben die Hersteller von Industrieprodukten daran gearbeitet, die SchweißqualitätEffizienz und die Verringerung der manuellen Arbeit bei Schweißverfahren für Baumaschinen. Sie haben nach und nach Konzepte aus der Automobilindustrie eingeführt, wie z. B. das Schweißen von Rohkarosserien mit Robotern, Montagelinien und die flexible Fertigung.
In der Vergangenheit, Laserschweißen Technologie wurde aufgrund der unzureichenden Leistung und der begrenzten Möglichkeiten für mitteldicke oder ultradicke Bleche in der Regel nicht für Maschinenbauprodukte verwendet. In den letzten Jahren haben jedoch renommierte Universitäten wie die Shanghai Jiao Tong University und das Harbin Institute of Technology umfangreiche Forschungen und Experimente zur Laserschweißtechnik für mitteldicke Bleche durchgeführt. Dies hat unter anderem zur Entwicklung des Hochleistungslaser-Tiefschmelzschweißens, des Lichtbogen-Verbundschweißens, des mehrlagigen Kehlnahtschweißens mit ultraschmalem Spalt und des Vakuum-Unterdruck-Laserschweißens geführt.
Der Laser-Lichtbogen-Hybrid Schweißtechnik wurde erfolgreich für den Ausleger von Baumaschinenkränen eingesetzt. Es kombiniert zwei Wärmequellen mit völlig unterschiedlichen Energieübertragungsmechanismen und physikalischen Eigenschaften, die auf eine einheitliche Schweißposition einwirken. Dies führt zu einer erhöhten Schweißtiefe, einer verbesserten Spaltüberbrückung und einer verbesserten Schweißeffizienz, wodurch ein 1 +1>2-Effekt entsteht.
Das Material des Auslegers eines Autokrans besteht beispielsweise aus hochfestem Stahl mit einer Streckgrenze von 960 MPa, das Laser-Zwillingsdraht-MAG-Verbundschweißen (siehe Abbildung 3). Im Vergleich zu herkömmlichen Schweißverfahren ist dieses Verfahren sehr anpassungsfähig und kann für das Schweißen mit hoher Reflexion, für schwierige Schweißarbeiten und für das Schweißen unterschiedlicher Materialien eingesetzt werden. Es verbessert auch die Stabilität des Schweißprozesses und die Schweißnahtbildung und eliminiert Schweißfehler um die Qualität der Schweißnaht zu verbessern und eine Inspektionsquote von 100% zu erreichen. Außerdem wird die Effizienz um 300% erhöht.
Das Hybridschweißen ist auch effizienter als das Schweißen mit einer einzigen Wärmequelle, da es die Einbrandtiefe um 50% erhöhen kann und die Schweißgeschwindigkeitund gewährleisten einen geringeren Wärmeeintrag. Darüber hinaus hat es eine höhere Fülleffizienz und spart mehr als 30% an Drahtverbrauch pro Einheit.
Abb. 3 Beispiel eines Laser-Verbund-MAG Schweißanwendung
In den letzten Jahren hat sich das Geschäft mit der Wiederaufbereitung von Baumaschinen rasant entwickelt. Einerseits setzt sich das Land stark für eine umweltfreundliche Produktion ein, zu der Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung gehören.
Andererseits ist die Leistung von wiederaufbereiteten Produkten im Wesentlichen mit der von neuen Produkten vergleichbar, allerdings zu etwa zwei Dritteln des Preises von neuen Produkten. Die Nutzer erkennen dies allmählich, und auch die Unternehmen sind dazu bereit, weil nur 40% bis 60% der Herstellungskosten anfallen.
Bei der Wiederaufbereitung von Teilen werden vor allem verschlissene Teile und Dichtungen ausgetauscht sowie Verschleißteile in Mechanismen repariert. Die wichtigste Technologie in diesem Prozess ist das hocheffiziente Laserschweißen, auch bekannt als Laserstrahl-Auftragschweißen.
Das Hauptprinzip besteht darin, mit einem Hochleistungslaserstrahl hoher Dichte eine Mikroschmelzschicht auf der Oberfläche des Substrats zu bilden und eine bestimmte Zusammensetzung von direkt schmelzendem Legierungspulver entweder gleichzeitig oder voreingestellt hinzuzufügen, um den Zweck der gleichmäßigen Reparatur verschlissener Teile zu erreichen.
Dieses Verfahren gehört ebenfalls zu den Fertigungstechnologien zur Materialvergrößerung und bietet qualitativ hochwertige und praktikable Fertigungslösungen für eine differenzierte Anpassung von Produkten.
Das Laserstrahl-Auftragschweißen bietet eine hohe Flexibilität, einen frei wählbaren Oberflächenbereich, frei wählbare Materialien und sogar eine frei wählbare Leistung. Wenn z. B. das Federhaus einer Hochleistungs-Planierraupe während des Einsatzes verschlissen ist, kann der verschlissene Bereich durch additives Laserstrahl-Auftragschweißen wiederhergestellt werden (siehe Abbildung 4).
Getestet aus mehreren Dimensionen der Verschleißfestigkeit, die Oberflächenhärte ist qualifiziert, die Schichthärte Gradient in der Mantelschicht ist angemessen, und die metallographische Struktur ist gut. Dies kann die Lebensdauer des Federhauses der Hochleistungs-Planierraupe 300% erhöhen.
Das Laserstrahl-Auftragschweißen wird jetzt nicht nur für die Wiederaufarbeitung eingesetzt, sondern ersetzt auch das ursprüngliche Verchromen und die Wärmebehandlung vor der Induktion bei neuen Produkten. Dadurch wird die Wettbewerbsfähigkeit des Produkts in der Branche erheblich gesteigert.
Abb. 4 Laservergrößerung der Federtrommel für Hochleistungsplanierraupen
Das Qualitätsmanagementsystem ISO 9000 erfordert eine Prozessüberwachung von Teilen und Komponenten, deren Qualität rückverfolgbar sein muss. Um die Qualität und die Verwendung von Teilen und Komponenten effektiv zu verfolgen, müssen Baumaschinenhersteller die selbst hergestellten Teile und das Zubehör dauerhaft kennzeichnen.
Diese Kennzeichnung umfasst grundlegende Informationen wie Produktname, Materialnummer, Zeichnungsnummer, Hersteller, Produktionsdatum und einen zweidimensionalen Code.
Bei der herkömmlichen Markierungstechnik wird das Objekt durch die kontinuierliche mechanische Bewegung des Zylinders getroffen, wodurch eine Bewegungsspur auf der Oberfläche des Schildes hinterlassen wird. Diese Methode hat jedoch Nachteile wie starkes Rauschen, unscharfe Schrift und Verformung des Schildes.
Bei der Laserbeschriftung handelt es sich um eine berührungslose Bearbeitungsmethode, bei der der vom Laser ausgesandte Strahl das Material auf der Oberfläche des Werkstücks sofort aufschmilzt. Der Weg des Lasers auf der Oberfläche des Materials wird gesteuert, um eine grafische Markierung zu erzeugen, wie in Abbildung 5 dargestellt.
Im Vergleich zu den traditionellen Methoden hat sie folgende Vorteile:
a) Pneumatische Markierung
b) Lasermarkierung
Abb.5 Vergleichsbeispiel für Anwendungen zur Beschilderungscodierung
Wie die obigen Beispiele zeigen, wird die Laserbearbeitungstechnologie kontinuierlich in verschiedenen Prozessschritten im Maschinenbau eingesetzt. Laser-Reinigung Technologie gewinnt vor allem in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, bei Baumaschinen und in anderen Bereichen an Bedeutung.
Dieses Verfahren ist in der Lage, Farbe zu entfernen, Formen zu reinigen und Oxidationsschichten und Beschichtungen vor dem Schweißen zu beseitigen. Es arbeitet mit einer höheren Geschwindigkeit und produziert weniger Abfall, wird aber in der Baumaschinenindustrie weniger häufig eingesetzt.
Die meisten Baumaschinenunternehmen haben die oben erwähnte Laserbearbeitungstechnologie in ihre eigenen Prozessstandards integriert, um die Qualität und Effizienz ihrer Produkte zu verbessern.
Mit der zunehmenden Lokalisierung der Laserbearbeitungstechnologie erwägen auch kleine und mittlere Unternehmen die Anschaffung von Laseranlagen, um die Arbeitskosten zu senken und die Produktqualität zu verbessern.
Im Vergleich zu den ausgereiften standardisierten Anwendungen im Ausland haben die heimischen Verarbeiter jedoch noch einen weiten Weg vor sich.
Die Laserbearbeitungstechnik ist ein komplexes System, das verschiedene Bereiche wie Mechanik, Elektrik, numerische Steuerung, Optik und Hydraulik vereint.
Die technischen Anforderungen an Unternehmen, die in diesen Bereich einsteigen wollen, sind relativ hoch, weshalb entwickelte Länder wie das Vereinigte Königreich, Deutschland und die Vereinigten Staaten bei der Entwicklung der Laserbearbeitungsindustrie führend waren.
Obwohl China erst relativ spät in diesen Bereich eingestiegen ist, haben die Chinesen mit der kontinuierlichen Umsetzung der nationalen Strategie "Made in China 2025" die Hersteller von Lasergeräten und wissenschaftliche Forschungseinrichtungen haben hart gearbeitet, und aufstrebende Unternehmen wie Han's Laser haben den technologischen Rückstand gegenüber ausländischen Lasergeräten aufgeholt.
Darüber hinaus ist die Entwicklung der Laserbearbeitungstechnologie ein langwieriger und schwieriger Prozess, der die Anstrengungen aller Bereiche der Gesellschaft erfordert.
Ich glaube, dass sich die Zukunft der Laserbearbeitungstechnologie auf die folgenden Entwicklungsbereiche konzentrieren wird.
Als grundlegende Komponente der Laserbearbeitungstechnik bestimmt die Größe des Lasers die Größe der gesamten Maschine.
In der Anfangsphase der Entwicklung waren die Laser relativ groß und benötigten aufgrund der Grenzen der Mikroelektronik und der optischen Technologie viel Platz.
Mit dem kontinuierlichen Fortschritt und der Entwicklung neuer Lasertechnologien, wie z. B. der Glasfasertechnologie und der UV-Technologie, wurden jedoch kleinere Laser mit hoher Umwandlungseffizienz, guter Arbeitsstabilität und guter Strahlqualität entwickelt. Diese Fortschritte bilden eine solide Grundlage für die Miniaturisierung von Lasergeräten.
Um der Marktnachfrage gerecht zu werden, konzentrieren sich die Hersteller von Laseranlagen nicht mehr nur auf einzelne Laserbearbeitungsfunktionen. Stattdessen entwickeln sie integrierte Geräte, die mehrere Funktionen ausführen können, wie Schneiden, Schweißen, Wärmebehandlung und Spritzen. Diese multifunktionalen Geräte maximieren den Wert für die Kunden.
Mit dem Aufkommen der Internettechnologie hat sich die Geräteintelligenz zu einem weiteren wichtigen Trend in der Laserbearbeitungstechnologie entwickelt.
In einer intelligenten Fabrik werden verschiedene Produktionspläne und Materialverarbeitungsdaten in die Unternehmens-Cloud hochgeladen. Die Ingenieure können den Betriebsstatus der Anlagen von einem Büro aus über ein Remote-Terminal fernsteuern. Dieser Ansatz ermöglicht die Digitalisierung, Automatisierung und Informatisierung des Produktherstellungsprozesses.
Mit der Umsetzung des Plans "Made in China 2025" ist die Laserbearbeitungstechnologie aufgrund ihrer unübertroffenen Vorteile zu einem entscheidenden Instrument zur Förderung der Transformation und Modernisierung der Baumaschinenindustrie geworden.
Nach der weit verbreiteten Einführung von Informationstechnologien wie Internet+ und 5G verlagern sich auch die Laserbearbeitung und -fertigung in Richtung intelligente Fertigung.
Da die Regierung die Unternehmen zur technologischen Innovation ermutigt, werden die inländischen Laserhersteller wird weiterhin verstärkt in Forschung und Entwicklung investieren, um dem Markt Lasergeräte mit höherer Kostenleistung anbieten zu können.
Diese Initiative wird die Innovation in neu entstehenden Bereichen und traditionellen Fertigungsverfahren vorantreiben und gleichzeitig technische Unterstützung für eine breitere Anwendung der Laserbearbeitungstechnologie in der Baumaschinenindustrie in der Zukunft bieten.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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