I. Préface Secteur essentiel de l'industrie de la fabrication de machines, les machines d'ingénierie se distinguent par la multiplicité de leurs catégories, la complexité de leurs fonctions et leur grande résistance structurelle. Bien qu'elles aient rarement servi de terrain d'essai pour diverses nouvelles technologies de fabrication, l'esprit d'innovation du personnel scientifique et technologique et son courage pour surmonter les difficultés ont assuré la propagation [...]
Secteur essentiel de l'industrie de la fabrication de machines, les machines d'ingénierie se distinguent par leurs catégories multiples, leurs fonctions complexes et leur grande résistance structurelle.
Bien qu'elle ait rarement servi de terrain d'essai pour diverses nouvelles technologies de fabrication, l'esprit d'innovation du personnel scientifique et technologique et son courage pour surmonter les difficultés ont permis la diffusion éventuelle de nouvelles technologies dans le domaine de la fabrication de machines d'ingénierie. Il s'agit notamment des robots de soudage, de l'automatisation et de la logistique intelligente.
Naturellement, l'industrie privilégie également la technologie du traitement au laser, qui est une technologie de traitement des objets verte, respectueuse de l'environnement, efficace et sans contact.
Le traitement au laser a vu le jour en Allemagne dans les années 1960 et utilise principalement des particules à haute énergie produites par des lasers pour faire fondre et vaporiser la surface de la pièce à usiner. Ce principe est utilisé pour diverses technologies de traitement dérivées.
Les faisceaux laser offrent une grande stabilité et une protection contre les interférences, et imposent moins de restrictions à la pièce (telles que la forme, la taille et l'environnement), ce qui permet un traitement précis et de haute qualité de la plupart des pièces métalliques et non métalliques.matériaux métalliques.
La technologie du traitement laser est connue pour sa haute précision et sa spécialisation. Ses caractéristiques et avantages peuvent être résumés comme suit : "élevé, rapide, bon, économique et polyvalent" :
(1) Élevée
Le traitement laser offre une grande précision, une efficacité de traitement, une utilisation des matériaux et une rentabilité.
Par exemple, une machine de découpe au laser d'un prix de $50 000 peut aider une entreprise à récupérer le coût de l'équipement et à générer des bénéfices dans un délai d'un an et demi de traitement normal.
(2) Rapide
Le traitement laser se caractérise par une vitesse de traitement rapide, car le support énergétique du laser est la source lumineuse. Il peut atteindre une vitesse de 100 m/min.
Actuellement, les systèmes 3G découpe au laser sont plus de 1,5 fois plus rapides que les équipements de traitement courants.
(3) Bon
Le traitement laser est très résistant aux interférences et n'est pas facilement affecté par les facteurs environnementaux. Il en résulte des pièces d'une qualité et d'une précision exceptionnelles, qui peuvent atteindre le même niveau (niveau du micron) que celles produites par l'usinage de finition d'une machine-outil ordinaire.
(4) Sauvegarder
Le traitement laser est connu pour son efficacité matérielle, car il est moins gourmand en matériaux que d'autres technologies de traitement. Des statistiques incomplètes suggèrent que le traitement au laser permet d'économiser entre 10% et 30% de matériaux.
En outre, le traitement au laser est un processus sans contact, qui nécessite moins de consommables pour l'équipement. Cela permet de réduire considérablement les coûts de production.
(5) Large
Le traitement laser est une technologie polyvalente qui peut être appliquée à un large éventail de matériaux, non seulement métalliques mais aussi non métalliques.
En outre, le traitement laser peut traiter une large gamme de formes, y compris des lignes droites, des courbes et des motifs façonnés, ce qui en fait une technologie véritablement sans barrières.
Ces dernières années, grâce aux progrès de la technologie et de l'équipement de traitement au laser, celui-ci est devenu plus courant dans divers processus de fabrication de produits de machines de construction.
Voici un aperçu des principales technologies actuellement utilisées pour les applications des machines de construction :
La découpe laser est une méthode de découpe qui utilise un faisceau laser produit par un oscillateur laser. Le faisceau est focalisé à travers un miroir focal pour générer une énergie de haute densité, qui est ensuite dirigée sur le matériau, le faisant fondre et s'évaporer.
Par rapport à d'autres méthodes de découpe thermique telles que la flamme et le plasma, la découpe au laser permet d'obtenir une plus grande précision avec des fentes plus petites grâce à sa grande quantité d'énergie par unité de surface.
Le centre de découpage d'une entreprise, qui répond aux besoins des fabricants de machines de construction tels que Carter, Komatsu et John Deere, ainsi qu'à ceux des entreprises locales, compte plus de 100 équipements répartis en six catégories : découpage au plasma fin, découpage au laser à fibre, découpage en biseau plat, découpage de lignes d'intersection de tuyaux, machines de forage et de découpage intégrées, et découpage de profilés en acier.
Cet équipement comprend trois machines de découpe laser bidimensionnelles (voir figure 1) et deux machines de découpe laser tridimensionnelles (voir figure 2). Le découpage au laser est utilisé pour une large gamme de pièces et de composants d'engins de construction, notamment les capots, les réservoirs de carburant, les cabines, etc. Les matériaux découpés vont du Q235A général aux plaques et profils à haute résistance 1000MPa, avec une épaisseur de 1 à 25 mm. Le centre a une capacité annuelle de découpage de 20 000 tonnes.
Figure 1 Machine de découpe laser bidimensionnelle
Figure 2 Machine de découpe laser 3D
Actuellement, il existe deux principaux les types de découpe au laser machines utilisées dans l'industrie des machines d'ingénierie et de traitement des feuilles : LES ÉMISSIONS DE CO2 machines de découpe laser et machines de découpe laser à fibre.
Les émissions de CO2 La machine de découpe laser est un produit ancien et sa technologie n'est pas aussi avancée que celle du laser à fibre. La longueur d'onde du laser CO2 est d'environ 1/10 de celle du laser à fibre, et la propagation s'effectue généralement dans un chemin optique isolé pour le protéger de l'air extérieur.
D'autre part, le laser à fibre se propage dans la fibre, ce qui permet un meilleur passage du faisceau et une énergie plus élevée, d'où une influence thermique plus faible et des lignes de coupe plus étroites. Cela permet d'améliorer l'efficacité du découpage, l'utilisation des matériaux et de réduire la déformation thermique pendant le découpage des plaques.
Outre la découpe laser conventionnelle et le découpage, la technologie de découpe laser offre des avantages dans la découpe de trous circulaires, les écarts de processus réservés et la production de modèles de processus. Elle peut être appliquée à la "découpe au lieu de forage"Le système d'extraction de l'eau de pluie permet d'extraire l'eau de pluie de l'équipement de traitement, de gagner du temps pendant le processus de forage, d'améliorer l'efficacité de la production et de réduire le coût des gabarits de forage.
La plupart des techniques de soudage traditionnelles utilisées dans les machines de construction impliquent soudage sous protection gazeuseLe soudage à l'arc submergé ou le soudage à l'arc sous argon. Cependant, ces méthodes entraînent souvent des défauts de qualité tels que des projections et des distorsions excessives. En outre, la lumière et la poussière de l'arc de soudage peuvent constituer un risque pour la santé physique et mentale de l'opérateur.
Avec les progrès technologiques, les fabricants de produits industriels se sont efforcés d'améliorer la qualité de leurs produits. qualité du soudageLes entreprises de l'industrie du bâtiment et des travaux publics (ETRP) ont mis en place des systèmes de soudage robotisés qui améliorent l'efficacité et réduisent le travail manuel dans les processus de soudage des machines de construction. Ils ont progressivement introduit des concepts issus de l'industrie automobile, tels que le soudage robotisé "body-in-white", les lignes d'assemblage et la fabrication flexible.
Dans le passé, soudage au laser n'était pas couramment utilisée dans les machines d'ingénierie en raison d'une puissance insuffisante et de capacités limitées pour les plaques d'épaisseur moyenne ou ultra-épaisses. Toutefois, ces dernières années, des universités renommées telles que l'université Jiao Tong de Shanghai et l'institut de technologie de Harbin ont mené des recherches et des expériences approfondies sur la technologie de soudage au laser de plaques d'épaisseur moyenne. Cela a conduit au développement du soudage par fusion profonde au laser à haute puissance, du soudage composite à l'arc, du soudage d'angle multicouche à écart ultrafin et du soudage laser sous vide et pression négative, parmi d'autres méthodes de soudage.
L'arc laser hybride technologie du soudage a été appliqué avec succès à la flèche des grues d'engins de construction. Il combine deux sources de chaleur avec des mécanismes de transmission d'énergie et des caractéristiques physiques complètement différents pour agir sur une position de soudage unifiée. Il en résulte une plus grande profondeur de soudage, une meilleure capacité à combler les écarts et une meilleure efficacité de soudage, créant ainsi un effet 1 +1>2.
Par exemple, le matériau du bras d'une grue de camion est de l'acier à haute résistance avec un limite d'élasticité de 960MPa, ce qui correspond au soudage composite laser-fil double MAG (voir figure 3). Par rapport aux méthodes de soudage traditionnelles, cette approche présente une forte adaptabilité au soudage et peut être utilisée pour le soudage à haute réflexion, le soudage difficile et le soudage de matériaux dissemblables. Elle améliore également la stabilité du processus de soudage et la formation de la soudure, tout en éliminant les risques d'endommagement. défauts de soudure pour améliorer la qualité du cordon de soudure et atteindre un taux de réussite de 100%. De plus, l'efficacité est augmentée de 300%.
Le soudage hybride est également plus efficace que le soudage à source de chaleur unique, car il permet d'augmenter la profondeur de pénétration de 50%, d'augmenter la durée de vie de la pièce et d'augmenter la durée de vie de la pièce. vitesse de soudageet garantit un apport de chaleur plus faible. En outre, il offre une plus grande efficacité de remplissage et permet d'économiser plus de 30% de consommation de fil unitaire.
Fig. 3 Exemple de laser-composite MAG application de soudage
Ces dernières années, le secteur de la remise à neuf des machines de construction s'est développé rapidement. D'une part, le pays préconise fortement la fabrication écologique, qui comprend l'économie d'énergie et la réduction de la consommation.
D'autre part, les performances des produits remanufacturés sont essentiellement comparables à celles des produits neufs, mais à un prix inférieur de deux tiers à celui des produits neufs. Les utilisateurs le reconnaissent progressivement et les entreprises sont également disposées à le faire, car seuls 40% à 60% des coûts de fabrication sont impliqués.
La refabrication de pièces consiste principalement à remplacer les pièces usées, les joints et à réparer l'usure des mécanismes. La technologie la plus importante utilisée dans ce processus est le soudage au laser à haute efficacité, également connu sous le nom de "soudage au laser". revêtement au laser.
Le principe de base consiste à utiliser un faisceau laser de haute puissance et de haute densité pour former une couche de microfusion à la surface du substrat et à ajouter une composition spécifique de poudre d'alliage à fusion directe, soit simultanément, soit de manière prédéfinie, afin d'atteindre l'objectif d'une réparation uniforme des pièces usées.
Ce processus appartient également à une sorte de technologie de fabrication par augmentation des matériaux, offrant des solutions de fabrication de haute qualité et réalisables pour une personnalisation différenciée des produits.
Le rechargement laser offre une grande flexibilité, une zone de revêtement optionnelle, des matériaux optionnels et même des performances optionnelles. Par exemple, lorsque le barillet du ressort de la chenille d'un bulldozer de grande puissance est usé en cours d'utilisation, la remise à neuf peut adopter le traitement additif par rechargement laser pour la zone usée (voir la figure 4).
Testé sur plusieurs dimensions de la résistance à l'usure, la dureté de surface est qualifiée, le gradient de dureté de la couche de revêtement est raisonnable et la structure métallographique est bonne. Cela peut augmenter la durée de vie du baril de ressort du bulldozer de grande puissance de 300%.
Aujourd'hui, le revêtement laser n'est pas seulement utilisé pour le reconditionnement, mais il remplace également le chromage d'origine et le processus de traitement thermique de pré-induction sur les nouveaux produits. Cela améliore considérablement la compétitivité du produit dans l'industrie.
Fig. 4 Augmentation au laser du baril de ressort pour les bouteurs de grande puissance
Le système de gestion de la qualité ISO 9000 exige un contrôle des processus des pièces et des composants, dont la qualité doit être traçable. Pour assurer une traçabilité efficace de la qualité et de l'utilisation des pièces et des composants, les fabricants d'engins de chantier ont besoin d'une identification permanente des pièces et des accessoires qu'ils fabriquent eux-mêmes.
Cette identification comprend des informations de base telles que le nom du produit, le numéro de l'article, le numéro du dessin, le fabricant, la date de production et le code bidimensionnel.
La technologie de marquage traditionnelle utilise le mouvement mécanique continu du cylindre pour frapper l'objet, laissant une trace de mouvement sur la surface du panneau. Toutefois, cette méthode présente des inconvénients tels qu'un bruit important, une écriture floue et une déformation du panneau.
La technologie du marquage laser est une méthode de traitement sans contact qui utilise le faisceau émis par le laser pour faire fondre instantanément le matériau à la surface de la pièce. La trajectoire du laser sur la surface du matériau est contrôlée pour former une méthode de marquage graphique, comme le montre la figure 5.
Par rapport aux méthodes traditionnelles, elle présente les avantages suivants :
a) Marquage pneumatique
b) Marquage au laser
Fig.5 Exemple de comparaison des applications de codage de la signalisation
Comme le montrent les exemples ci-dessus, la technologie du traitement au laser a été continuellement utilisée dans diverses étapes du processus dans l'industrie de la fabrication de machines d'ingénierie. Nettoyage au laser est particulièrement prisée dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, des machines de construction et d'autres domaines.
Ce procédé permet d'enlever la peinture, de nettoyer les moules et d'éliminer les couches d'oxydation et les revêtements avant le soudage. Il fonctionne à une vitesse plus rapide et produit moins de déchets, mais il est moins utilisé dans l'industrie actuelle des machines de construction.
La plupart des entreprises de machines de construction ont intégré la technologie de traitement laser susmentionnée dans leurs propres normes de processus d'entreprise afin d'améliorer la qualité et l'efficacité de leurs produits.
La technologie de traitement laser étant de plus en plus localisée, les petites et moyennes entreprises envisagent également d'acheter des équipements laser pour réduire les coûts de main-d'œuvre et améliorer la qualité des produits.
Cependant, par rapport aux applications normalisées matures à l'étranger, les transformateurs nationaux ont encore un long chemin à parcourir.
La technologie de traitement laser est un système complexe qui combine différents domaines, tels que la mécanique, l'électricité, la commande numérique, l'optique et l'hydraulique.
Les exigences techniques auxquelles doivent satisfaire les entreprises pour entrer dans ce domaine sont relativement élevées, ce qui explique pourquoi les pays développés tels que le Royaume-Uni, l'Allemagne et les États-Unis ont pris la tête du développement de l'industrie du traitement au laser.
Bien que la Chine soit entrée dans ce domaine relativement tard, avec la mise en œuvre continue de la stratégie nationale "Made in China 2025", les Chinois sont devenus de plus en plus conscients de l'importance de leur rôle dans le développement économique et social de leur pays. fabricants d'équipements laser et les instituts de recherche scientifique ont travaillé d'arrache-pied, et les nouvelles vedettes telles que Han's Laser ont réduit l'écart technologique avec les équipements laser étrangers.
En outre, le développement de la technologie de traitement laser est un processus long et difficile qui nécessite les efforts de tous les aspects de la société.
Je pense que l'avenir de la technologie de traitement laser se concentrera sur les domaines de développement suivants.
En tant qu'élément fondamental de la technologie de traitement laser, la taille du laser détermine la taille de l'ensemble de la machine.
Au début de leur développement, les lasers étaient de taille relativement importante et nécessitaient un espace considérable en raison des limites de la microélectronique et de la technologie optique.
Toutefois, les progrès et le développement continus des nouvelles technologies laser, telles que la technologie des fibres optiques et la technologie UV, ont permis de mettre au point des lasers plus petits présentant une efficacité de conversion élevée, une bonne stabilité de fonctionnement et une bonne qualité de faisceau. Ces progrès constituent une base solide pour la miniaturisation des équipements laser.
Pour répondre aux demandes du marché, les fabricants d'équipements laser ne se concentrent plus uniquement sur des fonctions de traitement laser uniques. Ils développent au contraire des équipements intégrés capables de réaliser des fonctions multiples, telles que la découpe, le soudage, le traitement thermique et la pulvérisation. Cet équipement multifonctionnel maximise la valeur pour les clients.
Avec l'émergence de la technologie Internet, l'intelligence des équipements est devenue une autre tendance majeure dans la technologie du traitement laser.
Dans une usine intelligente, divers plans de production et données de traitement des matériaux seront téléchargés sur le nuage de l'entreprise. Les ingénieurs pourront contrôler à distance l'état de fonctionnement des équipements depuis un bureau à l'aide d'un terminal distant. Cette approche permet la numérisation, l'automatisation et l'informatisation du processus de fabrication des produits.
Avec la mise en œuvre du plan "Made in China 2025", la technologie de traitement laser est devenue un outil crucial pour promouvoir la transformation et la modernisation de l'industrie des machines de construction en raison de ses avantages inégalés.
Après l'adoption généralisée des technologies de l'information telles que l'Internet+ et la 5G, le traitement et la fabrication par laser évoluent également vers la fabrication intelligente.
Étant donné que le gouvernement encourage les entreprises à poursuivre l'innovation technologique, l'économie nationale s'est développée. fabricants de lasers continuera à augmenter ses investissements en R&D afin de fournir au marché des équipements laser plus performants en termes de coûts.
Cet effort alimentera l'innovation dans les domaines émergents et les processus de fabrication traditionnels, tout en fournissant un soutien technique pour une application plus large de la technologie de traitement au laser dans l'industrie de la fabrication d'engins de construction à l'avenir.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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