激光快速成形金屬零件的殘余

激光快速成形技術(shù)是近幾年國際上廣泛關(guān)注的一種先進的實體自由成形技術(shù)，能夠直接成形高性能的致密金屬零件，具有無模具、短周期、低成本、市場響應(yīng)快等特點。本文簡要分析了激光快速成形件殘余應(yīng)力的形成機理及分布規(guī)律，概述了殘余應(yīng)力對成形件力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)尺寸、實際使用等方面的影響，探討了實驗測定殘余應(yīng)力的方法及調(diào)整和消除殘余應(yīng)力的有效手段等。  

   激光快速成形技術(shù)是一種基于激光熔覆的迭層制造技術(shù)，它將快速原型技術(shù)（RP）自由成形的優(yōu)點與激光熔覆技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)、致密金屬零件的直接成形，具有高柔性、短周期、低成本、市場響應(yīng)快等特點，是一種將材料技術(shù)與制造技術(shù)有機融為一體的“新材料設(shè)計、新材料制備與近凈成形高性能復(fù)雜零件快速成形一體化”新技術(shù)。激光快速成形以高能激光束作為移動熱源，一方面，激光快速加熱冷卻為材料加工提供了常規(guī)手段無法實現(xiàn)的極端非平衡條件，使成形件具有細小、致密的組織和優(yōu)異的綜合性能；但另一方面，局部熱輸入造成的不均勻溫度場必然引起局部熱效應(yīng)，表現(xiàn)在熔池在凝固及隨后冷卻過程不一致，從而在成形件中形成殘余應(yīng)力和變形。殘余應(yīng)力作為一種內(nèi)應(yīng)力，不僅對成形件的靜載強度、疲勞強度和抗應(yīng)力腐蝕性能等有不利影響 ，而且也影響結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性和成形精度，嚴重時會直接引發(fā)裂紋缺陷。成形件一旦出現(xiàn)裂紋，成形過程將被迫終止，同時已成形的金屬零件只能報廢處理，這將大大增加制造成本。因此，要充分發(fā)揮激光快速成形技術(shù)的優(yōu)越性，提高成形零件綜合質(zhì)量，研究激光快速成形過程殘余應(yīng)力的形成機理和分布特性具有重要的現(xiàn)實意義。關(guān)于激光快速成形過程中殘余應(yīng)力的研究國外已開始有報道，而目前國內(nèi)尚未見有這方面的研究報道。本文初步分析了激光快速成形過程的殘余應(yīng)力問題，為精q描述和控制激光快速成形過程中殘余應(yīng)力分布提供基礎(chǔ)。

殘余應(yīng)力的形成機理與分布特性

   激光快速成形屬于材料熱加工過程，它以高能激光束作為移動熱源，局部熱輸入產(chǎn)生的局部熱效應(yīng)將導(dǎo)致一定殘余應(yīng)力和變形。這主要是是激光束與材料相互作用形成的熔池經(jīng)歷快速加熱、熔化和快速冷卻、凝固變化，必然產(chǎn)生不均勻熱應(yīng)力和相變應(yīng)力，結(jié)果引起不均勻塑性變形而形成殘余應(yīng)力。具體是激光快速成形過程能量非常集中，熔池及其附近部位以遠高于周圍區(qū)域的速度被急劇加熱，并局部熔化。這部分材料因受熱而膨脹，而熱膨脹受到周圍較冷區(qū)域的約束，產(chǎn)生(彈性)熱應(yīng)力。同時，由于受熱區(qū)域溫度升高后屈服極限下降，部分區(qū)域的熱應(yīng)力值會超過其屈服極限，因此，熔池部分會形成塑性的熱壓縮，冷卻后就比周圍區(qū)域相對縮短、變窄或減小，同時由于熔覆層凝固冷卻時受到基材冷卻收縮的約束，從而在熔覆層中形成殘余應(yīng)力。因此，激光快速成形過程產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因主要歸結(jié)于以下兩方面:  

   1.由于局部熱輸入造成溫度分布不均勻，使得熔池及周圍材料產(chǎn)生熱應(yīng)力，在冷卻和凝固時相互制約而引起局部熱塑性變形，進而產(chǎn)生熱殘余應(yīng)力;

   2.由于熔凝區(qū)存在溫度梯度且冷卻速率不一致，熔池材料在凝固時因相變體積變化不均及相變的不等時性產(chǎn)生的相變應(yīng)力，進而引起不均勻塑性變形而形成相變殘余應(yīng)力（組織應(yīng)力）。成形件最終的殘余應(yīng)力往往是上述兩種原因的綜合結(jié)果。激光快速成形過程是一個非常復(fù)雜的物理冶金過程，殘余應(yīng)力的形成受諸多因素的影響同樣非常復(fù)雜，應(yīng)力大小和分布與熔覆粉材（種類、狀態(tài)）、基體（材料、狀態(tài)）、成形路徑、成形尺寸及工藝參數(shù)的選取等密切相關(guān)，一般為三維殘余應(yīng)力。

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激光打標機在標志標識雕刻方面的應(yīng)用

眾所周知，每件產(chǎn)品在投放市場后固定在產(chǎn)品上用來向用戶展示廠家標識、品牌區(qū)分、產(chǎn)品參數(shù)等信息的提示牌。其又稱為標牌，主要用來標識生產(chǎn)廠家信息及產(chǎn)品額定工作情況下的一些基本技術(shù)數(shù)據(jù)，以供用戶正確使用而不致?lián)p壞激光設(shè)備。銘牌的制作材料有金屬類和非金屬類，金屬類有鋅合金、銅、鐵、鋁、不銹鋼等，其中以鋁制材料在實際應(yīng)用中較多，這是因為鋁制材料加工出來的標牌效果相對要美觀，而且材料耐磨損，不易生銹。

作為產(chǎn)品唯y有x的“身份編碼”其重要性不言而喻，例如產(chǎn)品型號、規(guī)格、生產(chǎn)批次、生產(chǎn)日期等信息的標記，尤其在大規(guī)模生產(chǎn)中也需要對成千上萬的不同金屬銘牌進行編號區(qū)分。如何能夠高效的完成這一切？不得不說對于激光打標機而言這一切都將不再是難題。傳統(tǒng)標記方式打出的標識表面較粗糙不美觀，且耗時長，而采用激光打標機就可以避免這類弊端，激光標識對比度好、表面光滑、精度高，速度快，使產(chǎn)品看上去更有檔次。

如今，激光打標機現(xiàn)已成為產(chǎn)品標識的一種常用技術(shù)，應(yīng)用范圍也越來越廣泛。那么打標速度快、效果精細、適應(yīng)性強以及免維護等獨特優(yōu)勢使激光打標機迅速成為標記賦碼的不二選擇

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生產(chǎn)日期標簽采用激光標記與傳統(tǒng)標記相比有哪些優(yōu)勢

      在購買商品時，我們會通過外包裝的生產(chǎn)日期來判斷商品是否在保期質(zhì)內(nèi)來作為識別其安全的一個方法。外包裝上生產(chǎn)日期可以采用傳統(tǒng)的方式，如氣動標記，絲網(wǎng)印刷、化學(xué)腐蝕等標記手段,由于傳統(tǒng)標記加工具有不環(huán)保，易摩擦掉等弊端，所以現(xiàn)在眾多行業(yè)正在逐步進行產(chǎn)業(yè)升級，摒棄原來的加工方式采用現(xiàn)在的先進加工手段進行加工生產(chǎn)。

      像現(xiàn)在的激光應(yīng)用手段就是其中的一種，由于激光加工有著傳統(tǒng)手段所無法替代的優(yōu)越性，在現(xiàn)在的一些精密加工以及特殊的行業(yè)往往有著與傳統(tǒng)行業(yè)加工不一樣的效果。而現(xiàn)在的激光標記，在標記的過程中具有標記精密度高、標記速度快、字跡有質(zhì)感而且持久，沒有機械效應(yīng)，不僅維護成本低，而且使用壽命長，這些優(yōu)點都是現(xiàn)在傳統(tǒng)加工手段所無法媲美的?，F(xiàn)在的激光打標機結(jié)合了現(xiàn)在的電子、計算機、精密機械、光學(xué)、激光等技術(shù)手段，利用激光進行生產(chǎn)日期標簽的標記，更是現(xiàn)在包裝加工制造的又一次飛躍，讓現(xiàn)在的包裝加工生產(chǎn)邁向了新的臺階。激光標記的優(yōu)勢特點如下：

1、由于通過激光標記后，加工表面的物質(zhì)發(fā)生剝離，因此不容易磨損，可以保持信息的y久標記。

2、同時現(xiàn)在的激光加工還可以賦予現(xiàn)在產(chǎn)品獨y無二的生產(chǎn)日期標簽，傳統(tǒng)的加工難以達到這樣的加工效果，這樣不僅有利于產(chǎn)品的追溯，還有利于產(chǎn)品的防偽標識。

3、在加工的過程中不需要消耗耗材，也不需要擔心由于絲印和腐蝕等加工手段帶來的污染，

4、極大的提高了生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，實現(xiàn)了現(xiàn)在加工的無d無公害制造。

5、還有利用現(xiàn)在的激光標記生產(chǎn)日期標簽，由于在加工過程中，通過軟件控制信息標識，可以自定義標記的圖案文字，同時還可以利用軟件自動生成下一個標記標簽信息，保證了加工過程中的不重復(fù)，實現(xiàn)了j確靈活操作。

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