LaserWorkShop 2006 OULUN ETELÄISEN INSTITUUTTI

Transkriptio

1 LaserWorkShop 2006 OULUN Lasertyöst stö elektroniikan mekaniikan tuotannossa

2 KAM 3D-Lasersolu Trumpf Yb:Yag Disk-laser -Hitsausoptiikka -Leikkausoptiikka (-Pinnoitusoptiikka) Motoman robotti ja kaksi- akselinen käsittelylaitek

3 Yb:Yag Disk-laser Aktiivisena väliaineena v kiekon muotoinen ytterbium-kide Pumppausenergia hyödynnet dynnetään n noin 90 prosenttisesti Aallonpituus 1030 nm Parempi säteenlaatus Parempi hyötysuhde

4 Yb:Yag Disk-laser Kiteen jääj äähdytys tehokasta, kiekossa jääj äähdytettävä pinta-ala ala suuri tilavuuteen nähdenn Disk-laserissa lähtevl htevä säde ja jääj äähdytys ovat saman suuntaisia, kiekossa säteen s laatua heikentävät t muodonmuutokset pienempiä Paremman säteenlaadun s ansiosta suuremmat tuotantonopeudet

5 Absorptio eri materiaaleilla Teräksen absorptio Yb:Yag-laserin aallonpituudella huomattavasti parempi kuin CO 2 -laserilla Absorptioon vaikuttaa säteen s aallonpituuden lisäksi mm. lämpötila, pinnanlaatu ja säteen s polarisaatio

6 Absorptio Laserin tuottama säde s on yleensä satunnais- tai lineaaripolarisoitua Satunnaispolarisaatio usein riittävän n lähelll hellä ympyräpolarisaatiota polarisaatiota Nd/Yb:Yag-lasereilla säde s yleensä satunnaispolarisoitua Lineaaripolarisoitu säde s voidaan muuttaa ympyräpolarisoiduksi polarisoiduksi peileillä Lineaaripolarisoitua sädetts dettä hyödynnet dynnetään n yksisuuntaisessa työst stössä Ympyräpolarisoidulla polarisoidulla säteells teellä samanlainen työst stöjälki joka suunnassa

7 Laserleikkaus Uudet kidelaserit soveltuvat nyt myös s leikkaukseen, säteen s kuljetus valokuidussa Yb:Yag-laser soveltuu kokemuksien perusteella hyvin myös alumiiniseoksien leikkaukseen 3D-lasersolujen tasoleikkaukseen lisää tarkkuutta portaalipöydill ydillä CO 2 -laserit portaalityöasemissa asemissa tehokkaaseen ja tarkkaan teräksen tasoleikkaukseen CO 2 -lasereilla alumiiniseosten työst stöä vaikeuttaa säteen s suuri aallonpituus nm ja siitä aiheutuva huono säteen s absorptio

8 Laserleikkaus Laserleikkaus mahdollistaa osien vapaan muotoilun Osiin voidaan lisätä ilman merkittävi viä lisäkustannuksia esimerkiksi kokoonpanoa ja kiinnittimien rakennetta helpottavia muotoja Muovattujen osien rajaus ja aukotus 3D-laserleikkauksella Taivutusleikkauksella taivutukseen tarvittavaa voimaa pienemmäksi ja taivutusta tarkemmaksi

9 Laserleikkaus Metallien leikkaus tapahtuu käytk ytännössä kolmella eri menetelmäll llä tai näiden n yhdistelmänä,, jolloin kyseessä yhdistelmäprosessi Metallien tärkeimmt rkeimmät t leikkausprosessit ovat: a) Sulattava leikkaus, b) Polttoleikkaus ja c) HöyrystH yrystävä leikkaus Esimerkiksi alumiinin leikkaaminen paineilmalla on yhdistelmäprosessi, alumiini palaa osittain hapen vaikutuksesta ja sula poistuu railosta paineen avulla

10 Leikkausparametreja AISI 304 1,0 mm, 4 kw, mm/s AISI 316 1,0 mm, 4 kw, mm/s AISI 430 1,0 mm, 4 kw, mm/s AlMg3 1,5 mm, 4 kw, mm/s Leikkauslaadun arvostelu: 0 Ei leikkaantunut 1 Heikko leikkauslaatu 2 Kohtalainen leikkauslaatu 3 Hyvä leikkauslaatu Teho 4 kw, Polttopisteen halkaisija n. 0,4 mm, Leikkauskaasu typpi pi 18 bar

11 Leikkausparametreja

12 Laserhitsaus Suuret hitsausnopeudet Lisäaineettomalle laserhitsaukselle soveltuvat parhaiten erilaiset limi- ja korilaippaliitokset Päittäisliitoksessa isliitoksessa ilmarako saa olla luokkaa 0,05 x levynvahvuus, DE-fokuksessa hitsaus sallii suuremmat ilmaraot Optimoitu lämml mmöntuonti, muodonmuutokset vähäisiv isiä,, oikealla suojakaasuntuonnilla mahdollisuus täysin t kirkkaaseen hitsiin Voidaan hitsata esimerkiksi limiliitoksella useita levyjä päällekkäin Nopea lämml mmöntuonti pienelle alueelle, jolloin muodonmuutokset vähäisiä Viimeistelytyö vähenee

13 Laserhitsaus Syvätunkeuma tunkeuma- eli avaimenreikähitsaus on yleisin laserhitsausprosessi, vaadittava tehotiheys noin 10 6 W/cm 2 Syvätunkeuma hitsauksella saavutettavissa suuria hitsausnopeuksia, esimerkiksi 1 kilowatin Yb:Yag disk-laserilla 1 mm:n tunkeumalla 10 m/min Sulattava hitsaus muistuttaa enemmän n kaarihitsausmenetelmiä, lämpö siirtyy materiaalissa johtumalla ja sulan sekoittumisen avulla Sulattavassa hitsauksessa vaadittava tehotiheys noin W/cm 2 Sulattava hitsaus sallii suuremmat railotoleranssit

14 Laserhitsaus Pinnoitetuilla ohutlevyillä limiliitoksessa oltava noin 0,1 mm:n ilmarako Liian pieni ilmarako aiheuttaa sulan roiskumista ja huokosia hitsiin Sinkityillä ohutlevyillä pinnoitteen palaminen vähäistv istä Päittäisliitoksessa isliitoksessa höyrystyvh yrystyvä sinkki pääp ääsee poistumaan helposti liitoksesta Ilmarako saadaan aikaan esimerkiksi hitsausjigillä, levyn muotoilulla tai välilevyillv lilevyillä Materiaali: AZ 1,0 mm

15 Hitsausparametreja Limiliitos AISI 304 1,0 mm, 4 kw, mm/s Limiliitos AISI 430 1,0 mm, 4 kw, mm/s Nurkkaliitos AISI 304 1,0 mm, 3 kw, mm/s

16 Hitsausparametreja

17 Laserhitsatun limiliitoksen OULUN mikrorakenne, AISI 430 Nopeudella 200 mm/s tunkeuma vielä noin 1,5 mm Materiaali AISI 430, Teho 2 kw, Polttopisteen halkaisija n. 0,2 mm, Suojakaasu argon 15 l/min

18 Laserkarkaisu Pintakarkaisusyvyydet tavallisesti välillv lillä 0,3 2,0 mm Pintakarkaisuun vaadittava tehotiheys noin 2x10 3 W/cm 2 Esimerkiksi 4 kilowatin teholla Nd:Yag-laserilla on mahdollista suorittaa karkaisua vielä polttopisteen halkaisijalla 16 mm Tärkeimpiä laserilla karkaistavia teräksi ksiä ovat seostamattomat rakenneteräkset, kset, nuorrutusteräkset, hiiletyskarkaisuteräkset kset ja myös työkalu kalu-,, kylmäty työstö- ja kuumatyöst stö-teräkset

19 Laserkarkaisu Jäähdytys tapahtuu yleensä itsesammutuksena eli sammutukseen ei käytetä muita aineita, kuten öljyä tai vettä Tehokkaan itsesammutuksen edellytyksenä on, että karkaistavassa työkappaleessa on riittävästi massaa suhteessa karkaistavaan massaan Jäähtymisnopeus on yleensä niin suuri, että karkaistun teräksen kovuus on hyvin lähelll hellä kovuuden teoreettista maksimiarvoa Pieni lämml mmöntuonti, vähäiset v muodonmuutokset

20 Lasertaivutus ja -muovaus Kosketukseton työst stö,, ei tarvita erillisiä työkaluja Ei takaisinjoustoa, mahdollistaa levyn taivuttamisen haluttuun kulmaan ilman ylitaivutusta Taipuma hyvin pieni, noin astetta/käsittelykerta sittelykerta Suurilla taivutuskulmilla hidas, nopeutta lisää mekaanisella taivutuksella Lämpökäsittely lisää särmän n jäykkyyttj ykkyyttä Materiaali: 2mm alumiini, 1,5mm rakenneteräs

21 Lasertaivutus ja -muovaus Lasermuovauksen mekanismit: a) LämpL mpögradienttimekanismi, b) Lommahdusmekanismi, c) Tyssäysmekanismi ysmekanismi Lämpögradientti- ja lommahdusmekanismi soveltuvat erityisesti ohutlevyille, tyssäysmekanismi ysmekanismi putkille ja muille profiileille

22 Kysymyksiä ja kommentteja Kiitos!