I. Prefacio
Como sector esencial de la industria de fabricación de maquinaria, la maquinaria de ingeniería tiene múltiples categorías, funciones complejas y alta resistencia estructural.
Aunque rara vez sirvió como campo de pruebas para diversas nuevas tecnologías de producción, el espíritu innovador del personal científico y tecnológico y su coraje para superar las dificultades aseguraron la eventual difusión de nuevas tecnologías en el campo de la producción de maquinaria de ingeniería. Esto incluye robots de soldadura, automatización, logística inteligente y otros.
Naturalmente, la industria también favorece la tecnología de procesamiento láser, que es una tecnología de procesamiento de objetos ecológica, respetuosa con el medio ambiente, eficiente y sin contacto.
II. T las características del procesamiento láser.
El procesamiento por láser se originó en Alemania en la década de 1960 y utiliza principalmente partículas de alta energía producidas por láser para fundir y vaporizar la superficie de la pieza. Este principio se utiliza para varias tecnologías de procesamiento de derivados.
Los rayos láser ofrecen alta estabilidad y antiinterferencias e imponen menos restricciones a la pieza de trabajo (como la forma de procesamiento, el tamaño y el entorno), lo que permite un procesamiento preciso y de alta calidad de la mayoría de los materiales metálicos y no metálicos.
La tecnología de procesamiento láser es conocida por su alta precisión y especialización. Sus características y ventajas se pueden resumir como “alto, rápido, bueno, económico y versátil” de la siguiente manera:
(1) Alto
El procesamiento láser ofrece alta precisión, eficiencia de procesamiento, utilización de materiales y eficiencia económica.
Por ejemplo, una máquina de corte por láser con un precio de 50.000 dólares puede ayudar a una empresa a recuperar el costo del equipo y generar ganancias dentro de un año y medio de procesamiento normal.
(2) Rápido
El procesamiento láser presenta una velocidad de procesamiento rápida porque el medio de energía láser es la fuente de luz. Puede alcanzar velocidades de hasta 100 m/min.
Actualmente, las máquinas de corte por láser 3G más avanzadas son 1,5 veces más rápidas que los equipos de procesamiento convencionales.
(3) Bueno
El procesamiento láser es altamente resistente a las interferencias y no se ve afectado fácilmente por factores ambientales. Esto da como resultado piezas de calidad y precisión excepcionales, que pueden estar al mismo nivel (nivel de micras) que las producidas mediante el mecanizado de acabado de máquinas herramienta comunes.
(4) Guardar
El procesamiento láser es conocido por su eficiencia material, ya que consume menos material que otras tecnologías de procesamiento. Estadísticas incompletas sugieren que el procesamiento láser puede ahorrar entre un 10% y un 30% de materiales.
Además, el procesamiento con láser es un proceso sin contacto, que requiere menos consumibles para el equipo. Esto reduce significativamente los costos de producción.
(5) ancho
El procesamiento láser es una tecnología versátil que se puede aplicar a una amplia gama de materiales, no limitados a materiales metálicos sino también a materiales no metálicos.
Además, el procesamiento láser puede manejar una amplia gama de formas, incluidas líneas rectas, curvas y patrones moldeados, lo que la convierte en una tecnología verdaderamente sin barreras.
III. La aplicación de la tecnología de procesamiento láser en la fabricación de maquinaria de ingeniería.
En los últimos años, debido a los avances en la tecnología y los equipos de procesamiento láser, se ha vuelto más frecuente en diversos procesos involucrados en la fabricación de productos de maquinaria de construcción.
La siguiente es una descripción general de la tecnología actual utilizada para aplicaciones de maquinaria de construcción:
3.1 Tecnología de procesamiento láser en el campo de las aplicaciones de corte de chapa
El corte por láser es un método de corte que utiliza un rayo láser producido a partir de un oscilador láser. El haz se enfoca a través de un espejo focal para generar energía de alta densidad, que luego se dirige al material, provocando que se derrita y se evapore.
En comparación con otros métodos de corte térmico, como la llama y el plasma, el corte por láser puede lograr una mayor precisión con ranuras más pequeñas debido a su gran producción de energía por unidad de área.
El centro de corte de la empresa, que atiende las necesidades de fabricantes de máquinas de construcción como Carter, Komatsu y John Deere, así como de empresas de soporte locales, cuenta con más de 100 equipos en seis categorías: corte por plasma fino, láser de fibra, corte plano y biselado. corte, corte de líneas de intersección de tuberías, máquinas cortadoras y perforadoras integradas y corte de secciones de acero.
Este equipo incluye tres máquinas de corte por láser bidimensionales (ver Figura 1) y dos máquinas de corte por láser tridimensionales (ver Figura 2). La supresión láser se utiliza en una amplia variedad de piezas y componentes de maquinaria de construcción, incluidos capós, tanques de combustible, cabinas y más. Los materiales cortados van desde placas y perfiles generales Q235A hasta 1000MPa de alta resistencia, con un espesor de 1 a 25mm. El centro tiene una capacidad de corte anual de 20.000 toneladas.
Figura 1 Máquina de corte por láser bidimensional 
Figura 2 Máquina de corte por láser 3D
Actualmente, existen dos tipos principales de máquinas de corte por láser utilizadas en la industria de procesamiento de chapa de maquinaria de ingeniería: máquinas de corte por láser de CO 2 y máquinas de corte por láser de fibra.
La máquina de corte por láser de CO2 es un producto anterior y su tecnología no es tan avanzada como la del láser de fibra. La longitud de onda del láser de CO2 es aproximadamente 1/10 de la del láser de fibra y la propagación generalmente se realiza en una trayectoria óptica aislada para protegerlo del aire externo.
Por otro lado, el láser de fibra se propaga en la fibra, proporcionando una mejor transitabilidad del haz y mayor energía, lo que resulta en una menor influencia térmica y líneas de corte más estrechas. Esto es beneficioso para mejorar la eficiencia de corte, la utilización del material y reducir la deformación térmica durante el corte de placas.
Además del corte y corte por láser convencionales, la tecnología de corte por láser ofrece ventajas en el corte de orificios circulares, espacios de proceso reservados y la producción de plantillas de proceso. Se puede aplicar para “cortar en lugar de perforar” orificios en equipos de proceso, ahorrando tiempo durante el proceso de perforación, mejorando la eficiencia de la producción y reduciendo el costo de las plantillas de perforación.
3.2 Aplicación de la tecnología de procesamiento láser en soldadura.
La mayoría de las técnicas de soldadura tradicionales utilizadas en maquinaria de construcción implican soldadura con protección de gas, soldadura por arco sumergido o soldadura por arco de argón. Sin embargo, estos métodos suelen dar lugar a defectos de calidad, como salpicaduras excesivas y distorsión. Además, la luz y el polvo del arco de soldadura pueden suponer un riesgo para la salud física y mental del operador.
Con los avances tecnológicos, los fabricantes de productos industriales han trabajado para mejorar la calidad y eficiencia de la soldadura y reducir el trabajo manual en los procesos de soldadura de maquinaria de construcción. Poco a poco fueron introduciendo conceptos de la industria automovilística como la soldadura robótica de carrocería blanca, líneas de montaje y fabricación flexible.
En el pasado, la tecnología de soldadura láser no se usaba comúnmente en productos de maquinaria de ingeniería debido a la potencia insuficiente y las capacidades limitadas para placas de espesor medio o ultragrueso. Sin embargo, en los últimos años, universidades de renombre como la Universidad Jiao Tong de Shanghai y el Instituto de Tecnología de Harbin han llevado a cabo investigaciones y experimentos exhaustivos sobre la tecnología de soldadura láser de placas de espesor medio. Esto ha llevado al desarrollo de la soldadura por fusión profunda con láser de alta potencia, la soldadura por arco compuesto, la soldadura de filete multicapa con espacio ultraestrecho y la soldadura por láser de presión negativa al vacío, entre otros métodos de soldadura.
La tecnología de soldadura por arco láser híbrida se ha aplicado con éxito al brazo de grúa de maquinaria de construcción. Combina dos fuentes de calor con mecanismos de transmisión de energía y características físicas completamente diferentes para actuar en una posición de soldadura unificada. Esto da como resultado una mayor profundidad de soldadura, una mayor capacidad de puenteo de espacios y una mayor eficiencia de soldadura, creando un efecto 1+1>2.
Por ejemplo, el material del brazo extensible de un camión grúa es acero de alta resistencia con un límite elástico de 960 MPa, que es soldadura compuesta MAG de doble alambre con láser (consulte la Figura 3). En comparación con los métodos de soldadura tradicionales, este enfoque tiene una gran adaptabilidad de la soldadura y puede usarse para soldadura de alta reflexión, soldadura difícil y soldadura de materiales diferentes. También mejora la estabilidad del proceso de soldadura y la formación de la soldadura, al tiempo que elimina los defectos de soldadura para mejorar la calidad de la costura de soldadura, logrando una tasa de aprobación de inspección del 100%. Además, la eficiencia aumenta en un 300%.
La soldadura híbrida también es más eficiente que la soldadura con una sola fuente de calor, ya que puede aumentar efectivamente la profundidad de penetración en un 50%, aumentar la velocidad de soldadura y garantizar una menor entrada de calor. Además, tiene una mayor eficiencia de llenado y ahorra más del 30% del consumo unitario de hilo.
Fig. 3 Ejemplo de aplicación de soldadura MAG con compuesto láser
3.3 Aplicaciones de la tecnología de procesamiento láser en la remanufactura
En los últimos años, el negocio de remanufactura de maquinaria de construcción se ha desarrollado rápidamente. Por un lado, el país defiende firmemente la producción verde, que incluye el ahorro de energía y la reducción del consumo.
Por otro lado, el rendimiento de los productos remanufacturados es esencialmente comparable al de los productos nuevos, pero cuestan alrededor de dos tercios del precio de los productos nuevos. Los usuarios lo están reconociendo poco a poco y las empresas también están dispuestas a hacerlo, porque sólo implica entre el 40% y el 60% de los costes de producción.
La remanufactura de piezas implica principalmente la sustitución de piezas desgastadas, sellos y reparación de desgaste en mecanismos. La tecnología más importante utilizada en este proceso es la soldadura láser de alta eficiencia, también conocida como revestimiento láser.
El principio fundamental es utilizar un rayo láser de alta potencia y alta densidad para formar una capa de microfusión en la superficie del sustrato y agregar una composición específica de polvo de aleación de fusión directa simultáneamente o preestablecida, para lograr el propósito de reparar uniformemente. piezas desgastadas.
Este proceso también pertenece a un tipo de tecnología de fabricación de aumento de material, que proporciona soluciones de fabricación viables y de alta calidad para realizar una personalización diferenciada del producto.
El revestimiento láser tiene una alta flexibilidad, área de superficie opcional, materiales opcionales e incluso rendimiento opcional. Por ejemplo, cuando el cilindro de resorte de oruga de una excavadora de alta potencia se desgasta durante el uso, la remanufactura puede adoptar un procesamiento aditivo de revestimiento láser para el área desgastada (consulte la Figura 4).
Probado desde múltiples dimensiones de resistencia al desgaste, la dureza de la superficie está calificada, el gradiente de dureza de la capa en la capa de recubrimiento es razonable y la estructura metalográfica es buena. Esto puede aumentar la vida útil del cilindro de resorte del tractor de alta potencia en un 300%.
El revestimiento láser ahora no solo se utiliza para la remanufactura, sino que también reemplaza el cromado original y el proceso de tratamiento térmico previo a la inducción en nuevos productos. Esto aumenta enormemente la competitividad del producto en la industria.
Fig. 4 Ampliación láser del cilindro de resorte para tractores de alta potencia
3.4 Aplicación de la tecnología de procesamiento láser en el campo de la gestión de la calidad.
El sistema de gestión de calidad ISO 9000 requiere un seguimiento del proceso de piezas y componentes, y su calidad debe ser rastreable. Para realizar un seguimiento eficaz de la calidad y el uso de piezas y componentes, los fabricantes de máquinas de construcción necesitan una identificación permanente de las piezas y accesorios de fabricación propia.
Esta identificación incluye información básica como nombre del producto, número de material, número de dibujo, fabricante, fecha de producción y código bidimensional.
La tecnología de marcado tradicional utiliza el movimiento mecánico continuo del cilindro para impactar el objeto, dejando un rastro de movimiento en la superficie del letrero. Sin embargo, este método tiene desventajas como mucho ruido, escritura borrosa y deformación de la señal.
La tecnología de marcado láser es un método de procesamiento sin contacto que utiliza el haz emitido por el láser para derretir instantáneamente el material en la superficie de la pieza de trabajo. La trayectoria del láser en la superficie del material se controla para formar un método de marcado gráfico, como se muestra en la Figura 5.
Comparado con los métodos tradicionales, tiene las siguientes ventajas:
- Es más rápido, con una velocidad de más del doble que la de los métodos tradicionales.
- Produce fuentes de alta calidad, escritura clara y puede imprimir patrones, símbolos y letras complejos que son incomparables con el marcado tradicional.
- Es respetuoso con el medio ambiente y no contamina, ya que es un método de procesamiento sin contacto. Se puede combinar con un sistema de software CNC para lograr un marcado automático.
a) Marcado neumático
b) Marcado láser
Fig.5 Ejemplo de comparación de aplicaciones de codificación de señalización
3.5 Conclusión
Como lo demuestran los ejemplos anteriores, la tecnología de procesamiento láser se ha utilizado continuamente en diversos pasos del proceso en la industria de fabricación de maquinaria de ingeniería. La tecnología de limpieza por láser está ganando atención, especialmente en los campos aeroespacial, automotriz, de maquinaria de construcción y otros.
Este proceso es capaz de eliminar pintura, limpiar moldes y eliminar capas y revestimientos de oxidación antes de soldar. Funciona a mayor velocidad y produce menos residuos, pero se utiliza menos en la industria de maquinaria de construcción actual.
La mayoría de las empresas de maquinaria de construcción han incorporado la tecnología de procesamiento láser mencionada anteriormente en sus propios estándares de procesos corporativos para mejorar la calidad y eficiencia de sus productos.
A medida que la tecnología de procesamiento láser se vuelve más localizada, las pequeñas y medianas empresas también están considerando comprar equipos láser para reducir los costos laborales y mejorar la calidad del producto.
Sin embargo, en comparación con las aplicaciones estandarizadas maduras en el extranjero, a los procesadores nacionales todavía les queda un largo camino por recorrer.
4. Tendencia de desarrollo de la tecnología de procesamiento láser.
La tecnología de procesamiento láser es un sistema complejo que combina múltiples campos como el mecánico, eléctrico, de control numérico, óptico e hidráulico.
Los requisitos técnicos para que las empresas ingresen a este campo son relativamente altos, razón por la cual países desarrollados como el Reino Unido, Alemania y Estados Unidos han liderado la dirección de desarrollo de la industria de procesamiento láser.
Aunque China entró en este campo relativamente tarde, con la implementación continua de la estrategia nacional "Hecho en China 2025", los fabricantes chinos de equipos láser y las instituciones de investigación científica han estado trabajando duro, y estrellas emergentes como Han's Laser han reducido la brecha en tecnología con Equipos láser extranjeros.
Además, el desarrollo de la tecnología de procesamiento láser es un proceso desafiante y que requiere mucho tiempo y requiere los esfuerzos de todos los aspectos de la sociedad.
Creo que el futuro de la tecnología de procesamiento láser se centrará en las siguientes áreas de desarrollo.
(1) Miniaturización láser
Como componente fundamental de la tecnología de procesamiento láser, el tamaño del láser determina el tamaño de toda la máquina.
En las primeras etapas de desarrollo, el tamaño de los láseres era relativamente grande y requería una cantidad significativa de espacio debido a las limitaciones de la microelectrónica y la tecnología óptica.
Sin embargo, con el progreso continuo y el desarrollo de nuevas tecnologías láser, como la tecnología de fibra óptica y la tecnología UV, se han desarrollado láseres más pequeños con alta eficiencia de conversión, buena estabilidad de trabajo y buena calidad del haz. Este avance proporciona una base sólida para la miniaturización de equipos láser.
(2) Procesamiento multifuncional M
Para satisfacer las demandas del mercado, los fabricantes de equipos láser ya no se centran únicamente en funciones de procesamiento láser únicas. En cambio, están desarrollando equipos integrados que pueden realizar múltiples funciones, como corte, soldadura, tratamiento térmico y pulverización. Este equipo multifuncional maximiza el valor para los clientes.
(3) Inteligencia de equipos
Con el surgimiento de la tecnología de Internet, la inteligencia de los equipos se ha convertido en otra tendencia importante en la tecnología de procesamiento láser.
En una fábrica inteligente, se cargarán varios planes de producción y datos de procesamiento de materiales en la nube empresarial. Los ingenieros podrán controlar de forma remota el estado operativo del equipo desde una oficina utilizando una terminal remota. Este enfoque permite la digitalización, automatización e informatización del proceso de fabricación del producto.
Conclusión V
Con la implementación del plan “Made in China 2025”, la tecnología de procesamiento láser se ha convertido en una herramienta crucial para promover la transformación y mejora de la industria de maquinaria de construcción debido a sus incomparables ventajas.
Tras la adopción generalizada de tecnologías de la información como Internet+ y 5G, el procesamiento y la producción láser también están avanzando hacia la producción inteligente.
Dado el estímulo del gobierno a las empresas para que busquen innovación tecnológica, los fabricantes nacionales de láser seguirán aumentando la inversión en I+D para ofrecer al mercado equipos láser con un mayor rendimiento de costos.
Este impulso impulsará la innovación en campos emergentes y procesos de fabricación tradicionales, al tiempo que proporcionará soporte técnico para una aplicación más amplia de la tecnología de procesamiento láser en la industria de fabricación de maquinaria de construcción en el futuro.
