激光切割在铁心试制中的应用探讨

2013-02-22忻雪青李伟冬

微特电机 2013年2期

忻雪青，李伟冬

(上海日立电器有限公司，上海201206)

0 引言

随着业界对高效节能产品倡导力度的不断加大，公司对直流变频产品的开发力度也不断加大。在直流变频产品的开发过程中，电机铁心的形状和尺寸需要经常变更，而且电机试制的时间要求往往较紧。目前电机铁心试制主要采用开简易模具和线切割的方式对应，但是，这两种加工方式由于受到自身的局限，往往不能很好地满足电机开发铁心试制的要求。

为了更好地满足电机开发铁心试制的需要，我们对激光切割在铁心试制中的应用进行了探讨。

1 目前铁心试制方法存在的问题

1.1 模具冲压存在的问题

模具冲压是目前业界普遍采用的铁心制作方法，具有加工效率高和加工精度高的优点。但是，由于模具制造周期长和制造成本高，因此比较适合于铁心的大批量生产，而用于铁心试制具有试制周期长、试制成本高和变更自由度小的缺点。

1.2 线切割存在的问题

线切割是金属加工领域普遍采用的金属切割方法，应用于铁心试制相对于模具冲压，具有试制周期短、试制成本低和变更自由度大的优点，同时也具有加工效率低和加工精度低的缺点。而且由于需要穿丝，因此对于需要频繁穿丝的转子铁心和类似1 mm宽的槽形等复杂精细的形状，加工效率较低，往往无能为力。

2 激光切割的介绍

2.1 激光技术的介绍

激光技术与核能、半导体及电脑并称20世纪四项重大发明。激光相对于普通光有高单色性(单一波长)、高相干性、高方向性和高光强4个优点。激光束作为一种特殊的加工用能源(热源)，在加工点经聚焦后可得到极小的光斑，具有极高能量密度的激光光束，可以瞬间使被加工材料熔化和气化，以此完成如打孔、切割、焊接、热处理等工艺。由于是局部高能量密度快速加工，对非激光照射部位没有或影响极小，因此热影响区和热变形小，加工质量高。由于激光束易于传输、导向、聚焦和控制，因此与现代数控机床配合，容易实现自动化，加工效率和可靠性高。由于激光加工是一个热作用过程，难易程度由材料热物理性能决定而与机械性能无直接联系，因此可以加工高硬度、高脆性和高熔点等难加工材料。同时，激光加工是一种非接触式的加工方式，不产生机械挤压或机械应力，是一种无冲击加工过程，不存在刀具磨损或断裂，没有材料受力变形等问题。

从国内外的实际应用领域来看，激光加工主要用于切割、焊接、表面处理、打标和打孔等领域。从应用比例来看，二维和三维激光切割占激光应用的65%，激光焊接占激光应用的20%左右，激光打孔、打标占激光应用的10%以下。而激光表面处理，包括激光相变硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等，仅占激光应用的5%左右。

2.2 激光切割技术的介绍

激光切割是一种应用最为广泛的激光加工技术，它是利用激光束聚焦形成高功率密度的光斑照射工件，材料吸收光能，温度急剧升高至熔化或气化温度，同时产生黑洞效应，使材料对光的吸收率提高，加速温升和熔化或气化过程，再用喷射气体吹化，以此分割材料。

由于激光切割可以进行几乎任何复杂形状的加工，工件可以进行任意形式的紧密排料或套裁，提高原材料的利用率，而且可以对多种类型和厚度的材料进行加工，可以切割特硬、特脆、特软和高熔点的难加工材料，切缝宽度窄，切割面光洁、热影响层浅、表面应力小、热变形小，可以直接用于组装而无需进行打磨等冗复的后道工序，因此在金属加工领域得到了广泛应用。

激光切割精度高、柔性大，在电脑加工程序控制下可直接实现二维和三维上任意形状的柔性加工，特别适用于新产品研发阶段的多品种、小批量、变更自由度大的加工，可省去高额的模具设计、制造费，极大地缩短试制周期，在小批量生产中有明显优势，比较适合铁心试制。