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小于150μm的微細加工用什么方法高效可靠？

2020年06月28日 10:31:16來源：GF加工方案點擊：9829

　　【機床商務(wù)網(wǎng)欄目科技動態(tài)】新一代缸內(nèi)直噴技術(shù)是汽車發(fā)動機領(lǐng)域的主流技術(shù)，它將燃油通過噴油器精準(zhǔn)地噴入氣缸內(nèi)并與進氣充分混合，發(fā)揮每一滴燃油的功效。

　　從下圖可以看到，噴油器上分布著微孔，微孔的直徑小于150微米。孔徑、表面粗糙度、位置、形狀等都會直接影響噴油器的性能，因此都有嚴(yán)苛的加工要求，同時為了達到成本效益，還要求每個微孔的加工時間控制在幾秒之內(nèi)。

　　那么問題來了，噴油器微孔的加工要求已遠遠超出傳統(tǒng)機械鉆孔技術(shù)的能力，用什么工藝來精確加工這些微孔呢？

　　一、傳統(tǒng)加工方法VS創(chuàng)新微孔加工技術(shù)

　　目前常見的噴油器微孔加工方法主要包括機械鉆孔、電火花加工、飛秒激光加工三種。

　　機械鉆孔成本高，由于鉆小孔的刀具價格昂貴，加工過程中易磨損且刀具有斷裂風(fēng)險，直接影響微孔加工的一致性和產(chǎn)品良率，且耗材成本高。

　　電火花加工雖然在尺寸上比機械鉆孔稍靈活，但加工效率較低，表面粗糙度不夠理想，尤其是加工表面會存在重熔層，同時我們還必須考慮到電極成本以及工藝的穩(wěn)定性。

　　而飛秒激光由于在加工過程中不產(chǎn)生熱量，加工出的微孔沒有重熔層、毛刺，可以獲得更清晰的銳邊和更優(yōu)異的表面質(zhì)量，從而延長噴嘴壽命。

　　以直徑150 μm，深度 0.5 mm 的孔為例，對比電火花加工和飛秒激光的加工結(jié)果：

圖左為電火花加工微孔，圖右為飛秒激光加工微孔

　　值得一提的是，大家對于激光加工并不陌生。那么，飛秒激光與我們常聽到的納秒激光、皮秒激光有什么區(qū)別呢？

　　我們先來搞清楚時間單位換算：

　　1ms (毫秒)=0.001秒=10-3秒

　　1μs (微秒)=0.000001=10-6秒

　　1ns (納秒)=0.0000000001秒=10-9秒

　　1ps (皮秒)=0.0000000000001秒=10-12秒

　　1fs (飛秒)=0.000000000000001秒=10-15秒

　　搞清楚了時間單位，我們就知道了飛秒激光是一種極其超短脈沖的激光加工，所以只有它才能真正勝任高精密加工。

分別為納秒激光、皮秒激光、飛秒激光加工的微孔

　　現(xiàn)今，隨著國內(nèi)外汽車行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)的逐步升級，對于噴油器廠商及其OEM的挑戰(zhàn)也越來越大，傳統(tǒng)加工的圓孔已經(jīng)無法滿足客戶的需求，生產(chǎn)商不斷尋求并開發(fā)特殊而新穎的噴孔形狀來試圖達到要求，飛秒激光加工的靈活性及優(yōu)勢就愈發(fā)明顯。

特殊而新穎的噴孔形狀

　　二、汽車行業(yè)噴油器微孔加工解決方案

　　GF加工方案旗下的子品牌Microlution開創(chuàng)了第一個工業(yè)級超快激光微加工平臺，只需簡單裝夾即可滿足對于單個噴油嘴上多個不同尺寸噴孔的需求。設(shè)計人員可以輕松改變各個孔的直徑來微調(diào)每個噴孔所產(chǎn)生的噴霧。擺脫了鉆孔和電火花加工等方法的工藝束縛，從而快速制作噴油器設(shè)計原型并測試新的燃燒方案。

　　頂級GDI噴油嘴廠商多年前就已經(jīng)開始采用GF加工方案的這一先進制造方案，并通過多次檢測證明通過此方案生產(chǎn)的噴油嘴流量誤差可以控制在1%以內(nèi)。相較其他加工技術(shù)流量誤差在3%以上，GF加工方案的飛秒激光技術(shù)所帶來的穩(wěn)定性優(yōu)勢尤為明顯。

GF加工方案五軸飛秒激光機 ML-5(左)、MLDS(右)

　　GF加工方案的明星機型——五軸飛秒激光機ML-5 正是在2011年特別為GDI噴嘴加工這個行業(yè)而研發(fā)的，該機型適合研發(fā)、小批量多品種生產(chǎn)。如今裝機已經(jīng)超過40臺。

　　MLDS 是GF加工方案在2014年研發(fā)成功的批量生產(chǎn)機型，微孔檢測+激光鉆噴孔或機械鉆盲孔+激光鉆噴孔是該機型的兩款衍生機型，滿足客戶的各種工藝需求，是專為GDI 大批量生產(chǎn)提供的全自動化的交鑰匙解決方案。

　　目前，這些超快激光微孔加工解決方案正在世界各地的工廠工作，協(xié)助汽車制造商生產(chǎn)出高效的噴油器，提高發(fā)動機性能，并滿足政府嚴(yán)格的排放要求。

　　三、應(yīng)對各行業(yè)的微細加工挑戰(zhàn)

　　不僅僅是汽車行業(yè)的噴油器微孔，微細小型化是當(dāng)下的一個明顯趨勢，迫使各行業(yè)的制造商去挑戰(zhàn)精密微細零件的生產(chǎn)，并有效控制每個零件的生產(chǎn)成本。

　　1)工作空間的極致利用：航空航天應(yīng)用的理想選擇

　　高成本效益的發(fā)動機葉片和燃燒室內(nèi)襯的鉆孔和成型是 Microlution ML-10 的特長領(lǐng)域，該解決方案是根據(jù)航空航天業(yè)的需求而設(shè)計的。其占地面積小，可以大大降低每平方米的生產(chǎn)成本。該機床內(nèi)嵌光學(xué)相干斷層成像(OCT)系統(tǒng)，允許非接觸式測量、穿透檢測/深度跟蹤、形狀分析和燒蝕實時監(jiān)測，眾多益處觸手可得。

　　2)簡化醫(yī)用管材切割的復(fù)雜加工過程

　　使用超快 MLTC 激光管材切割平臺可以消除大部分甚至所有的后續(xù)加工步驟。這一用于醫(yī)療設(shè)備行業(yè)及其他應(yīng)用的解決方案的特點是能夠以極高的精度快速精準(zhǔn)地加工金屬和聚合物管材。

　　3)實現(xiàn)優(yōu)異的邊緣和表面質(zhì)量以及筆直的側(cè)壁

　　創(chuàng)造獨特的形狀，如負錐度孔、變形孔(包括圓形入口和橢圓形出口)、星形圖案等。由于該解決方案采用五軸掃描測頭，可以加工出在機械設(shè)備上不可能實現(xiàn)的形狀。

　　如果您在進行微細零件加工時，希望獲得更多的靈活性和技術(shù)儲備，在降低成本的同時，希望用更快的加工速度獲得更好的表面質(zhì)量，那么GF加工方案的激光微細加工方案無疑是您的*。

　　(原標(biāo)題：小于150μm的微細加工用什么方法高效可靠？)

（來源：GF加工方案）

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