板金雷射、雷射切割代工、雷射焊接加工

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不同材質切割介紹

雷射切割技術可以廣泛應用於各個行業,應用於行業中金屬與非金屬的材料加工上,可大大減少加工時間,降低能源耗損。而在各種材料的雷射切割中,「鋁」因為高純的性質難切割,故厚度在6毫米以下始能切割,且只能在雷射切割機系統上先安裝有「反射吸收」裝置才能進行切割,否則可能會毀壞內部組件。

另外「銅」及「黃銅」皆具非常好的熱傳導性及高反射率,前者在厚度2毫米以下可進行切割,雷射切割加工需使用氧氣,後者在厚度1毫米以下可用氮氣雷射切割加工,且在系統上同樣先安裝「反射吸收」裝置才能切割,否則反射會毀壞光學組件。在雷射切割加工「不鏽鋼」時,在邊緣氧化的情形下同樣需要氧氣,而若使用氮氣得到無氧化無毛刺的邊緣,則在板材表面塗層油膜即可得到更好的穿孔效果,增強加工質量。「鈦板材」則使用氬氣和氮氣作為雷射切割加工氣體進行切割。

另外「壓克力」是大眾常用的雷射切割材質,特別是透明壓克力,受到不少人的喜愛,在其正面或背面貼上色卡,再搭配壓克力本身的亮度與透明度,相當質感,且雷射切割上不像木材會有碳化黑邊,通常都能維持本色。特殊材料方面,諸如「軟木板」,由軟木粒及混合劑經高壓高溫製造而成,木材類經過雷射切割後,因高溫後碳化,通常會呈現黑色或棕色。另外可加工的合成材料還有熱塑性塑料、熱硬化材料及人造橡膠。

金屬雷射切割收費標準

根據不同材料不同行業有不一樣的加工算法:在鈑金行業基本是按「穿刺數」加上「米數」算的,不一樣的板材還有不一樣的價格,比如相同厚度的銅鋁加工就比不銹鋼的加工貴1倍有多。同種材料不一樣厚度的也有不一樣的價格,主要取決於加工難度與工時。在做字行業就是按平方加工計價的為主。

計算方法:雷射切割加工費按計算倍數關係,許多公司在計算費用時候,而是按切割線長度來報價的,碳鋼板一般每米是板厚的1.5倍,也就是說4MM的的碳鋼板每米的切割費= 4 * 1.5 = 6元/米。而不銹鋼的價格與普通的不同,不銹鋼每米的價格一般是板厚的2.5倍,鋁板每米的價格一般是板厚的4倍。同時如果板材中間要割孔的,要收穿孔費,穿孔費根據板厚的不同一般在0.4-2元不等。當然具體價格跟加工量的大小,零件的形狀(比較全是小孔就不能完全按米數算),是否含運費,是否是帶材料加工等都有很大關係。計算方法:激光切割加工按小時結算且地區有差異。

一般每小時在400-1000不等,地區差異也比較大,這一點和您所在的區域有著明顯的區分,因為所在區域的鈑金材料等價格不同,其人工成本等都不同,所以報價也會有所差別,但是價格浮動肯定是在這個範圍之內,不過超越這個範圍。

雷射焊接的優點及特性

雷射焊接屬於熔融焊接,以雷射光束為能源,衝擊在焊件接頭上,可由平面光學元件(如鏡子)導引,隨後再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上。雷射焊接屬非接觸式焊接,作業過程不需加壓,但需使用惰性氣體以防熔池氧化,填料金屬偶有使用,可以與MIG焊組成雷射MIG複合焊,實現大熔深焊接,同時熱輸入量比MIG焊大為減小。

雷射焊接有其優缺點,優點方面,因不需使用電極,沒有電極污染或受損的顧慮且因不屬於接觸式焊接制程,機具的耗損及變形皆可降至最低。雷射光束可聚焦在很小的區域,可焊接小型且間隔相近的部件,可焊材質種類範圍大,亦可相互接合各種異質材料。因不受磁場所影響故能精確的對準焊件,且易於以自動化進行高速焊接,亦可以數位或電腦控制,十分方便。

焊接薄材或細徑線材時,不會像電弧焊接般易有回熔的困擾,且雷射光束易於聚焦,受光學儀器所導引,可放置在離工件適當之距離,可在工件周圍的機具或障礙間再導引。而將入熱量降到最低的需要量,熱影響區金相變化範圍小,且因熱傳導所導致的變形亦最低。缺點方面,雷射焊接相對設備昂貴,焊道快速凝固,還可能有氣孔及脆化的顧慮。焊件需使用夾治具時,必須確保焊件的最終位置需與激光束將衝擊的焊點對準,而焊件位置需非常精確,務必在激光束的聚焦範圍內。

雷射切割的使用方式

「雷射」是英文名稱LASER的音譯,是取自英文通過激發輻射的光放大的各個詞頭一個字母組成的縮寫詞,指通過刺激原子導致電子躍遷釋放輻射能量而產生的具有同調性的增強光子束,其特點包括發散度極小,亮度(功率)可以達到很高等,產生雷射需要「激發來源」,「增益介質」,「共振結構」這三個要素。如今雷射機廣泛用於民間行業,可以做板金雷射、雷射切割代工、雷射焊接加工、雕刻、打標用,日益普及受到很大的關注。雷射切割又可分為兩種,一為切割後完全貫穿,另一種則是劃線不穿透。

在實際使用上,有幾點使用方式技巧,雷射切割機上的易損物品為雙焦距雷射切割頭,長期使用可能導致雷射切割頭的損壞。器具會經年累月耗損,故應每半年檢查雷射切割機軌道上.直線度及機器的垂直度,若發現不正常才能及時維護調整;倘若無此步驟,切割出來的效果可能就不會好,且誤差會增加影響切割質量。若能每周一次用真空吸塵器吸掉機器內的粉塵及污物,電器具應尚能耐損。

而人員也須經常檢查雷射切割機的鋼帶、確保拉緊,否則若在運行中出錯可能傷及人員,嚴重還可能導致死亡。雷射切割機的各專軌皆應定期清理,排除粉塵等污染物等確保設備正常,齒條亦須經常擦拭、加潤滑油,如此一來切割出來的產品質量就會相對提高許多。

 

雷射切割的注意事項

雷射切割器機能夠對產品進行批量加工,在使用前會先將製作完成的圖紙導入機械中,利用排版軟體將圖形排列整合,此一過程雖然短,內含蘊著極大的學問。其中所需檔案一定要為向量檔,因向量檔為有方向、有單位的一個量,可明確顯示某一條線的長度、角度、方向,電腦能根據這些資訊進行雷射切割。

切割厚板和熱板時,因其板熱量影響較大,在小圖形和拐角尖角的地方就容易燒邊,影響到質量。而當減速切割薄鋼板的拐角時,雷射產生的熱能會熔化拐角,故可先在拐角處生成小半徑,保持高速切割,如此一來可避免出現鋼板過熱熔化的現象,且減少切割時間,除了提高生產力更能有良好的切割品質。為了在切割較厚板時,使割縫銜接良好並防止始端和終點燒傷,故在切割的起始處及結束處各引一段過渡線,稱為引線和尾線,然須注意不可將引線設置在尖角等不易散熱處,引線與割縫的連接則盡量採用圓弧過渡,使機器運動平穩、避免轉角停頓造成的燒傷。

而為了使生產效率最大化,許多雷射切割設備都是24小時連續運轉,採行無人操作的自動化設備,這方面也有幾點須多加留意:應事先規劃好合適的切割路徑,繞道已割好的零件,減少碰撞;最佳的切割路線亦能減少切割時間。雷射完後,切割設備工作台上的需盡快的撤下避免邊緣鋒利的餘料造成了人身傷害。

雷射切割線的繪製

目前較常用的軟體如Adobe Illustrator、Corel Draw、AUTO CAD等能繪製出向量檔,雷射切割須根據向量檔中標明的長度方向進行切割,若在繪製的路徑長度與複雜度上能小心操作,即能節省掉一定程度成本及降低失敗的風險。

一般來說雷射繪圖會依據材質、材料的厚度不同而有所調整。以金屬材質為例,若選用1mm則最小保留間隙須大於1mm,選用5mm金屬材質,則要大於5mm:非金屬材質為例,5mm以下至少間隙要大於1mm以上,大於5mm以上則最好保持2mm以上,因切割時若圖檔小於保留間隙,則有很大機會熔燒掉,造成物品的不完整無法製作。另一個是大家比較常會遇到的問題,由於雷射切割是屬於電腦切割,在製作檔案時可能螢幕上看起來只為一條線,然而在電腦解讀時檔案內的切割路徑都會被解讀出,在切割時會依照每條線如實地被切割,此為「重覆線」,如此一來會大大影響切割出來的品質,且也容易造成電腦誤判,避免不必要的成本損失。而由於在軟體線性設定上,若需將線段路徑設定成虛線樣式,要注意在螢幕顯示出來給使用者看的為「虛線」,然實際上在電腦的解讀還是一條「直線」,所以若需將雷射切割虛線的線段做出來,就須先將虛線的線一段一段畫出,如此在雷射切割時,電腦才會將其正確切割出所需的虛線線段。

什麼叫金屬表面處理

許多金屬加工完畢後, 表面會殘留些許加工後的黒皮或氧化層,為了讓產品能夠更耐用、抗腐蝕、以及擁有美觀效果,會將產品表面採取加工,若產品表面已無法用工具拋磨或振動研磨方式清潔處理,則會以「酸洗」將金屬表面的污染層去掉,還原原有的金屬光澤本色。市面上常見的五金材料,諸如各自有由於不同的物理特性﹐處理方式稍有不同,主要有陽極處理、電鍍、增加樹脂、直接處理底材等幾種類型。

電鍍的基本執行步驟為,先清潔底材讓面光潔,表面活性於是提高,再來要打銅底,為了使產品更光亮﹐有些產品需使用硫酸銅,再來要鍍鎳,其它顏色像是金色、青銅、黑鎳、珍珠鎳等也要一併鍍上。需特別注意的地方,若是材料密度不夠含有雜質﹐則材質就會起泡,或是紅銅未打好、烤溫太高、電鍍液調配不當等也會引起起泡;另外像是若電流局部區域太強、或是產品本身太薄可能會燒焦;金屬密度不夠排列不整齊﹐也可能造成有間隙形成針孔,稱為沙孔現象。而鐵類清潔材料面後不打紅銅而直接鍍鎳。陽極處理通常只針對鋁材﹐但壓鑄鋁不能陽極處理。

塗漆樹脂處理方式為先噴漆、接著烤漆上鎳架、後電著塗裝、最後粉體塗裝浸膠。直接處理底材部分,可以研磨振動打磨,以及用沙輪 、麻輪、布輪人工打磨,或是以沙粒均勻噴在產品表面﹐製造出粗糙的感覺。

什麼是雷射焊接

雷射焊接是利用高能量密度的雷射光束,作為熱源的一種高效精密焊接方法,是雷射材料加工技術應用上的重點之一,二十世紀七零年代主要用於焊接薄壁材料和低速焊接,焊接過程屬熱傳導型,即雷射輻射加熱工件表面,表面熱量通過熱傳導向內部擴散,通過控制雷射脈衝的寬度、能量、峰值功率和重複頻率等參數,使工件熔化形成特定的熔池。由於其獨特的優點,已成功應用於微小型零件的精密焊接上。

在技術上,雷射焊接可以採用連續或脈衝雷射光束加以實現,其原理可分為熱傳導型焊接和雷射深熔焊接,功率密度小於104〜105 W / cm2為熱傳導焊,此時熔深、焊接速度慢;功率密度大於105〜107 W / cm2時,金屬表面受熱作用下凹成「孔穴」,形成深熔焊,具有焊接速度快、深寬比大等特點。

另外雷射深熔焊接採用連續雷射光束完成材料的連接,在足夠高的功率密度激光照射下,材料產生蒸發並形成小孔,小孔猶如一個黑體,幾乎吸收全部的入射光束能量,孔腔內平衡溫度達25000C左右,熱量從這個高溫孔腔外壁傳遞出來,使包圍著這個孔腔四周的金屬熔化;小孔內充滿在光束照射下壁體材料連續蒸發產生的高溫蒸汽,小孔四壁包圍著熔融金屬。小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導光束前進速度向前移動,熔融金屬充填著小孔移開後留下的空隙並隨之冷凝,焊縫於是形成。

折床成形的原理

折床工作範圍,用途是將鐵、不銹鋼、銅、鋁等各類金屬鈑材的折彎成形,以及用以作為壓力機來完成易模成形及壓鉚、校平、斷差成形等,包含抽凸包、壓墊腳、成形自攻芽、壓線、印字、鉚釘、鉚靜電導軌、壓接地符、抽孔、鉚合、壓平、三角補強等。

工作原理是將上、下模分別固定於折床的上、下工作台,利用液壓傳輸驅動工作台的相對運動,結合上、下模的形狀,從而實現對板材的折彎成形。

工件在LASER、NCT上切割下料,並在鉗加工製作出其它非折彎成形圖元,然後在折床上利用折床刀模或折床易模來折彎成形,此外,抽凸包壓墊角及壓線等圖元加工通常也在折床上進行。

利用折床刀模和折床易模,折床可完成多類產品的折彎,但其加工速度比沖床慢,適用於樣品製作時折彎成形及部分非折彎成形和量產製作時的某些折彎成形。

折床由機械部、NC電氣控制部分、電氣部分、液壓部分組成,其可以有兩種運動方式,分別為在下工作台不動,由上面滑塊下降實現施壓的「上動式」,和上部機台固定不動,由下工作台上升實現施壓的「下動式」。上模,又稱為折刀,下模,又稱為V槽,皆分為整體式和分割式兩種。特別需留意,當折床折彎時,由於孔邊到折彎線的尺寸過小,此時必須作適當工藝處理,而當靠近折彎線的孔距折彎線,小於表中所列最小距離時,折彎後會發生變形,不得不小心。