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激光技术在国内电梯业中的应用

激光技术在国内电梯业中的应用

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  激光加工是在20世纪60年代兴起的一项新技术,1960年人类历史上出现了第一台激光器――红宝石激光器,这种激光器在美国首次成功用于拉丝模金刚石打孔,此后随着人们致力于研究更高效、更适用的激光器,激光加工也逐步应用于农业机械、工程机械、粮油机械、特种汽车、锯片造船等行业,尤以机械行业的应用发展速度最快。在机械制造业的广泛使用又推动了激光加工技术的工业化。目前激光加工方法包括激光打孔、激光切割、激光热处理、激光涂覆、激光重熔处理、激光合金化、激光上釉、激光打标、激光成形、激光模型制造、激光珩磨、激光配平、激光微加工以及激光焊接等诸多技术。激光加工技术与传统加工技术相比具有以下特点:

  一、非接触加工,没有机械力;

  二、可以加工高硬度、高熔点、极脆的难加工材料;

  三、光束易于控制,加工精度高;

  四、热影响区小,热变形很小,加工精度易保证;

  五、激光加工速度快,效率高;

  六、与现代数控机床结合,易实现自动化、柔性化和智能化;

  七、可控性好,程序简单,省料及污染少;

  八、激光加工设备的前期投资较大。

  下面就作者熟悉的电梯行业,谈谈激光技术在国内电梯行业中的应用。

  2008年是我国改革开放30周年,在这30年中我国电梯业也得到了长足的发展。从改革开放之初的1980年,中国工业领域的第一家外商投资项目就出现在电梯行业———瑞士迅达投资的中国迅达开业,将国外先进的电梯技术引进了中国。此后,美国的奥的斯,日本的三菱、日立、东芝、富士达,德国的蒂森,芬兰的通力等世界盛名的电梯公司先后投资建厂,世界八大电梯厂家悉数来华。2007年全国拥有电梯整机企业410多家,配件企业也有好几百家,取得电梯安装改造维修许可证的企业达到5277家。到2007年底中国电梯的拥有量已经接近或有可能超过100万台,而2007年中国电梯的年产量达到21.6万台,占全球新梯市场的一半,中国赢得了“全球产能最高的电梯制造基地”。随着全球各大电梯制造商将先进的电梯技术引进中国的同时,也将先进的加工技术引进了中国,激光加工技术就是其中之一。目前在电梯行业应用较多的是:①激光切割;②激光打标;③激光测量。下面逐一介绍:

  一、激光切割

  激光切割是利用经聚焦的高功率密度光束照射工件,材料吸收激光能,温度急剧升高,工件表面开始熔化或气化,并吹入活性气体助燃。随着激光束与工件的相对运动,在工件上形成切缝。激光照射工件表面时,一部分光被吸收,一部分光被工件反射。吸收部分转化为热能,使工件表面温度急剧升高,材料熔化、气化,产生黑洞效应,使材料吸收率提高,迅速加热切割区材料。此时吹氧可以助燃,并提供大量热能,使切割速度提高;还可吹走熔渣、保护镜头、冷却镜头。

  激光切割有很多特点:

  1.激光可切割特硬、特脆、特软材料;

  2.切缝宽度很窄;

  3.切割表面光洁;

  4.切割表面热影响层浅,表面应力小;

  5.切割速度快,热影响区小;

  6.适合加工板材。

  20世纪90年代,整机厂基本上采用的是多工位冲床加工板材,后随着几大世界知名品牌电梯在国内的独资或合资企业中引进进口激光切割机,激光切割机在国内电梯业开始使用。21世纪初,随着国内激光切割机生产企业的出现,使得只能依赖进口的习惯被打破,同时昂贵的价格也降低了很多,国内一般的整机企业和配件企业相继购买了激光切割机,可以说激光切割机对现代整机和配件企业已经不算有多么高尖端设备了,只能说是必不可少的设备了(这里配件企业主要是指钣金加工企业)。激光切割机在电梯行业得到广泛应用的原因有以下几个方面:

  1. 电梯行业的钣金件品种多、数量少,很多还需要根据客户的要求而定。多工位冲床的加工由于受吨位和模具的限制,有些钣金件无法加工或者模具的制作周期长导致生产的周期加长,而且编程相对较复杂,对操作人员的要求也相对较高;

  2. 不锈钢装饰板材多,表面的光洁度要求高。相同厚度的板材不锈钢的抗剪强度强、材料韧性度高,多工位冲床的模具磨损快,要求的吨位也高。多工位冲床加工对板材表面的光洁度易产生影响;

  3. 产品可见面的加工痕迹和断面质量要求高,加工的线条要光滑平整,美观漂亮。多工位冲床冲裁时有接刀痕迹影响美观;

  4. 随着人们审美水平的提高,产品的花式也增多,产品的外形品种增加,但数量不大,且轮廓复杂,普通的加工方法无法实现。激光切割机的加工可节省制造模具的成本与周期。

  当然,随着激光技术的发展除二维的平板切割机外,现在还有三维空间曲线切割机和管子切割机,所以激光切割的应用不仅仅局限于钣金的切割,也可以用于折弯、拉延之类成形用简易模具的制作。此类简易模具不是用于大量生产,而是为了满足缩短试加工检验时间的要求。从产品试制到开始正式生产,尽可能缩短准备时间是现代社会的要求,而激光加工是能够适应此类要求的为数不多的加工方法。

  二、激光打标

  激光打标的基本原理是,由激光发生器生成高能量的连续激光光束,当激光作用于承印材料时,处于基态的原子跃迁到较高能量状态;处于较高能量状态的原子是不稳定的,会很快回到基态,当原子返回基态时,会以光子或量子的形式释放出额外的能量,并由光能转换为热能,使表面材料瞬间熔融,甚至气化,从而形成图文标记。

  在激光加工领域中,激光打标是应用最广泛的技术之一,激光打标技术是当代高科技激光技术和计算机技术的结晶产品。激光打标技术也称激光标记、激光印标,近年来在印刷领域应用越来越多,激光打标可应用于包括塑料与橡胶、金属、硅晶片等多种材料上。激光打标与传统的机械雕刻、化学腐蚀、丝网印刷、油墨打印等方式相比,具有成本低、灵活性高、可以计算机系统控制,而激光作用于工件表面所产生标记的牢固永久性是其突出特点。激光打标系统可对大批量生产的工件实行产品单个识别编号,再以条行码或者二维码阵列标在产品上,可极为有效地帮助实行生产工序控制、质量控制以及防止假冒产品。同时可对各种金属材料及部分非金属材料进行刻写或制作难以仿制的永久性防伪标记。通过计算机输入及输出,采用振镜扫描方式,速度快;全封闭导光系统,对环境的适应性强;组合式内部结构,便于维修及保养;尤其适宜在线作业。

  激光打标的主要特点:

  1. 应用范围广:几乎可以在所有材料上打标。

  2. 打标效率高:计算机控制下的激光光束可以高速移动,通常的打标过程可以在数秒内完成,可实现在线打标。

  3. 打标精度高:激光可以形成极细光束,在材料表面的最细线宽可达微米量级,可以打印各种图形、商标、条形码、两维码。激光打标还可以改善产品外观形象和名牌效应,增强产品的市场竞争能力。

  4. 使用成本低: 激光打标是非接触式打标,不受通常模具打标的疲劳使用寿命的限制。在批量加工使用中的维护成本极低。

  在电梯行业中,激光打标应用较广如按钮面板上的字符、铭牌上的内容、产品的序列号、产品的条形码,以往此类产品一般采用机械雕刻、化学腐蚀、丝网印刷,机械雕刻时简单仿形铣需要加工字模,电脑雕刻虽然不需要字模,但是设备投资高,且和仿形铣一样加工时间长和刀具耗材高;化学腐蚀需要制作胶片,且加工过程中稍不注意在不应腐蚀的地方出现腐蚀的现象容易产生整块面板的报废;丝网印刷时需要制作胶片和丝网板,且丝印的标记耐磨性差。在以往的激光打标中以本色和黑色为多,随着技术的进步,现有的激光打标机厂家已经开发出可在金属板上实现七色打标。

  三、激光测量

  回顾电梯安装检校的发展历史,百多年来一直沿用古老的吊线放样方法,检校亦如此,现今也是主流。但随着激光技术的渗入,现在安装检校上也开始使用到激光技术,电梯导轨测量仪就是其中一例,电梯导轨测量仪是针对电梯导轨安装、检测而研究设计的专用高精度基准仪器,它将激光技术、图像处理技术、数字信号处理技术整合在一起,可广泛应用于电梯安装、施工、检测及维保。电梯导轨测量仪一般检测电梯导轨以下方面:

  1.铅垂性

  建筑物建成后由于各种因素的影响都会产生不均匀沉降,大楼会向某一个方向倾斜,此时导轨也跟着大楼而倾斜,轿厢的导靴将压向T型轨的某个工作面,这个力的大小,若按电梯满载时总重2000kg计算,那么导轨垂直度偏离1°,就会产生35公斤的侧向力,而且这是一个持续载荷,它将增加对导靴的磨损,所以导轨的安装都以铅垂线做基准。

  2.直线性

  在导轨安装过程中会出现直线性的偏差。这个偏差的存在会使电梯轿厢在运行中产生水平加速度,一旦这个偏差足够大,它将影响乘坐舒适感,严重时将使井道的信息采集产生错误的信号,这将会影响电梯的安全运行。

  导轨直线性偏差是沿着X、Y轴两方向的正负偏差。(见图1)

  

中科煜宸

 

  国家电梯安装验收标准对导轨安装做了严格规定,《GB50310-2002》中规定“两列导轨顶面间的距离偏差应为:轿厢导轨0~+2mm;对重导轨0~+3mm”,“轿厢导轨和设有安全钳的对重导轨工作面(包括侧面与顶面)与安装基准线的偏差不应大于0.6/5000mm。”

  3.平行性

  电梯是在两根导轨上运行,因此也就存在两根导轨在空间上的平行性问题。(见图2)两根导轨在Y向上的不平行,主要表现在轨距间的变化,如果两根导轨间距时大时小,就会造成电梯的左右晃动和摩擦力的变化,并引起附加的振动。因此在7588国家标准中对于轨距要求上偏差为2mm下偏差为0的规定。现在通常的做法是用找道尺来解决这个问题。

  

中科煜宸

 

  同样道理,两根导轨若X方向上有误差,会造成X方向的空间不平行。(见图3)

  

中科煜宸

 

  这个误差如果超出了一定的范围,也会严重影响电梯的运行。由于传统的方法中缺少一个比对基准,这样很难确定X向的误差大小。通过大量的在线运行电梯导轨检测的实际情况看,有许多问题都出现在两根导轨在X向的平行性上。因此,两根导轨在空间上的平行性也是影响电梯舒适运行的一个重要因素,也是电梯安装业内人士一直重视的问题。

  4.共面性(导轨的扭曲)

  导轨安装时除了要注意上述的几个问题外,而且还要注意解决两根导轨侧工作面共不共面的问题,即导轨的扭曲问题,在实践中这点对轿厢的运行也是非常重要的。(见图4)

  

中科煜宸

 

  今后,我相信随着激光技术的发展会有越来越多的激光加工技术在电梯行业的得到应用和推广,也必将推动我国的电梯技术向新的更高领域发展。

  本文作者:南通中尧特雷卡电梯产品有限公司 陈金根

  参考文献:1.姚远《激光加工技术在国内外汽车工业中的应用概况》《金属加工••热加工》2008年第5期

  2.相关《产品说明书》大连经济技术开发区拉特激光技术开发有限公司

  (责任编辑:激光制造网通讯员)来源:《中国电梯》2009年一期

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