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    鋼材/模具

    激光切割——鐵氧體加工新趨勢

    星之球科技 來源:華日激光2021-12-29 我要評論(0 )   

    1什么是鐵氧體材料?鐵氧體是一種含有鐵元素的復合氧化物材料。隨著20世紀40年代無線電技術的發展,鐵氧體磁性材料由于具有高電阻率、較強的介電性能以及在高頻時具有較...

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    什么是鐵氧體材料?


    鐵氧體是一種含有鐵元素的復合氧化物材料。隨著20世紀40年代無線電技術的發展,鐵氧體磁性材料由于具有高電阻率、較強的介電性能以及在高頻時具有較高的磁導率等優點,得到了廣泛的應用。

    在生產工藝上,鐵磁體性能好、成本低、工藝簡單、又能節省大量貴金屬,已成為高頻弱電領域中很有前景的一種非金屬磁性材料[1]。有文獻報道顯示,稀土等軸尖晶石型及石榴石型磁性材料的研制,在某些方面提高了單相鐵氧體材料的電磁性能[2]
    目前無線充電領域中廣泛使用的是基于法拉第電磁感應原理的Qi標準,其定義框架對應使用設備的工作頻率通常在110~205 kHz高頻段[3],這十分有利于鐵氧體發揮其高頻高磁導率的優勢。以軟磁鐵氧體材料制作成的隔磁片,在無線充電系統中起著增高感應磁場和屏蔽線圈磁場,防止金屬電池中形成渦流損耗發熱的作用[4]
    鐵氧體隔磁片的種類分為硬磁片和軟磁片。硬磁片由高溫燒結而成的鐵氧體片,具有較高的導磁率,材質堅硬易開裂,常用在無線充電的發射端。而軟磁片則是由合金磁粉添加到塑膠或橡膠中,再經加工成型制成。軟磁片材質較柔軟,厚度非常薄,可根據無線充電方案所需隔磁片的形狀尺寸進行沖切,定制度較高,常用于無線充電接收端,如圖1。
    圖1 鐵氧體隔磁片在無線充電接收端和發射端的應用

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    激光切割:鐵氧體加工的新趨勢


    激光誕生于20世紀60年代,經過50多年來的發展,已經成為了現代信息社會光電子產業的重要支柱。激光加工作為一種先進制造技術,實現了光、機、電技術相結合,目前正處于向傳統制造技術工藝過程積極滲透的階段[5-6],已廣泛應用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機械制造等國民經濟重要部門,對提高產品質量、勞動生產率和自動化,減少材料消耗,實現零污染等起到越來越重要的作用。

    激光加工通常以切割為主。激光切割是利用經聚焦獲得的高功率密度激光束照射工件,使材料被照射的區域迅即達到熔點,使之溶化和燒蝕,同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質,從而實現割開工件的一種熱切割方法[7-8]

    激光切割具有許多優點:

    ★ 縫窄(0.11 mm~0.15 mm),節省材料;

    ★ 工件熱變形小;

    ★ 只需定位而不需夾緊、劃線,工件無機械應力及表面損傷;

    ★ 能切割脆性材料和極軟、極硬的材料;

    ★ 切口平行度好、切邊潔凈,可直接用于焊接;

    ★ 切割速度高(可達10 m/min以上);

    ★ 易于實現數控或計算機控制,并可多工位操作等。

    由于鐵氧體隔磁片是一種硬度較高的磁片材料,來料為塊狀,需要進行覆膜后裁切,材料硬度較大,用傳統的加工方法容易傷刀,且片材的加工效率較低。因此采用激光加工成為了鐵氧體加工新的趨勢。

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    新型激光加工工藝方案


    光學系統的特光學系統是激光加工的核心,高性能的激光器和配套光學組件確保了光斑均勻性和加工性能,實現了良好的加工效果。

    1) 光學系統


    圖2 加工光路簡易圖
    圖2是加工光路簡易圖。其中激光器為華日激光C系列35 W綠光激光器(圖3),通過華日定制的掃描系統將激光器出射光進行聚焦和掃描,可以實現隨加工表面的不斷變化,實現激光焦距的聯動,從而對鐵氧體進行切割加工。
    圖3 華日C系列35 W綠光激光器外觀圖
    2) 激光器的光學特性
    激光器上升特性、光斑效果、M2趨勢等光學特性的試驗結果如圖4、5、6所示。圖7展示了激光器功率隨重復頻率變化的規律。
    圖4 激光器上升沿曲線
    圖5 激光器的光斑
    圖6 激光器的M2數據
    圖7 激光器功率隨重復頻率變化規律圖
    由上圖表所示,華日C系列35 W綠光激光器上升沿良好,功率隨著重復頻率的變化始終穩定在30-40 W之間,激光器的兼容性好,同時輸出的光斑圓度大于90%,M2小于1.2,具有較好的光束質量。

    表1 工藝參數表

    采用華日激光C系列35 W綠光激光器對鐵氧體隔磁片進行切割加工,制定的參數為重復頻率在100-250 kHz,脈寬在0.5-1.0μs,掃描速度在2500-3000 mm/s,加工次數為80-100次,CT時間在2 min左右。


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    結論


    通過上圖,我們可以看到,采用該套工藝參數,華日C系列35 W綠光激器對鐵氧體隔磁片的切割效率快,切割效果佳,切割邊緣有輕微的熱影響,如圖8所示。

    圖8 鐵氧體切割效果示意圖

    參考文獻

    [1] 李萌遠,李國棟.鐵氧體物理學.北京:北京出版社,1978.

    [2] Tsang-Tse Fang,Hwang J B,Shiau F S.Conductivity mecharism of La3+doped M-type calcium ferrite[J]. Journal of Materials Science letters,1992,11(18):1217~1218.

    [3] 陳新,張桂香.電磁感應無線充電的聯合仿真研究[J].電子測量與儀器學報2014,28(4):434-440.

    [4] 陳德清.電動汽車無線充電系統損耗分析及結構優化[D].北京:中國科學院大學,2015.

    [5] 邱小林.激光熔覆TiC金屬基陶瓷涂層的研究[J].熱加工工藝,2006,35(10):19-22.

    [6] 唐英,楊杰.激光熔覆鎳基粉末涂層的研究[J].熱加工工藝,2004,(2):16- 17.

    [7] Fomin V M,Malikov A G,Orishich A M,et al.Similarity of Heat Fluxes upon Laser Oxygen Cutting of Steel [J].TECHNICAL PHYSICS(S1028-3358),2011,436(2):184-187.

    [8] 洪蕾,米承龍,李力鈞.底部氣流對CO2激光切割硅鋼切口質量的影響[J].光學學報,2008,28(3):522-527.HONG Lei,MI Cheng-long,LI Li-jun.Influence of Gas Flow under Workpiece in CO2Laser Cutting Silicon Steel[J].ACTA OPTICA SINICA,2008,28(3):522-527.


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