Анализ технологии лазерной резки неизолированной медной шины: принципы, преимущества и оптимизация процесса

 

В качестве основного проводящего материала в энергосистеме голые медные шины широко используются в оборудовании для передачи и преобразования энергии, в электроприборах высокого и низкого напряжения, а также в обмотках двигателей. Требования к его характеристикам включают не только превосходную проводимость и механическую прочность, но также строгие стандарты точности обработки и качества поверхности. Традиционные методы обработки, такие как штамповка и волочение, имеют такие проблемы, как остатки заусенцев, концентрация напряжений и длительный цикл обработки, которые трудно удовлетворить требованиям точности, предъявляемым к высококачественному-оборудованию для проводящих деталей. Технология лазерной резки с ее бес-характеристиками бесконтактной обработки обеспечивает инновационное решение для высоко-точной обработки голых медных шин.

 

 

 

 

 

(I) Технический принцип
Лазерная резка фокусирует лазерный луч с высокой-плотностью мощности (плотность энергии может достигать более 10⁶ Вт/см²) для мгновенного нагрева материала поверхности медной шины до температуры испарения (около 2567 градусов) с образованием крошечных отверстий для испарения. В то же время вспомогательный газ высокого-давления (например, азот или кислород), соосный лучу, сдувает остатки расплавленного металла, и непрерывная резка достигается при движении лазерной головки по заданной траектории. Этот процесс сочетает в себе теплопроводность, изменение фазы испарения и динамику воздушного потока для достижения точности обработки на уровне от -микрона-.

(II) Характеристики процесса
Обработка-без напряжений: не-контактная резка позволяет избежать остаточных механических напряжений, возникающих при традиционных процессах штамповки и резки, обеспечивает стабильность внутренней организационной структуры электрической шины и особенно подходит для требований по подключению прецизионных электрических компонентов.

Сверхточное-качество кромки: шероховатость режущей кромки может достигать Ra меньше или равна 12,5 мкм, без заусенцев, шелушения и других дефектов, что сокращает последующие процессы шлифования и напрямую соответствует требованиям к изоляционной упаковке.

Complex shape adaptability: Supports arbitrary two-dimensional and three-dimensional trajectory cutting, and can process ultra-thin row materials and special-shaped structures with a width-to-thickness ratio of >10, преодолевая ограничения формы традиционной обработки пресс-форм.

 

 

 

 

(I) Меры противодействия обработке материалов с высоким-отражающим эффектом
Медь обладает характеристиками высокой отражательной способности (скорость поглощения лазера с длиной волны 1 мкм).<5%) and high thermal conductivity (401 W/(m・K)), which easily leads to laser energy attenuation and thermal deformation. Stable cutting is achieved through the following technical improvements:

Конструкция оптического пути с-высоким-отражением: используйте полностью закрытую систему оптического пути и линзы из много-слойной диэлектрической пленки, чтобы уменьшить повреждение оптических компонентов отраженным светом и обеспечить стабильность выходной энергии.

Energy modulation technology: combining pulsed laser and waveform optimization algorithm, through peak power increase (>10 кВт) и контроль ширины импульса (10-100 мкс) быстро преодолевают порог отражения материала и обеспечивают эффективное испарение.

(II) Скоординированный контроль параметров процесса
Согласование скорости резки: динамически регулируйте скорость (0,5-5 м/мин) в зависимости от толщины пластины (0,5-30 мм), чтобы избежать остатков шлака, вызванных слишком высокой скоростью, или термической деформации, вызванной слишком медленной скоростью.

Оптимизация давления газа: вспомогательный газ 0.5- 2МПа высокого-давления используется для обеспечения своевременного удаления шлака и ингибирования реакции окисления (толщина оксидного слоя составляет менее 10 мкм при использовании азотной защиты).

 

 

Показатели эффективности	Лазерная резка	Традиционная штамповка и стрижка	Электро-электроискровая обработка
Точность размеров	±0,1 мм	±0,5 мм	±0,05 мм
Шероховатость поверхности	Ra Меньше или равно 12,5 мкм	Ra Больше или равно 25 мкм	Ra Меньше или равно 6,3 мкм
Коэффициент использования материала	＞95%	70%-85%	85%-90%
Эффективность обработки	50-200 штук/час	10-30 штук/час	20-50 штук/час
Адаптивность к сложным формам.	Отличный	Бедный	Хороший

 

По сравнению с традиционными процессами технология лазерной резки снижает затраты на пресс-формы и сокращает цикл расстойки (с 72 часов до 4 часов) за счет безформового производства, одновременно сокращая вспомогательные процессы, такие как отжиг и шлифование, и снижая общую стоимость производства на 30%-50%. В новых областях, таких как базовые станции 5G и новые энергетические транспортные средства, его эффективные и гибкие возможности обработки значительно улучшают интегрированное пространство проектирования проводящих компонентов.

 

 

(I) Ключевые моменты контроля процесса
Мониторинг параметров окружающей среды: поддерживайте температуру среды обработки (20 ± 2 градуса) и влажность (относительная влажность менее или равна 60%), чтобы предотвратить влияние окисления поверхности меди на качество резки.

Интеграция онлайн-обнаружения: мониторинг отклонения траектории резки в-времени (точность ±0,05 мм) с помощью визуальной системы CCD в сочетании с алгоритмом искусственного интеллекта для автоматической компенсации ошибок движения.

(II) Направление развития технологий
Применение сверхбыстрого лазера: фемтосекундная (уровень 10⁻¹⁵) лазерная технология позволяет добиться «холодной обработки», значительно уменьшить зону термического воздействия (<50 мкм) и повысить надежность обработки сверх-тонких шин (<0,1 мм).

Интеллектуальная производственная линия. На основе технологии цифровых двойников реализуется само-оптимизация параметров резки и прогнозное обслуживание состояния оборудования, а эффективность обработки повышается более чем на 20 %.

 

 

 

 

Технология лазерной резки стала основным выбором дляголая медная шинаобработка благодаря ее точности, гибкости и эффективности. Благодаря постоянным достижениям в области-мощных волоконных лазеров и интеллектуальных алгоритмов управления эта технология будет и дальше применяться в новой энергетике, производстве высокотехнологичного оборудования и других областях, а также способствовать повышению точности и экологичности обработки проводящих материалов. Участникам отрасли необходимо постоянно оптимизировать параметры процессов и укреплять инновации в области интеграции оборудования, чтобы справиться с постоянно-растущим спросом рынка.