CN108326435B - 一种模具钢的激光打标方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模具钢的激光打标方法，其中，包括步骤：采用脉冲宽度为90～110ns的长脉宽激光器，以45～55kHz的激光频率对模具钢进行激光打标；打标时，控制激光的填充间距为0.008～0.015mm，并同时控制激光打标的速度为380～450mm/s。本发明通过采用长脉宽高频率的激光，在优选的填充密度和低打标速度下对模具钢进行标记加工，能够在保证足够热量的同时又保证不存在瞬间的峰值功率，从而达到加热汽化去除模具钢表面钢材而又不伤害底材的效果，加工后去除钢材的部位与未加工部位形态一致，边界清晰笔直，表面平滑无手感无深度，耐脏污，并且完美保留了模具钢的耐腐蚀、耐磨优点，能持久保存。

Description

一种模具钢的激光打标方法
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种模具钢的激光打标方法。
背景技术
随着消费电子市场需求的多样化，越来越多的电子产品的标识使用移印代替传统的丝印。油墨移印的原理是：先将设计的图案蚀刻在印刷平板上，把蚀刻板涂上油墨，然后通过硅胶头将其中的大部分油墨转印到被印刷物体上。使电子产品呈现出移印模具的内容。移印模具的要求严格较多，比如深度、大小、边沿、底纹等。移印内容较适宜深度是100-150μm，太浅会导致油墨偏少，立体感不强，太深会导致油墨溢出，边沿有毛刺感。
模具钢主要成分是铁，还有碳等成分，在模具钢表面进行比较明显的深度标记，传统工艺是利用化学溶液的酸性，对铁进行溶解腐蚀，形成凹凸成型的效果。该加工方法存在严重缺陷：去除模具钢后钢材表面呈现磨砂颗粒状，结构很不稳定，在日常使用过程中容易沾染脏污，难于去除；并且大量使用后字符会呈现一定的深度，容易藏污纳垢，边缘粗糙，外观效果较差。传统蚀刻后边沿不整齐，并且文字越小变形更加严重，虽然有一定深度，但是底纹不平整(参照图4所示)。另外，传统的激光在模具钢表面标记时是打标成棕色、白色，或者黑色；激光标记只是在表面，大大影响了产品移印的效果。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种模具钢的激光打标方法，从而克服现有技术中在模具钢表面进行深度标记的方法存在边沿不整齐和底纹不平整，或者只标记在表面，影响产品移印效果的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种模具钢的激光打标方法，其中，包括步骤：
采用脉冲宽度为90～110ns的长脉宽激光器，以45～55kHz的激光频率对模具钢进行激光打标；
打标时，控制激光的填充间距为0.008～0.015mm，并同时控制激光打标的速度为380～450mm/s。
所述的模具钢的激光打标方法，其中，所述方法还包括步骤：
找取焦点：打标前，先找取焦点，然后将焦点往下降预定距离，使激光偏离焦点后不完全聚焦。
所述的模具钢的激光打标方法，其中，所述方法还包括步骤：
放置物料：找取焦点前，先将模具钢放置到预定的达标位置，使用红光预览对正工件正中心与镜头正中心。
所述的模具钢的激光打标方法，其中，所述方法还包括步骤：
清洁打标部位：放置物料前，将模具钢表面需要进行激光打标的部位清洁干净。
所述的模具钢的激光打标方法，其中，所述方法还包括步骤：
清除氧化膜：打标后，取下模具钢，清除激光加工后钢材汽化时黏附到模具钢表面的氧化膜。
所述的模具钢的激光打标方法，其中，采用脉冲宽度为100ns的长脉宽激光器。
所述的模具钢的激光打标方法，其中，以50kHz的激光频率对模具钢进行激光打标。
所述的模具钢的激光打标方法，其中，打标时，控制激光的填充间距为0.01mm。
所述的模具钢的激光打标方法，其中，打标时，控制激光打标的速度为400mm/s。
所述的模具钢的激光打标方法，其中，打标前，先使用铝片进行焦点找取，然后将焦点往下将2.6～3.0mm。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种模具钢的激光打标方法，通过采用长脉宽高频率的激光，在优选的填充密度和低打标速度下对模具钢进行标记加工，能够在保证足够热量的同时又保证不存在瞬间的峰值功率，从而达到加热汽化去除模具钢表面钢材而又不伤害底材的效果，加工后去除钢材的部位与未加工部位形态一致，边界清晰笔直，表面平滑无手感无深度，耐脏污，并且完美保留了模具钢的耐腐蚀、耐磨优点，能持久保存。
附图说明
图1是本发明实施例的模具钢的激光打标设备结构示意图。
图2是本发明实施例的模具钢的激光打标方法的流程图。
图3是本发明实施例中激光打标的扫描方向示意图。
图4是采用传统化学方法加工的模具钢的效果图。
图5是采用本发明所述激光打标方法加工的模具钢的效果图。
图6是本发明所述激光打标方法加工的模具钢做出的移印字符效果图。
具体实施方式
本发明提供一种模具钢的激光打标方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的模具钢的激光打标设备，如图1所示，包括：打标软件1、电气控制2、激光器3、振镜系统4、聚焦镜头5。其中，所述打标软件用于根据模具钢6的位置、大小信息调用激光打标参数进行打标。所述电气控制用于对激光器提供能量电源，控制激光光束的输出方式。所述激光器用于为激光加工材料表面提供激光光源。所述振镜系统包括X振镜和Y振镜，由扫描电机和光学反射镜片组成，利用扫描电机带动光学镜片进行偏转式的运动，将激光按照控制软件指定的位置进行定位标记。所述聚焦镜头用于使激光光束聚焦到某一平面的激光光斑特性一致。
基于以上设备，本发明实施例提供的一种模具钢的激光打标方法，如图2所示，包括：
步骤S100、采用脉冲宽度为90～110ns的长脉宽激光器，以45～55kHz的激光频率对模具钢进行激光打标；
步骤S200、打标时，控制激光的填充间距为0.008～0.015mm，并同时控制激光打标的速度为380～450mm/s。
所述步骤S100和所述步骤S200在具体实施时，需要先进行参数设置：设置打标速度为380～450mm/s，激光频率为45～55kHz，激光填充密度为0.008～0.015mm，功率为6～8W；然后进行激光雕刻：打标软件根据输入的激光参数，把激光参数发送给激光器，输出对应的光源进行打标。另外，在进行参数设置之前，还需要进行图形编辑：对移印的图形、文本进行内容编辑、尺寸修改。
本发明通过采用长脉宽高频率的激光，在优选的填充密度和低打标速度下对模具钢进行标记加工，能够在保证足够热量的同时又保证不存在瞬间的峰值功率，从而达到加热汽化去除模具钢表面钢材而又不伤害底材的效果，加工后去除钢材的部位与未加工部位形态一致，边界清晰笔直，表面平滑无手感无深度，耐脏污，并且完美保留了模具钢的耐腐蚀、耐磨优点，能持久保存。
进一步的，本实施例中，所述模具钢的激光打标方法还包括步骤：
找取焦点：打标前，先找取焦点，然后将焦点往下降预定距离，使激光偏离焦点后不完全聚焦。具体实施时，打标前，可以先使用铝片进行焦点找取，然后将焦点往下将2.6～3.0mm，使得激光偏离焦点后不完全聚焦，不会形成四氧化三铁，达到最佳的雕刻效果。
进一步的，本实施例中，所述模具钢的激光打标方法还包括步骤：
放置物料：找取焦点前，先将模具钢放置到预定的达标位置，使用红光预览对正工件正中心与镜头正中心。具体实施时，将需要激光去除钢材的模具钢工件放置到预定的达标位置，使用红光预览对正工件正中心与镜头正中心，两心基本重合激光雕刻效果最佳。
进一步的，本实施例中，所述模具钢的激光打标方法还包括步骤：
清洁打标部位：放置物料前，将模具钢表面需要进行激光打标的部位清洁干净。具体实施时，可以使用酒精把需要激光去除钢材的模具钢工件表面擦拭干净，尤其是需要打标的部位，去除油污并擦拭脏污，吹干并检查表面的洁净度。
进一步的，本实施例中，所述模具钢的激光打标方法还包括步骤：
清除氧化膜：打标后，取下模具钢，清除激光加工后钢材汽化时黏附到模具钢表面的氧化膜。具体实施时，打标后，需要进行收取物料和清洁物料。其中，收取物料：激光去除材料后，取下加工物料；清洁物料：用酒精擦除激光加工后钢材汽化时黏附到物料表面的氧化膜。
本发明利用长脉宽高频率的激光，在低打标速度状态下加工，在保证足够热量的同时又保证不存在瞬间的峰值功率，达到破坏模具钢加热汽化钢材且不伤害底材的效果。参见图3所示，打标速度和重复频率决定横向的点叠加率，填充密度决定纵向的线叠加率，本发明去钢材的办法是保证很高的点叠加率达到加热汽化的效果，线叠加率不需要太密，只要小于光斑直径即可，保证激光按线扫描时的覆盖性，扫描时线与线之间有效叠加。
进一步的，本实施例中，优选采用脉冲宽度为100ns的长脉宽激光器。脉冲宽度是指单个脉冲持续的时间，脉冲宽度越小，激光持续时间越短，峰值功率越高，激光的破坏力越大；反之，脉冲宽度越大，激光持续时间越长，峰值功率越低，激光主要体现为热能。本发明优选使用100ns长脉宽红外光纤激光器，脉冲波长为1055nm～1075nm，平均功率为20W。
进一步的，本实施例中，优选以50kHz的激光频率对模具钢进行激光打标。激光重复频率是指脉冲激光器每秒发出的脉冲数，相同时间下，频率越高，单脉冲能量越小，激光的破坏力也越小，此时激光主要体现为热能。本发明优选采用50kHz的激光参数重复频率值，既不会产生铁屑，同时效率也高。
进一步的，本实施例中，打标时，优选控制激光的填充间距为0.01mm。由于激光打标是线扫描方式，即用激光脉冲组成线，一条线一条线往一个方向按照一定的间距叠加，达到激光完全覆盖打标的效果，填充密度足够就行，太密反而影响加工效率。由于本发明优选使用F-Theta-160镜头，聚焦后光斑直径约0.02mm，为了保证填充线的叠加率，经大量实验发现填充间距等于0.01mm的最优值时，既不会产生铁屑，同时效率也高。
进一步的，本实施例中，打标时，控制激光打标的速度为400mm/s。打标速度越快，激光脉冲停留的时间越短，热量散发越快，反之，打标速度越慢，激光停留作用时间越长，热量堆积不易散发。本发明优选采用400mm/s的打标速度，在此速度下，既不会产生铁屑，同时效率也高。
本发明模具钢的激光打标方法，利用激光去除模具钢表面钢材，既不破坏模具钢又能达到深度明显标记的效果，能完美的保留模具钢外观效果、结构稳定的特性。采用本发明方法加工后产品呈现出钢材的本色，并且不破坏旁边的钢材，由于这种全新的激光移印模具的打标方法完美的保留了产品旁边的基材，使得激光加工后的产品同样具备模具钢的特性，底纹与未加工区域一致，外观效果好，边缘无手感，深度可控，耐腐蚀度很高。本发明激光打标去除表面钢材后的效果图如图5所示，从图中可以看出槽内的钢材被汽化了，由于模具钢是银色的，激光去除模具钢表面的钢材后呈现出来的是模具钢的本色。本发明正是利用模具钢表面的这种特殊结构，使用特殊设定好参数的激光汽化掉移印模具钢表面的钢材，在模具钢表面进行明显激光标记的效果。
本发明模具钢的激光打标方法，在具体应用实施时，可以优选采用表1所示的具体工艺参数对模具钢进行激光打标。
表1、具体实施时的激光器的加工参数
名称 数量 单位
填充间距 0.01 mm
填充(打标)次数 800 次
累进角度 30 度
打标速度 400 mm/s
空调速度 3000 mm/s
Q频 50 KHz
Q释放 1 us
功率 7.6 w
激光开延时 -50 us
激光开延时 100 us
走笔延时 1 us
跳转延时 300 us
拐弯延时 10 us
层延时 1000 us
本发明创造性的采用一套全新的激光加工参数：1、使用高频率脉冲激光和较稠密的点间距进行打标，能保证激光作用到每一个凹印；2、使用长脉宽，低峰值的激光模式进行打标，能保证激光能量大部分体现为热能，达到汽化钢材又不伤及旁边钢材的效果；3、采用低打标速度保证激光能量的长时间停留加工，热量不容易散发，达到加热汽化的效果。
本发明提供的模具钢的激光打标方法具有以下优点：既不破坏模具钢，又能完美的保留了模具钢的特性，激光加工后的效果耐脏污、耐腐蚀、耐磨、表面平滑无深度无手感，能持久保存。从图4所示的传统工艺的效果可以看出，传统工艺去除染料后表面形态比未加工区域粗糙很多，并且由于是酸去除加工，打标后有一定深度且边缘效果不清晰，边缘不整齐有毛刺，容易藏污纳垢；而本发明的新工艺效果如图5所示，加工后去除钢材部位与未加工部位形态一致，边界清晰笔直，无手感无深度，并且完美保留了模具钢的耐腐蚀、耐磨优点。采用本发明方法加工的移印模具做出的移印字符效果图如图6所示，从图中可以看出，移印内容深度适宜，立体感强，边沿无毛刺感。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种模具钢的激光打标方法，其特征在于，包括步骤：
采用脉冲宽度为90～110ns的长脉宽激光器，以45～55kHz的激光频率对模具钢进行激光打标；
打标时，控制激光的填充间距为0.008～0.015mm，并同时控制激光打标的速度为380～400mm/s，
其中，打标前，将焦点往下降2.6～3.0mm，使得激光偏离焦点后不完全聚焦。
2.根据权利要求1所述的模具钢的激光打标方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
找取焦点：打标前，先找取焦点，然后将焦点往下降预定距离，使激光偏离焦点后不完全聚焦。
3.根据权利要求2所述的模具钢的激光打标方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
放置物料：找取焦点前，先将模具钢放置到预定的打标位置，使用红光预览对正工件正中心与镜头正中心。
4.根据权利要求3所述的模具钢的激光打标方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
清洁打标部位：放置物料前，将模具钢表面需要进行激光打标的部位清洁干净。
5.根据权利要求1所述的模具钢的激光打标方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
清除氧化膜：打标后，取下模具钢，清除激光加工后钢材汽化时黏附到模具钢表面的氧化膜。
6.根据权利要求1所述的模具钢的激光打标方法，其特征在于，采用脉冲宽度为100ns的长脉宽激光器。
7.根据权利要求1所述的模具钢的激光打标方法，其特征在于，以50kHz的激光频率对模具钢进行激光打标。
8.根据权利要求1所述的模具钢的激光打标方法，其特征在于，打标时，控制激光的填充间距为0.01mm。
9.根据权利要求1所述的模具钢的激光打标方法，其特征在于，打标时，控制激光打标的速度为400mm/s。
10.根据权利要求2所述的模具钢的激光打标方法，其特征在于，打标前，先使用铝片进行焦点找取。
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