激光加工技术

激光加工技术

学院: 电子与电气工程学院

姓名：

学号： 1111205323

姜风雷

摘要

激光加工是一门研究激光与材料相互作用的科学技术,属于高新技术领域。现阶段,一方面受相关学科发展带动,另一方面由市场需要拉动,国内很快形成了激光加工产业。激光加工属于先进制造技术,特别是国家提出“加快振兴装备制造业”的号召,为激光加工的发展提供了巨大空间。多种新材料的涌现、崭新的需求、特殊环境下的应用等都要求先进制造技术为其提供零部件成型工艺。这种上下游的推动,也向激光加工技术提出各种实用化、优质、可靠的加工手段的要求,要求它既要自身高技术化、又要为新材料提供高技术服务,做到与高技术发展相辅相成。

现代制造技术特种加工 --激光加工

随着科学技术的发展和社会需求的多样化，产

1、激光加工的起源和原理

品的竞争越来越激烈，更新换代的周期也越来越短。为此，要求不但能根据市场的要求尽快设计出新产品，而且能在尽可能短的时间内制造出原型，从而进行性能测试和修改，最终形成定型产品。而在传统制造系统中，需要大量的模具设计、制造和调试等工作，成本高，周期长，已不能适应日新月异的市场变化。为了提高研发和生产速度，快速而精确地制作出高质量、低成本的模具和产品，能对市场变化做出敏捷响应，人们作了大量的研究和探索工作。随着工业激光器价格的不断下降和工业激光加工技术的日益成熟，给模具制造和产品生产工艺带来了重大变革激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。 2、激光加工的特点优势：

2.1由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可

激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的

调，因此可以实现多种加工的目的。

2.2它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。

2.3激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。

2.4激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。

2.5它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。

2.6由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。

2.7使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。 3、激光加工的应用

激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上

达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、焊接、热处理等。 某些具有亚稳态能级的物质，在外来光子的激发下会吸收光能，使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目——粒子数反转，若有一束光照射，光子的能量等于这两个能相对应的差，这时就会产生受激辐射，输出大量的光能。激光加工的应用主要有以下几个方面：

3.1、激光钻孔 早期激光钻孔采用定点冲击法：即在一个位置上用脉冲激光束不停地加工，直至孔通。这种加工方法，使加工的孔深和孔径均受到限制。 高重复频率YAG激光器进入实用阶段后，出现了旋切钻孔法(Trepanning)，即用专用光学旋转头或数控自动生成圆轨迹进行激光套料加工。这不仅消除了孔径限制，且由于有辅助吹气，加工区呈半敞开式，熔融物易排出，故孔表面质量好。

对于分布有大量相同规格小孔的零件，特别是回转体，当前又发展了飞行打孔法(Drilling on the fly)，即激光对一个孔位加工一个脉冲后，不管孔是否打通，工件都利用光脉冲间隙快速运动(移动或转动)到下一个孔位，如此进行多次循环对同一位置多次冲击，直至完成所有孔的加工。其优点是激光脉冲间隙的时间被用作零件孔的位移，可大大提高加工速度。钻孔速度目前为每秒数10孔，

预计可达每秒500孔 (亚毫米孔径)。技术的关键在于激光到达，工件必需运动到位，这对非均布孔来说有很大难度。用CNC闭环控制系统控制，当孔加工速率更高时，为保证圆的孔形，在激光作用时间内，激光束必须与零件同步运动。激光飞行打孔在航空零件加工中已得到了应用，环形燃烧室的冷却孔加工是典型的应用实例。此外，高速飞机的机翼和发动机进气道的前沿，气流极易与翼表面分离，形成紊流增大而气动力损失，为此，设计了有吸气功能的层流翼(短舱)套，其表面是由1mm厚的钛合金板制成，上面分布了1200万至10亿个锥孔，外表面孔径0.06mm，内表面孔径为0.1mm，孔间距为0.3～1mm，层流翼套的小孔也是用飞行打孔法完成的。

对于微米量级孔径的筛孔，用准分子激光或调Q的YAG激光快速扫描加工(每秒可加工数千孔)可得到满意的结果。

3.2、激光切割技术 激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。现代的激光成了人们所幻想追求的“削铁如泥”的“宝剑”。 以我公司CO2激光切割机为例，整个系统由控制系统、运动系统、光学系统、水冷系统、排烟和吹气保护系统等组成，采用最先进的数控模式实现多轴联动及激光不受速度影响的等能量切割，同时支持DXP、PLT、CNC等图形格式并强化界面图形绘制处理能力；采用性能优越的进口伺服电机和传动导向结构实现在高速状态下良好的运动精度。激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下，通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率的脉冲激光，形成一定频率，一定脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬间高温熔化或气化被加工材料。每一个高能量的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机控制下，激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点，这样就会把物体加工成想要的形状。切割时,一股与光束同轴气流由切割头喷出，将熔化或气化的材料由切口的底部吹出(注：如果吹出的气体和被切割材料产生热效反应,则此反应将提供切割所需的附加能源；气流还有冷却已切割面，减少热影响区和保证聚焦镜不受污染的作用)。与传统的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割质量(切口宽度窄、热影响区小、切口光