激光加工技术范例.ppt

激光打孔中，要详细了解打孔的材料及打孔要求。从理论上讲，激光可以在任何材料的不同位置，打出浅至几微米，深至二十几毫米以上的小孔，但具体到某一台打孔机，它的打孔范围是有限的。所以，在打孔之前，最好要对现有的激光器的打孔范围进行充分的了解，以确定能否打孔。 激光打孔的质量主要与激光器输出功率和照射时间、焦距与发散角、焦点位置、光斑内能量分布、照射次数及工件材料等因素有关。在实际加工中应合理选择这些工艺参数。 激光打孔影响因素 输出功率和打孔时间 焦距和发散角 焦点位置 光斑内能量分布 激光多次照射 工件材料 激光的输出功率大、照射时间长时，工件所获得的激光能量也大。 激光的照射时间一般为几分之一到几毫秒。当激光能量一定时，时间太长，会使热量传散到非加工区，时间太短，则因功率密度过高而使蚀除物以高温气体喷出，都会使能量的使用效率降低。 发散角小的激光束经短焦距的聚焦物镜以后，在焦面上可以获得更小的光般及更高的功率密度。焦面上的光斑直径小，所打的孔小，而且，由于功率密度大，激光束对工件的穿透力也大，打出的孔不仅深，而且锥度小。所以，要减少激光束的发散角，并尽可能的采用短焦距物镜（20mm左右），只有在一些特殊情况下，才采用较长的焦距。 激光束焦点位置对于孔的形状和深度都有很大影响。当焦点位置很低时，透过工作表面的光斑面积大，这不仅会产生很大的喇叭口，还会影响加工深度。焦点逐渐提高，孔深也增加，但焦点过高，同样会分散能量密度而无法加工下去。一般激光的实际焦点在工件表面或略微低于工件表面。 在基模光束聚焦的情况下，焦点的中心强度I0最大，越是远离中心，光强度越小，能量是以焦点为轴心对称分布的，这种加工出的孔是正圆形的，如图a。当激光束不是基模输出时，其能量分布是不对称的，打出的孔也必然是不对称的，如图b。如果焦点附近有二个光斑（存在基模和高次模），则打出的孔如图c。 用激光照射一次，加工的深度大约是孔径的5倍，但锥度较大。 如果用激光多次照射，其深度可以增加，锥度可以较小，而孔径几乎不变。但是，孔的深度并不是与照射次数成正比，而是加工到一定深度后，由于孔内壁的反射、透射以及激光的散射，使孔的前段能量密度不断减小，以致不能继续打下去。 多次照射能在不扩大孔径的情况下将孔打深是由于“光管效应”的结果。如图5-13所示，第一次照射打出不太深的孔，第二次照射时，聚焦光在第一次照射所打的孔内发散，由于光管效应，发散的光在孔壁上反射而向下深入孔内，延伸孔的深度，但孔径基本不变。所以，多次照射能加工出深而锥度小的孔来，多次照射的焦点位置以宜固定在工件表面而不宜逐渐移动。 上图是用红宝石激光器照射钢表表面时获得的工件表面粗超度与加工深度关系的实验曲线。结果表明，工件表面粗超度值越小，其吸收效率越低，打的孔也就越浅。 激光打孔特点 1）可加工精度高、深径比大的微小孔 2）能加工小至几微米的小孔 3）可加工异形孔 4）能在所有金属和非金属材料上打孔 5）容易实现自动化，加工效率高 4.2、 激光切割 激光切割(如图2所示)的原理与激光打孔相似，但工件与激光束要相对移动。在实际加工中，采用工作台数控技术，可以实现激光数控切割。 图2 CO2气体激光器切割钛合金示意图 激光切割大多采用大功率的CO2激光器，对于精细切割，也可采用YAG激光器。 激光可以切割金属，也可以切割非金属。在激光切割过程中，由于激光对被切割材料不产生机械冲击和压力，再加上激光切割切缝小，便于自动控制，故在实际中常用来加工玻璃、陶瓷、各种精密细小的零部件激光切割过程中，影响激光切割参数的主要因素有激光功率、吹气压力、材料厚度等。 激光切割特性 1）能切割任何难加工的高熔点材料、耐高温和硬脆材料 2）切割精度高 3）非接触切割 4）切割速度高 5）切割的深度比高 6）切割质量优良 7）可与计算机数控技术结合，实现自动化加工 图3 振镜式激光打标原理 4.3、 激光打标 激光打标是指利用高能量的激光束照射在工件表面，光能瞬时变成热能，使工件表面迅速产生蒸发，从而在工件表面刻出任意所需要的文字和图形，以作为永久防伪标志(如图所示)。 激光打标的特点是非接触加工，可在任何异型表面标刻，工件不会变形和产生内应力，适于金属、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等各种材料；标记清晰、永久、美观，并能有效防伪；标刻速度快，运行成本低，无污染，可显著提高被标刻产品的档次。 激光打标广泛应用于电子元器件、汽(摩托)车配件、医疗器械、通讯器材、计算机外围设备、钟表等产品和烟酒食品防伪等行业。 4.4激光焊接 当激光的功率密度为105～107 W/cm2，照射时间约为1/100 s左右时，可进行激光焊接。激光焊接一般无需焊