第七章其他特种加工技术 激光束加工
第七章 其他特种加工技术 激光束加工
第七章其他特种加工技术 1.激光加工的原理与特点 1)激光加工的原理 激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。由 于激光的发散角小和单色性好,理论上可以聚焦到尺寸与光 的波长相近的(微米甚至亚微米小斑点上,加上它本身强度 高,故可以使其焦点处的功率密度达到107~1011W/cm2, 温度可达10000℃以上。在这样的高温下,任何材料都将瞬 时急剧熔化和汽化,并爆炸性地高速喷射出来,同时产生方 向性很强的冲击。因此,激光加工(如图1所示)是工件在光热 效应下产生高温熔融和受冲击波抛出的综合过程
第七章 其他特种加工技术 1. 激光加工的原理与特点 1) 激光加工的原理 激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。由 于激光的发散角小和单色性好，理论上可以聚焦到尺寸与光 的波长相近的(微米甚至亚微米)小斑点上，加上它本身强度 高，故可以使其焦点处的功率密度达到107～1011 W/cm2， 温度可达10 000℃以上。在这样的高温下，任何材料都将瞬 时急剧熔化和汽化，并爆炸性地高速喷射出来，同时产生方 向性很强的冲击。因此，激光加工(如图1所示)是工件在光热 效应下产生高温熔融和受冲击波抛出的综合过程
第七章其他特种加工技术 456 1—激光器;2激光束 3—全反射棱镜;4聚焦物 工件;6一工作台 图1激光加工示意图
第七章 其他特种加工技术 图1 激光加工示意图 1 2 3 4 5 6 1—激光器； 2—激光束； 3—全反射棱镜； 4—聚焦物镜； 5—工件； 6—工作台
第七章其他特种加工技术 2)激光加工的特点 激光加工的特点主要有以下几个方面: (1)几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加 (2)激光能聚焦成极小的光斑,可进行微细和精密加工 如微细窄缝和微型孔的加工。 (3)可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其 它地点进行加工。 (4)加工时不需用刀具,属于非接触加工,无机械加工 变形。 (5)无需加工工具和特殊环境,便于自动控制连续加工, 加工效率高,加工变形和热变形小
第七章 其他特种加工技术 2) 激光加工的特点 激光加工的特点主要有以下几个方面： (1) 几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加 工。 (2) 激光能聚焦成极小的光斑，可进行微细和精密加工， 如微细窄缝和微型孔的加工。 (3) 可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其 它地点进行加工。 (4) 加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工 变形。 (5) 无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工， 加工效率高，加工变形和热变形小
第七章其他特种加工技术 2.激光加工基本设备及其组成部分 激光加工的基本设备由激光器、导光聚焦系统和加工机 (激光加工系统)三部分组成 1)激光器 激光器是激光加工的重要设备,它的任务是把电能转变 成光能,产生所需要的激光束。按工作物质的种类可分为 固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器四 大类。由于HeNe(氨一氖)气体激光器所产生的激光不仅容 易控制,而且方向性、单色性及相干性都比较好,因而在 机械制造的精密测量中被广泛采用。而在激光加工中则要 求输出功率与能量大,目前多采用二氧化碳气体激光器及 红宝石、钕玻璃、YAG(掺钕钇铝石榴石)等固体激光器
第七章 其他特种加工技术 2. 激光加工基本设备及其组成部分 激光加工的基本设备由激光器、导光聚焦系统和加工机 (激光加工系统)三部分组成。 1) 激光器 激光器是激光加工的重要设备，它的任务是把电能转变 成光能，产生所需要的激光束。按工作物质的种类可分为 固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器四 大类。由于He-Ne(氦—氖)气体激光器所产生的激光不仅容 易控制，而且方向性、单色性及相干性都比较好，因而在 机械制造的精密测量中被广泛采用。而在激光加工中则要 求输出功率与能量大，目前多采用二氧化碳气体激光器及 红宝石、钕玻璃、YAG(掺钕钇铝石榴石)等固体激光器
第七章其他特种加工技术 2)导光聚焦系统 根据被加工工件的性能要求,光束经放大、整形、聚 焦后作用于加工部位,这种从激光器输出窗口到被加工 工件之间的装置称为导光聚焦系统。 3)激光加工系统 激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内 移动的工作台及机电控制系统等。随着电子技术的发展, 许多激光加工系统已采用计算机来控制工作台的移动, 实现激光加工的连续工作
第七章 其他特种加工技术 2) 导光聚焦系统 根据被加工工件的性能要求，光束经放大、整形、聚 焦后作用于加工部位，这种从激光器输出窗口到被加工 工件之间的装置称为导光聚焦系统。 3) 激光加工系统 激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内 移动的工作台及机电控制系统等。随着电子技术的发展， 许多激光加工系统已采用计算机来控制工作台的移动， 实现激光加工的连续工作
第七章其他特种加工技术 3激光加工的应用 1)激光打孔 随着近代工业技术的发展,硬度大、熔点高的材 料应用越来越多,并且常常要求在这些材料上打出又 小又深的孔,例如,钟表或仪表的宝石轴承,钻石拉 丝模具,化学纤维的喷丝头以及火箭或柴油发动机中 的燃料喷嘴等。这类加工任务,用常规的机械加工方 法很困难,有的甚至是不可能的,而用激光打孔,则 能比较好地完成任务
第七章 其他特种加工技术 3. 激光加工的应用 1) 激光打孔 随着近代工业技术的发展，硬度大、熔点高的材 料应用越来越多，并且常常要求在这些材料上打出又 小又深的孔，例如，钟表或仪表的宝石轴承，钻石拉 丝模具，化学纤维的喷丝头以及火箭或柴油发动机中 的燃料喷嘴等。这类加工任务，用常规的机械加工方 法很困难，有的甚至是不可能的，而用激光打孔，则 能比较好地完成任务
第七章其他特种加工技术 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 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
第七章 其他特种加工技术 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
第七章其他特种加工技术 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。 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
第七章 其他特种加工技术 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。 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
第七章其他特种加工技术 平面镜 激光器 聚焦透镜 激光束 喷嘴 辅助气体 钛合金 图2CO2气体激光器切割钛合金示意图
第七章 其他特种加工技术 平面镜 激光束 辅助气体 钛合金 喷 嘴 聚焦透镜 激光器 图2 CO2气体激光器切割钛合金示意图