激光加工因不需要加工工具,加工速度快、效率高、表面变形小、可以加工各种硬脆和难溶的材料,所以应用非常广泛。
激光加工是指利用光能经过透镜聚焦后,形成能量密度很高的激光束,照射在工件的加工表面上,依靠光热效应来加工各种材料的一种加工方法。
如图9-4所示是固体激光器加工原理示意图。通过光学系统可以使激光聚焦成一个极小的光斑(从而获得极高的能量密度和极高的温度),当它照射在工件的加工表面时,光能被工件吸收并迅速转化为热能,温度高达10000℃以上,使材料瞬间(千分之几秒或更短的时间)熔化甚至汽化而形成小坑,随着激光能量的不断吸收和热扩散,使斑点周围材料也熔化,材料小坑内金属蒸气迅速膨胀,压力突然增大产生微型爆炸,在冲击波的作用下将熔融材料喷射出去,并在工件内部产生一个方向性很强的反冲击波,于是在工件加工表面打出一个具有一定锥度(上大下小)的小孔。
图9-4 固体激光器加工原理示意图
1)加工范围广。由于激光加工的功率密度高,几乎可以加工各种金属和非金属材料。特别适用于加工高熔点材料、耐热合金、陶瓷、石英、金刚石、硬质合金、宝石等硬脆材料。
2)激光可以通过聚焦后,形成微米级的光斑,又可以调节输出功率的大小,所以,可用于精密微细加工。如加工直径为0.01mm的小孔和窄缝切割加工等。
3)激光加工是高能束流的非接触加工,所以无明显的机械力,也没有工具损耗。加工速度快,热影响区小,易实现加工过程自动化。
4)加工性能好,工件可以离开加工机进行加工,并能通过透明体进行加工。
5)激光加工是一种瞬时、局部熔化、汽化的热加工,影响因素很多。因此,在进行精微加工时,精度尤其是重复精度和表面粗糙度难保证,必须通过反复试验,寻找合理的参数。
6)工作时,操作者应戴防护眼镜,要注意通风。(www.xing528.com)
(1)激光打孔
激光打孔是激光加工在机械制造中应用最广的加工方法。它主要用于在特殊零件或特殊材料上孔的加工。如火箭发动机和柴油机的喷油嘴、化学纤维喷丝板、钟表及仪表中的宝石轴承和金刚石拉丝模等零件上的微细孔加工,孔径可小到0.01mm以下,孔深与孔径之比可达50以上。由于激光打孔是自动化连续打孔,所以速度极快、生产效率极高,如加工红宝石轴承上的小孔,每分钟可连续加工几十个。
(2)激光切割
激光切割与激光打孔的原理基本相同。但在切割时需移动工件或激光束(一般移动零件),用能量很高的激光束沿切口连续打一排小孔就可以把工件割开。在生产中,激光切割常采用CO2激光器及同轴吹氧工艺,以提高切割速度和表面粗糙度。激光可以切割金属、陶瓷、玻璃、半导体材料、布、纸、橡胶、木材等各种材料,切割效率高、切缝窄,并可十分方便地切割出各种曲线形状。
(3)激光焊接
激光焊接与激光打孔的原理有所不同。由于焊接时不需要将工件材料汽化蚀除,而只要将工件的加工区烧熔,使其粘接在一起即可,因此所需能量密度较低,为105~107W/cm2。激光焊接具有时间短、效率高、热影响区小、无喷渣、被焊材料不易氧化和焊缝质量高等特点,既可以焊接同种材料,也可以焊接异种材料,还可以透过玻璃进行焊接。
(4)激光表面热处理
利用能量密度为103~105W/cm2的激光对金属表面进行扫描,并调整其扫描速度,便可以对铸铁、中碳钢甚至低碳钢等材料进行激光表面淬火,并且具有零件表层的加工速度极快、内部受热极小、工件不产生热变形等特点,特别适合于形状复杂工件的加工。
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