五章節(jié)激光加工技術(shù)ppt課件

1、1第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù) 自然界存在著自發(fā)輻射和受激輻射兩種不同的發(fā)光方式，前者發(fā)出的光是隨處可見的普通光，后者發(fā)出的光便是激光。 激光假設(shè)經(jīng)過透鏡將其聚焦成直徑為幾十微米到幾微米的極小光斑，使能獲得極高的能量密度(1081010Wcm2)。當(dāng)激光照射在工件外表時(shí)，光能被工件吸收并迅速轉(zhuǎn)化為熱能，光斑區(qū)的溫度可達(dá)10000以上，使資料熔化甚至氣化，這就是激光加工。lasser beam machining ,LBM 1960年美國研制勝利世界上第一臺(tái)可用激光加工工的激光器，截止今天激光加工已構(gòu)成一種重要的新興產(chǎn)業(yè)。2第五章第五章 激光加工技

2、術(shù)激光加工技術(shù) 5.1 激光加工的原理和特點(diǎn)激光加工的原理和特點(diǎn)一、激光加工原理一、激光加工原理 激光是一種經(jīng)受激輻射產(chǎn)生的加強(qiáng)光，它具有強(qiáng)度高、單激光是一種經(jīng)受激輻射產(chǎn)生的加強(qiáng)光，它具有強(qiáng)度高、單色性好、相關(guān)性好和方向性好四大綜合性能。色性好、相關(guān)性好和方向性好四大綜合性能。激光的強(qiáng)度和亮度之所以高，緣由在于激光可以實(shí)現(xiàn)光能在空激光的強(qiáng)度和亮度之所以高，緣由在于激光可以實(shí)現(xiàn)光能在空間上和實(shí)際上的亮度集中。間上和實(shí)際上的亮度集中。單色是指波長為一個(gè)確定的數(shù)值，實(shí)踐上單色是指波長為一個(gè)確定的數(shù)值，實(shí)踐上 嚴(yán)厲的單色光是不存嚴(yán)厲的單色光是不存在的，在的，l0為單色光的中心波長，為單色光的中心波長，

3、Dl單色光的譜線寬，單色光的譜線寬， Dl越小，越小，單色性越好。單色性越好。單色性越好，相關(guān)長度越大，光源的相關(guān)性越好。單色性越好，相關(guān)長度越大，光源的相關(guān)性越好。激光的各個(gè)發(fā)光中心是相互關(guān)聯(lián)的定向發(fā)射，可以把光束緊縮激光的各個(gè)發(fā)光中心是相互關(guān)聯(lián)的定向發(fā)射，可以把光束緊縮在很小的立體角內(nèi)。在很小的立體角內(nèi)。3第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù) 激光經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)聚焦后可得到柱狀或帶狀光束，而且光束的粗細(xì)可根據(jù)加工需求調(diào)整，當(dāng)激光照射在工件的加工部位時(shí)，工件資料迅速被熔化甚至氣化。隨著激光能量的不斷被吸收，資料凹坑內(nèi)的金屬蒸氣迅速膨脹，壓力忽然增大，熔融物爆炸式地高速放射出來，在工件內(nèi)部構(gòu)成

4、方向性很強(qiáng)的沖擊波。因此，激光加工是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生高溫熔融和受沖擊波拋出的綜協(xié)作用過程。4第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)圖1 激光加工表示圖1234561激光器；2激光束；3全反射棱鏡；4聚焦物鏡；5工件；6工作臺(tái)5第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)二、二、 激光加工的特點(diǎn)激光加工的特點(diǎn) (1) 幾乎對(duì)一切的金屬和非金屬資料都可以進(jìn)展激幾乎對(duì)一切的金屬和非金屬資料都可以進(jìn)展激光加工。光加工。2加工效率高，可實(shí)現(xiàn)高速切割和打孔加工效率高，可實(shí)現(xiàn)高速切割和打孔3加任務(wù)用時(shí)間短，除加工部位外，幾乎不受熱加任務(wù)用時(shí)間短，除加工部位外，幾乎不受熱影響和不產(chǎn)生熱變形。影響和不產(chǎn)生熱變形。

5、4非接觸加工，工件不受機(jī)械切削力，無彈性變非接觸加工，工件不受機(jī)械切削力，無彈性變形。形。(5激光束容易實(shí)現(xiàn)空間控制時(shí)間控制，可進(jìn)展微細(xì)激光束容易實(shí)現(xiàn)空間控制時(shí)間控制，可進(jìn)展微細(xì)的精細(xì)圖形加工。的精細(xì)圖形加工。6第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)6不存在工具磨損問題。不存在工具磨損問題。7在大氣中無能量損失，設(shè)備簡單，不需求在大氣中無能量損失，設(shè)備簡單，不需求真空室。真空室。8可經(jīng)過空氣、惰性氣體或者光學(xué)透明解質(zhì)，可經(jīng)過空氣、惰性氣體或者光學(xué)透明解質(zhì)，可對(duì)隔離室或真空室內(nèi)工件進(jìn)展加工可對(duì)隔離室或真空室內(nèi)工件進(jìn)展加工9加工時(shí)不產(chǎn)生振動(dòng)和機(jī)械噪聲。加工時(shí)不產(chǎn)生振動(dòng)和機(jī)械噪聲。(10)屬于熱加工

6、，影響要素多。屬于熱加工，影響要素多。(11)產(chǎn)生金屬氣體，火星等飛濺物，操作人員戴產(chǎn)生金屬氣體，火星等飛濺物，操作人員戴防護(hù)眼鏡。防護(hù)眼鏡。7第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù) 激光加工的根本設(shè)備由激光器、激光器光源，光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)組成。激光器：激光加工中的重要設(shè)備，將電能轉(zhuǎn)換成光能，產(chǎn)生激光束。激光器電源：為激光器提供能量和控制功能光學(xué)系統(tǒng)：包括聚焦系統(tǒng)和察看瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)：包括床身、任務(wù)臺(tái)和機(jī)電控制系統(tǒng)。5.2 激光加工根本設(shè)備激光加工根本設(shè)備8第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)二、二、 激光器激光器激光器是激光加工的重要設(shè)備，它的激光器是激光加工的重要設(shè)備，它的義務(wù)是把

7、電能轉(zhuǎn)變成光能，產(chǎn)生所需求義務(wù)是把電能轉(zhuǎn)變成光能，產(chǎn)生所需求的激光束。按任務(wù)物質(zhì)的種類可分為固的激光束。按任務(wù)物質(zhì)的種類可分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和體激光器、氣體激光器、液體激光器和半導(dǎo)體激光器四大類。由于半導(dǎo)體激光器四大類。由于He-Ne(氦氦氖氖)氣體激光器所產(chǎn)生的激光不僅容易控氣體激光器所產(chǎn)生的激光不僅容易控制，而且方向性、單色性及相關(guān)性都比制，而且方向性、單色性及相關(guān)性都比較好，因此在機(jī)械制造的精細(xì)丈量中被較好，因此在機(jī)械制造的精細(xì)丈量中被廣泛采用。而在激光加工中那么要求輸廣泛采用。而在激光加工中那么要求輸出功率與能量大，目前多采用二氧化碳出功率與能量大，目前多采用二氧化

8、碳?xì)怏w激光器及紅寶石、釹玻璃、氣體激光器及紅寶石、釹玻璃、YAG(摻摻釹釔鋁石榴石釹釔鋁石榴石)等固體激光器。等固體激光器。 9第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)固體激光器常由主體光泵鼓勵(lì)源及諧振腔由全反射鏡、半反射鏡組成、任務(wù)物質(zhì)一些發(fā)光資料如釔鋁石榴石、紅寶石、釹玻璃等、聚光器、聚焦透鏡等組成。圖中激光器的任務(wù)物質(zhì)為釔鋁石榴石10第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)氣體激光器普通采用電鼓勵(lì)，效率高，壽命長，膨脹系數(shù)小，機(jī)械強(qiáng)度高。廣泛運(yùn)用于焊接、熱處置加工。常用于資料加工的有二氧化碳激光器和氬離子激光器。11第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)12第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工

9、技術(shù)一、激光打孔一、激光打孔隨著近代工業(yè)技術(shù)的開展，硬度大、熔點(diǎn)隨著近代工業(yè)技術(shù)的開展，硬度大、熔點(diǎn)高的資料運(yùn)用越來越多，并且經(jīng)常要求在這些高的資料運(yùn)用越來越多，并且經(jīng)常要求在這些資料上打出又小又深的孔，例如，鐘表或儀表資料上打出又小又深的孔，例如，鐘表或儀表的寶石軸承，鉆石拉絲模具，化學(xué)纖維的噴絲的寶石軸承，鉆石拉絲模具，化學(xué)纖維的噴絲頭以及火箭或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料噴嘴等。這頭以及火箭或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料噴嘴等。這類加工義務(wù)，用常規(guī)的機(jī)械加工方法很困難，類加工義務(wù)，用常規(guī)的機(jī)械加工方法很困難，有的甚至是不能夠的，而用激光打孔，那么能有的甚至是不能夠的，而用激光打孔，那么能比較好地完成義務(wù)。比

10、較好地完成義務(wù)。5.3 激光加工工藝及運(yùn)用激光加工工藝及運(yùn)用13第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù) 激光打孔中，要詳細(xì)了解打孔的資料及打孔要求。從實(shí)際上講，激光可以在任何資料的不同位置，打出淺至幾微米，深至二十幾毫米以上的小孔，但詳細(xì)到某一臺(tái)打孔機(jī)，它的打孔范圍是有限的。所以，在打孔之前，最好要對(duì)現(xiàn)有的激光器的打孔范圍進(jìn)展充分的了解，以確定能否打孔。激光打孔的質(zhì)量主要與激光器輸出功率和照射時(shí)間、焦距與發(fā)散角、焦點(diǎn)位置、光斑內(nèi)能量分布、照射次數(shù)及工件資料等要素有關(guān)。在實(shí)踐加工中應(yīng)合理選擇這些工藝參數(shù)。 14第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)激光打孔影響要素激光打孔影響要素輸出功率和打孔時(shí)

11、間輸出功率和打孔時(shí)間焦距和發(fā)散角焦距和發(fā)散角焦點(diǎn)位置焦點(diǎn)位置光斑內(nèi)能量分布光斑內(nèi)能量分布激光多次照射激光多次照射工件資料工件資料15第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)16第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)17第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)18第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)19第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)20第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)二、 激光切割激光切割(如圖2所示)的原理與激光打孔類似，但工件與激光束要相對(duì)挪動(dòng)。在實(shí)踐加工中，采用任務(wù)臺(tái)數(shù)控技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)激光數(shù)控切割。平面鏡激光束輔助氣體鈦合金噴嘴聚焦透鏡激光器圖2 CO2氣體激光器切割鈦合金表示

12、圖21第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)激光切割大多采用大功率的CO2激光器，對(duì)于精細(xì)切割，也可采用YAG激光器。 激光可以切割金屬，也可以切割非金屬。在激光切割過程中，由于激光對(duì)被切割資料不產(chǎn)活力械沖擊和壓力，再加上激光切割切縫小，便于自動(dòng)控制，故在實(shí)踐中常用來加工玻璃、陶瓷、各種精細(xì)細(xì)小的零部件激光切割過程中，影響激光切割參數(shù)的主要要素有激光功率、吹氣壓力、資料厚度等。 22第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)圖3 振鏡式激光打標(biāo)原理激光束光束準(zhǔn)直振鏡Y軸馬達(dá)透鏡三、 激光打標(biāo) 激光打標(biāo)是指利用高能量的激光束照射在工件外表，光能瞬時(shí)變成熱能，使工件外表迅速產(chǎn)生蒸發(fā)，從而在工件外表刻出

13、恣意所需求的文字和圖形，以作為永久防偽標(biāo)志(如下圖)。23第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)激光打標(biāo)的特點(diǎn)是非接觸加工，可在任何異型外表標(biāo)刻，工件不會(huì)變形和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，適于金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等各種資料；標(biāo)志明晰、永久、美觀，并能有效防偽；標(biāo)刻速度快，運(yùn)轉(zhuǎn)本錢低，無污染，可顯著提高被標(biāo)刻產(chǎn)品的檔次。 激光打標(biāo)廣泛運(yùn)用于電子元器件、汽(摩托)車配件、醫(yī)療器械、通訊器材、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、鐘表等產(chǎn)品和煙酒食品防偽等行業(yè)。24第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)4) 激光焊接當(dāng)激光的功率密度為105107 W/cm2，照射時(shí)間約為1/100 s左右時(shí)，可進(jìn)展激光焊接。激光焊接普通無

14、需焊料和焊劑，只需將工件的加工區(qū)域“熱熔在一同即可，如圖4所示。 激光焊接速度快，熱影響區(qū)小，焊接質(zhì)量高，既可焊接同種資料，也可焊接異種資料，還可透過玻璃進(jìn)展焊接。 25第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)圖4 激光焊接過程表示圖12341激光；2被焊接零件；3被熔化金屬；4已冷卻的熔池26第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)圖5 激光外表強(qiáng)化處置運(yùn)用實(shí)例淬硬表面淬硬表面(a) 圓錐表面(b) 鑄鐵凸輪軸表面27第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)5) 激光外表處置當(dāng)激光的功率密度約為103105 W/cm2時(shí)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄鐵、中碳鋼，甚至低碳鋼等資料進(jìn)展激光外表淬火。淬火層深度普通為0

15、.71.1 mm，淬火層硬度比常規(guī)淬火約高20%。激光淬火變形小，還能處理低碳鋼的外表淬火強(qiáng)化問題。圖5為激光外表淬火處置運(yùn)用實(shí)例。28第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)激光加工激光加工二維精細(xì)切割二維精細(xì)切割1不銹鋼厚不銹鋼厚1mm鋁合金鋁合金0.8mm厚，小孔直徑厚，小孔直徑0.7 mm單晶硅厚單晶硅厚0.7 mm不銹鋼厚不銹鋼厚4 mm29第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)激光加工激光加工三維精細(xì)切割三維精細(xì)切割2大功率電子管柵極大功率電子管柵極鉬厚鉬厚300微米，直徑微米，直徑300微米微米航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉形孔航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉形孔不銹鋼厚不銹鋼厚1mm，孔，孔100微米微米切割陶瓷厚切割陶瓷厚1.7mm色片工裝色片工裝鋁合金厚度鋁合金厚度4mm30第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)激光加工激光加工焊接焊接盒體鋁合金厚盒體鋁合金厚3mm鍋爐用鋼管厚鍋爐用鋼管厚7mm汽車齒輪汽車齒輪16MnCr5紙漿過濾器不銹鋼紙漿過濾器不銹鋼31第五章第五章 激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)激光加工激光加工熔覆與熱處置熔覆與熱