激光加工的关键技术VIP专享VIP免费

第二章激光加工的关键技术在以往的生产加工过程中,经常会遇到下面这样的难题:(1)零件的形状既小又复杂,即便是用最小的刀具也无法进行理想的加工。(2)为了加工出微型的零件,不得不用很小的铣刀、钻头等刀具,但刀具的寿命非常短,或者很容易断裂,很难保证零件的精度和一致性。(3)使用电加工的方式来加工一些小型的复杂零件,但所需使用的电极数量太多,准备电极所需的时间大大加长了生产周期,并且生产成本很高。激光加工可以很好的解决这些加工难题。而且生产周期短，生产成本低。目前使用的激光加工工艺方法主要包括：切割、焊接、快速成型、打孔、打标、雕刻、划线、表面处理等等。这一章将主要论述激光加工及激光加工的关键技术——激光加工系统和激光加工技术。第一节激光加工一、激光加工的概念和特点激光加工是指激光束作用于物体的表面而引起物体形状的改变，或物体性能改变的加工过程。是利用激烈的局部加热融化和气化材料产生“自由电子的迅速释放，然后与金属的离子结构相互作用引起局部激烈声振子和声子”，结果产生了具有宽顶带辐射的“羽状烟柱”强烈的热效应。按光与物质相互作用机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工系指激光束作用于物体所引起的快速热效应的各种加工过程；激光光化学反应加工系指激光束作用于物体，借助高密度高能量光子引发或控制光化学反应的各种加工过程，也称为冷加工。热加工和冷加工均可对金属材料和非金属材料进行切割、打孔、刻槽、标记等。热加工对金属材料进行焊接、表面强化、切割均极有利；冷加工则对光化学沉积、激光刻蚀、掺杂和氧化很合适。激光热加工的光源主要采用红外激光器，如CO2激光器、CO激光器和Nd：YAG激光器。激光光化学反应加工的光源主要采用紫外激光器，如准分子激光器。激光加工与其它方法比较，有如下的一些优越性；1．光点小、能量集中、加工点位置以外的热影响小；由于光束照射到物体的表面是局部的，虽然加工部位的热量很大、温度很高，但移动速度快，对非照射的部位没有什么影响．因此，其热影响区很小。2．无接触加工，对工件不污染；激光加工就是将激光束照射到加工物体的表面，用以去除或熔化材料以及改变物体表面性能从而达到加工的目的，因此属于无接触加工。其主要特点是无惰性，因此其加工速度快、无噪声。由于光束的能量和光束的移动速度都是可以调节的，因此可以实现各种加工的目的。3．能穿过透光外壳对密封的内部材料进行加工；4．加工精确度高，适用于自动化。激光束易于导向、聚焦和发散。根据加工要求，可以得到不同的光斑尺寸和功率密度。通过外光路系统可以使光束改变方向，因而可以与数控机床、机器人连接起来，构成各种极灵活的加工系统。二、激光加工的一般原理激光加工大多基于光对非透明介质的热作用，也即吸收光能引起的热效应。因此，激光光束特性、材料对光的吸收作用和导热性等对激光加工有很大影响。用于激光加工的激光束常用基模(TEM00)，因为，它有轴对称的光强分布，能达到最佳的激光束聚焦。当高斯光束入射到焦距为f的透镜面的光束截面半径为ω，则由短焦距透镜聚焦后，焦点处的光斑截面半径ω0’近似为从而可以算出经透镜聚焦后焦平面上的功率密度。如果激光是高阶横模，光束具有非轴对称结构，光斑尺寸比基模显著增大，在激光总功率相同的情况下，焦点处的功率密度将减小。由于在大多数金属中．等离子频率远大于阻尼因子，因此，在激光频率远小于等离子频率时，折射率和消光系数迅速增大，此时，激光被金属反射，吸收很少；在等离子频率附近时，折射率出现一个极小值，而消光系数值单调下降，因此，在等离子频率附近激光被较好的吸收；激光频率继续上升，远大于等离子频率时，折射率迅速趋近于1，而消光系数迅速变为0，因此，金属对激光是透明的。事实上，金属对除了极高能紫外线和更高频的x射线激光是透明的外，对其余辐射都是不透明的；而金属的等离子频率处于紫外到近红外波段，因此．从近红外激光、可见激光到紫外激光对金属加工较为有利；对远红外激光，金属儿乎是反射的，因此对金属进行加工时，若是用远红外激光，就必须对表面采取必要的...