激光材料加工涉及范圍很廣,材料的燒結(jié)、打孔、打標(biāo)、切割、焊接、表面改性和化學(xué)氣相沉積等都已把激光作為一種必不可少的能源。
NiJ?no MlcoOi! 激光束可以聚焦到很小的尺寸,因而特別適合于
精密加工。我們按照加工材料的尺寸大小和加工的
精度要求,將目前的
激光加工技術(shù)分為三個層次:
O}\"$n> -$!Pf$l@ 、俅笮图牧霞す饧庸ぜ夹g(shù),以厚板(數(shù)毫米至幾十毫米)為主要對象,其
加工精度一般在毫米或者亞毫米級;
5jCEy*%P@ 、诰芗す饧庸ぜ夹g(shù),以薄板(0.1~1.0 mm)為主要加工對象,其加工精度一般在十微米級;
3vvFF]D5k ③激光微細(xì)加工技術(shù),針對厚度在100μm以下的各種薄膜為主要加工對象,其加工精度一般在十微米以下甚至亞微米級。
+XaO?F[c *z;N 必須說明的是,在機(jī)械行業(yè)中,精密通常是指表面粗糙度小、各種
公差(包括位置、形狀、尺寸等)范圍小。但本文所說的“精密”一詞,是指被加工區(qū)域的縫隙小,意即加工所能達(dá)到的極限尺寸小。在上述三類激光加工中,大型件的激光加工技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,產(chǎn)業(yè)化的程度已經(jīng)非常高,已有不少的文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述;激光微細(xì)加工技術(shù)如激光微調(diào)、激光精密刻蝕、激光直寫技術(shù)等也已在工業(yè)上得到了較為廣泛的應(yīng)用,有關(guān)的綜述報(bào)道亦較多;本文將重點(diǎn)對激光精密加工技術(shù)進(jìn)行討論。為了比較方便,下文所說的精密加工所針對的加工對象僅限于薄板(0.1-0.1mm)。
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v,ae7$U& Aaw:B?4) 1、激光精密加工與傳統(tǒng)加工方法的比較
X:} 5L>' R;,u >P " 隨著技術(shù)的進(jìn)步,精密加工技術(shù)的種類也越來越豐富。
%onAlf<$:^ 激光精密加工有如下顯著特點(diǎn):
]qP}\+: /\Y%DpG$ ①激光精密加工的對象范圍很寬,包括幾乎所有的
金屬材料和非金屬材料。而電解加工只能加工導(dǎo)電材料,光化學(xué)加工只適用于易腐蝕材料,等離子加工難以加工某些高熔點(diǎn)的材料。
_tauhwu ②激光精密加工質(zhì)量的影響因素少,加工精度高,在一般情況下均優(yōu)于其它傳統(tǒng)的加工方法。
Wn9Mr2r!*, 、蹚募庸ぶ芷趤砜,電火花加工的工具電極精度要求高、損耗大,加工周期較長;電解加工的加工型腔、型面的陰極模設(shè)計(jì)工作量大,制造周期亦很長;光化學(xué)加工工序復(fù)雜;而激光精密加工操作簡單,切縫寬度方便調(diào)控,加工速度快,加工周期比其它方法均要短。
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、芗す饩芗庸儆诜墙佑|加工,沒有機(jī)械力,相對于電火花加工、等離子弧加工,其熱影響區(qū)和變形很小,因而能加工十分微小的零部件!
{TN@KB .qU%SmQ^ 綜上所述,激光精密加工技術(shù)比傳統(tǒng)加工方法有許多優(yōu)越性,其應(yīng)用前景十分廣闊。
pa> 2JF* 4>ce,*B1 2、常用的激光精密加工設(shè)備簡介
!E.lyz fB ,!|u 一般用于精密加工的
激光器有:co2激光器,yag激光器,銅蒸汽激光器,準(zhǔn)分子激光器和co激光器等,其激光器特性詳見文獻(xiàn)〔6,8,12-16〕。其中大功率co2激光器和大功率yag激光器在大型件激光加工技術(shù)中應(yīng)用較廣;而銅蒸汽激光器和準(zhǔn)分子激光器在激光微細(xì)加工技術(shù)中應(yīng)用較多;中、小功率yag激光器一般用于精密加工。
#L*@~M^] |(8Hk@\CT> 3、激光精密加工的應(yīng)用及國內(nèi)外發(fā)展概況
6s"bstc{ }mS0{rxD4 3.1、國外現(xiàn)狀
B[m{2XzGH 4sD:J-c 3.1.1 激光精密打孔
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)u,Oa 隨著技術(shù)的進(jìn)步,傳統(tǒng)的打孔方法在許多場合已不能滿足需求。例如在堅(jiān)硬的碳化鎢合金上加工直徑為幾十微米的小孔;在硬而脆的紅、藍(lán)寶石上加工幾百微米直徑的深孔等,用常規(guī)的
機(jī)械加工方法無法實(shí)現(xiàn)。而激光束的瞬時(shí)功率密度高達(dá)108 w/cm2,可在短時(shí)間內(nèi)將材料加熱到熔點(diǎn)或沸點(diǎn),在上述材料上實(shí)現(xiàn)打孔。與電子束、電解、電火花、和機(jī)械打孔相比,激光打孔質(zhì)量好、重復(fù)精度高、通用性強(qiáng)、效率高、成本低及綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。國外在激光精密打孔已經(jīng)達(dá)到很高的水平。瑞士某公司利用固體激光器給飛機(jī)渦輪葉片進(jìn)行打孔,可以加工直徑從20μm到80μm的微孔,并且其直徑與深度之比可達(dá)1∶80。激光束還可以在脆性材料如陶瓷上加工各種微小的異型孔如盲孔、方孔等,這是普通機(jī)械加工無法做到的。
v(nQd6;T 7J_f/st 3.1.2 激光精密切割
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