五章节激光加工技术ppt课件

1、1第五章第五章 激光加工技术激光加工技术第五章第五章 激光加工技术激光加工技术 自然界存在着自发辐射和受激辐射两种不同的发光方式，前者发出的光是随处可见的普通光，后者发出的光便是激光。 激光假设经过透镜将其聚焦成直径为几十微米到几微米的极小光斑，使能获得极高的能量密度(1081010Wcm2)。当激光照射在工件外表时，光能被工件吸收并迅速转化为热能，光斑区的温度可达10000以上，使资料熔化甚至气化，这就是激光加工。lasser beam machining ,LBM 1960年美国研制胜利世界上第一台可用激光加工工的激光器，截止今天激光加工已构成一种重要的新兴产业。2第五章第五章 激光加工技

2、术激光加工技术 5.1 激光加工的原理和特点激光加工的原理和特点一、激光加工原理一、激光加工原理 激光是一种经受激辐射产生的加强光，它具有强度高、单激光是一种经受激辐射产生的加强光，它具有强度高、单色性好、相关性好和方向性好四大综合性能。色性好、相关性好和方向性好四大综合性能。激光的强度和亮度之所以高，缘由在于激光可以实现光能在空激光的强度和亮度之所以高，缘由在于激光可以实现光能在空间上和实际上的亮度集中。间上和实际上的亮度集中。单色是指波长为一个确定的数值，实践上单色是指波长为一个确定的数值，实践上 严厉的单色光是不存严厉的单色光是不存在的，在的，l0为单色光的中心波长，为单色光的中心波长，

3、Dl单色光的谱线宽，单色光的谱线宽， Dl越小，越小，单色性越好。单色性越好。单色性越好，相关长度越大，光源的相关性越好。单色性越好，相关长度越大，光源的相关性越好。激光的各个发光中心是相互关联的定向发射，可以把光束紧缩激光的各个发光中心是相互关联的定向发射，可以把光束紧缩在很小的立体角内。在很小的立体角内。3第五章第五章 激光加工技术激光加工技术 激光经过光学系统聚焦后可得到柱状或带状光束，而且光束的粗细可根据加工需求调整，当激光照射在工件的加工部位时，工件资料迅速被熔化甚至气化。随着激光能量的不断被吸收，资料凹坑内的金属蒸气迅速膨胀，压力忽然增大，熔融物爆炸式地高速放射出来，在工件内部构成

4、方向性很强的冲击波。因此，激光加工是工件在光热效应下产生高温熔融和受冲击波抛出的综协作用过程。4第五章第五章 激光加工技术激光加工技术图1 激光加工表示图1234561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5第五章第五章 激光加工技术激光加工技术二、二、 激光加工的特点激光加工的特点 (1) 几乎对一切的金属和非金属资料都可以进展激几乎对一切的金属和非金属资料都可以进展激光加工。光加工。2加工效率高，可实现高速切割和打孔加工效率高，可实现高速切割和打孔3加任务用时间短，除加工部位外，几乎不受热加任务用时间短，除加工部位外，几乎不受热影响和不产生热变形。影响和不产生热变形。

5、4非接触加工，工件不受机械切削力，无弹性变非接触加工，工件不受机械切削力，无弹性变形。形。(5激光束容易实现空间控制时间控制，可进展微细激光束容易实现空间控制时间控制，可进展微细的精细图形加工。的精细图形加工。6第五章第五章 激光加工技术激光加工技术6不存在工具磨损问题。不存在工具磨损问题。7在大气中无能量损失，设备简单，不需求在大气中无能量损失，设备简单，不需求真空室。真空室。8可经过空气、惰性气体或者光学透明解质，可经过空气、惰性气体或者光学透明解质，可对隔离室或真空室内工件进展加工可对隔离室或真空室内工件进展加工9加工时不产生振动和机械噪声。加工时不产生振动和机械噪声。(10)属于热加工

6、，影响要素多。属于热加工，影响要素多。(11)产生金属气体，火星等飞溅物，操作人员戴产生金属气体，火星等飞溅物，操作人员戴防护眼镜。防护眼镜。7第五章第五章 激光加工技术激光加工技术 激光加工的根本设备由激光器、激光器光源，光学系统和机械系统组成。激光器：激光加工中的重要设备，将电能转换成光能，产生激光束。激光器电源：为激光器提供能量和控制功能光学系统：包括聚焦系统和察看瞄准系统。机械系统：包括床身、任务台和机电控制系统。5.2 激光加工根本设备激光加工根本设备8第五章第五章 激光加工技术激光加工技术二、二、 激光器激光器激光器是激光加工的重要设备，它的激光器是激光加工的重要设备，它的义务是把

7、电能转变成光能，产生所需求义务是把电能转变成光能，产生所需求的激光束。按任务物质的种类可分为固的激光束。按任务物质的种类可分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器四大类。由于半导体激光器四大类。由于He-Ne(氦氦氖氖)气体激光器所产生的激光不仅容易控气体激光器所产生的激光不仅容易控制，而且方向性、单色性及相关性都比制，而且方向性、单色性及相关性都比较好，因此在机械制造的精细丈量中被较好，因此在机械制造的精细丈量中被广泛采用。而在激光加工中那么要求输广泛采用。而在激光加工中那么要求输出功率与能量大，目前多采用二氧化碳出功率与能量大，目前多采用二氧化

8、碳气体激光器及红宝石、钕玻璃、气体激光器及红宝石、钕玻璃、YAG(掺掺钕钇铝石榴石钕钇铝石榴石)等固体激光器。等固体激光器。 9第五章第五章 激光加工技术激光加工技术固体激光器常由主体光泵鼓励源及谐振腔由全反射镜、半反射镜组成、任务物质一些发光资料如钇铝石榴石、红宝石、钕玻璃等、聚光器、聚焦透镜等组成。图中激光器的任务物质为钇铝石榴石10第五章第五章 激光加工技术激光加工技术气体激光器普通采用电鼓励，效率高，寿命长，膨胀系数小，机械强度高。广泛运用于焊接、热处置加工。常用于资料加工的有二氧化碳激光器和氩离子激光器。11第五章第五章 激光加工技术激光加工技术12第五章第五章 激光加工技术激光加工

9、技术一、激光打孔一、激光打孔随着近代工业技术的开展，硬度大、熔点随着近代工业技术的开展，硬度大、熔点高的资料运用越来越多，并且经常要求在这些高的资料运用越来越多，并且经常要求在这些资料上打出又小又深的孔，例如，钟表或仪表资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。这头以及火箭或柴油发动机中的燃料喷嘴等。这类加工义务，用常规的机械加工方法很困难，类加工义务，用常规的机械加工方法很困难，有的甚至是不能够的，而用激光打孔，那么能有的甚至是不能够的，而用激光打孔，那么能比较好地完成义务。比

10、较好地完成义务。5.3 激光加工工艺及运用激光加工工艺及运用13第五章第五章 激光加工技术激光加工技术 激光打孔中，要详细了解打孔的资料及打孔要求。从实际上讲，激光可以在任何资料的不同位置，打出浅至几微米，深至二十几毫米以上的小孔，但详细到某一台打孔机，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展充分的了解，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、照射次数及工件资料等要素有关。在实践加工中应合理选择这些工艺参数。 14第五章第五章 激光加工技术激光加工技术激光打孔影响要素激光打孔影响要素输出功率和打孔时

11、间输出功率和打孔时间焦距和发散角焦距和发散角焦点位置焦点位置光斑内能量分布光斑内能量分布激光多次照射激光多次照射工件资料工件资料15第五章第五章 激光加工技术激光加工技术16第五章第五章 激光加工技术激光加工技术17第五章第五章 激光加工技术激光加工技术18第五章第五章 激光加工技术激光加工技术19第五章第五章 激光加工技术激光加工技术20第五章第五章 激光加工技术激光加工技术二、 激光切割激光切割(如图2所示)的原理与激光打孔类似，但工件与激光束要相对挪动。在实践加工中，采用任务台数控技术，可以实现激光数控切割。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表示

12、图21第五章第五章 激光加工技术激光加工技术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，由于激光对被切割资料不产活力械冲击和压力，再加上激光切割切缝小，便于自动控制，故在实践中常用来加工玻璃、陶瓷、各种精细细小的零部件激光切割过程中，影响激光切割参数的主要要素有激光功率、吹气压力、资料厚度等。 22第五章第五章 激光加工技术激光加工技术图3 振镜式激光打标原理激光束光束准直振镜Y轴马达透镜三、 激光打标 激光打标是指利用高能量的激光束照射在工件外表，光能瞬时变成热能，使工件外表迅速产生蒸发，从而在工件外表刻出

13、恣意所需求的文字和图形，以作为永久防伪标志(如下图)。23第五章第五章 激光加工技术激光加工技术激光打标的特点是非接触加工，可在任何异型外表标刻，工件不会变形和产生内应力，适于金属、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等各种资料；标志明晰、永久、美观，并能有效防伪；标刻速度快，运转本钱低，无污染，可显著提高被标刻产品的档次。 激光打标广泛运用于电子元器件、汽(摩托)车配件、医疗器械、通讯器材、计算机外围设备、钟表等产品和烟酒食品防伪等行业。24第五章第五章 激光加工技术激光加工技术4) 激光焊接当激光的功率密度为105107 W/cm2，照射时间约为1/100 s左右时，可进展激光焊接。激光焊接普通无

14、需焊料和焊剂，只需将工件的加工区域“热熔在一同即可，如图4所示。 激光焊接速度快，热影响区小，焊接质量高，既可焊接同种资料，也可焊接异种资料，还可透过玻璃进展焊接。 25第五章第五章 激光加工技术激光加工技术图4 激光焊接过程表示图12341激光；2被焊接零件；3被熔化金属；4已冷却的熔池26第五章第五章 激光加工技术激光加工技术图5 激光外表强化处置运用实例淬硬表面淬硬表面(a) 圆锥表面(b) 铸铁凸轮轴表面27第五章第五章 激光加工技术激光加工技术5) 激光外表处置当激光的功率密度约为103105 W/cm2时，便可实现对铸铁、中碳钢，甚至低碳钢等资料进展激光外表淬火。淬火层深度普通为0

15、.71.1 mm，淬火层硬度比常规淬火约高20%。激光淬火变形小，还能处理低碳钢的外表淬火强化问题。图5为激光外表淬火处置运用实例。28第五章第五章 激光加工技术激光加工技术激光加工激光加工二维精细切割二维精细切割1不锈钢厚不锈钢厚1mm铝合金铝合金0.8mm厚，小孔直径厚，小孔直径0.7 mm单晶硅厚单晶硅厚0.7 mm不锈钢厚不锈钢厚4 mm29第五章第五章 激光加工技术激光加工技术激光加工激光加工三维精细切割三维精细切割2大功率电子管栅极大功率电子管栅极钼厚钼厚300微米，直径微米，直径300微米微米航空发动机叶形孔航空发动机叶形孔不锈钢厚不锈钢厚1mm，孔，孔100微米微米切割陶瓷厚切割陶瓷厚1.7mm色片工装色片工装铝合金厚度铝合金厚度4mm30第五章第五章 激光加工技术激光加工技术激光加工激光加工焊接焊接盒体铝合金厚盒体铝合金厚3mm锅炉用钢管厚锅炉用钢管厚7mm汽车齿轮汽车齿轮16MnCr5纸浆过滤器不锈钢纸浆过滤器不锈钢31第五章第五章 激光加工技术激光加工技术激光加工激光加工熔覆与热处置熔覆与热