激光打孔應(yīng)用
發(fā)布日期:2011-11-25 蘭生客服中心 瀏覽:4053
一、激光打孔的特點(diǎn)
激光打孔是最早達(dá)到實(shí)用化的激光加工技術(shù),也是激光加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。隨著近代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,使用硬度大、熔點(diǎn)高的材料越來(lái)越多,而傳統(tǒng)的加工方法已不能滿(mǎn)足某些工藝需求。例如,在高熔點(diǎn)金屬鉬板上加工微米量級(jí)孔徑,在硬質(zhì)碳化鎢上加工幾十微米的小孔;在紅、藍(lán)寶石上加工幾十微米的深孔以及金剛石拉絲模具、化學(xué)纖維的噴絲頭等。這一類(lèi)的加工任務(wù)用常規(guī)的機(jī)械加工方法很難,有時(shí)甚至是不可能的,而用激光打孔則不難實(shí)現(xiàn)。激光束在空間和時(shí)間上的高度集中,可以將光斑直徑縮小到微米級(jí)從而獲得很高的功率密度,幾乎可以對(duì)任何材料進(jìn)行激光打孔。
激光打孔技術(shù)與機(jī)械鉆孔、電火花加工等?状蚩资侄蜗啾,具有顯著的優(yōu)點(diǎn):
(1)打孔速度快,效率高,經(jīng)濟(jì)效益好。
(2)可獲得大的深徑比。
(3)可在硬、脆、軟等各種材料上進(jìn)行。
(4)無(wú)工具損耗。
(5)適合于數(shù)量多、高密度的群孔加工。
(6)可在難以加工的材料傾斜面上加工小孔。
二、激光打孔的分類(lèi)
1、復(fù)制法
激光束以一定的形狀及精度重復(fù)照射到工件固定的一點(diǎn)上,在和輻射傳播方向垂直的方向上,沒(méi)有光束和工件的相對(duì)位移。復(fù)制法包括單脈沖和多脈沖。目前一般采用多脈沖法,其特點(diǎn)是可使工件上能量的橫向擴(kuò)散減至最小,并且有助于控制孔的大小和形狀。毫秒級(jí)的脈沖寬度可以使足夠的熱量沿著孔的軸向擴(kuò)散,而不只被材料表面吸收。激光束形狀可用光學(xué)系統(tǒng)獲得。如在聚焦光束中或在透鏡前方放置一個(gè)所需形狀的孔欄,即可以打出異形孔。
2、輪廓迂回法
加工表面形狀由激光束和被加工工件相對(duì)位移的軌跡決定。用輪廓迂回法加工時(shí),激光器既可以在脈沖狀態(tài)下也可以在連續(xù)狀態(tài)下工作。用脈沖方式時(shí),由于孔以一定的位移量連續(xù)的彼此迭加,從而形成一個(gè)連續(xù)的輪廓。采用輪廓加工,可把孔擴(kuò)大成具有任意形狀的橫截面。
三、激光打孔設(shè)備
1、激光打孔用激光器
激光器是激光打孔設(shè)備的重要組成部分,它的主要作用是將電源系統(tǒng)提供的電能以一定的轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換成激光能。按激光器工作物質(zhì)性質(zhì),可分為氣體激光器和固體激光器。用于打孔的氣體激光器主要有二氧化碳激光器,而用于打孔的固體激光器主要有紅寶石激光器、釹玻璃激光器和YAG激光器。
二氧化碳激光器有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),它的轉(zhuǎn)換效率高于其它激光器,可以為許多非金屬材料(如有機(jī)玻璃、塑料、木材、多層復(fù)合板材、石英玻璃等)所吸收。更為重要的是,二氧化碳激光器與其他激光器相比,可以進(jìn)行大功率輸出。當(dāng)與其他技術(shù)配合時(shí),可以實(shí)現(xiàn)高速打孔,最高速度可達(dá)100孔/秒,這是其他激光器很難做到的。
雖然如此,但由于二氧化碳激光器的對(duì)焦、調(diào)光都不方便,設(shè)備一次性投資也比較大,在激光打孔設(shè)備中不及其他三種激光器應(yīng)用普遍。固體激光器以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在激光打孔中得到廣泛的應(yīng)用。它的主要優(yōu)點(diǎn)是:(1)輸出波長(zhǎng)短。 (2)輸出的光可用普通的光學(xué)材料傳遞。(3)整機(jī)體積小,使用維護(hù)方便,價(jià)格低于二氧化碳激光器。
2、激光打孔用機(jī)床
激光打孔用機(jī)床簡(jiǎn)單又通用的形式為三維機(jī)床。兩維運(yùn)動(dòng)在水平面,以X、Y表示,兩坐標(biāo)軸相互垂直,第三維Z軸與Z-Y平面垂直。每一維可通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠在直線(xiàn)滾珠導(dǎo)軌上運(yùn)行,它的精度由絲杠的精度和滾珠導(dǎo)軌的精度確定。如果配以微處理機(jī)系統(tǒng),三維機(jī)床就可以完成平面內(nèi)各種孔及一定范圍內(nèi)群孔的激光加工。當(dāng)需要在管材或桶形材料進(jìn)行系列孔的加工時(shí),機(jī)床應(yīng)具有五維功能,除了前面提到的三維以外,增加的兩維是X-Y平面360度的旋轉(zhuǎn),我們定義它為A軸,X-Y平面在Z方向上的0-90度傾斜,我們定義它為B軸。這樣多種類(lèi)型的激光打孔加工,五維工作臺(tái)都能勝任。在需要節(jié)省設(shè)備投入的情況下,可將B軸的數(shù)控改為手動(dòng)。這樣既能節(jié)約資金,也基本能完成所有的打孔任務(wù)。
3、激光打孔整機(jī)設(shè)備
近年來(lái),國(guó)內(nèi)外激光打孔機(jī)整機(jī)水平處在一個(gè)迅速發(fā)展的階段,激光器輸出功率逐漸提高,脈沖寬度越來(lái)越窄,頻率范圍越來(lái)越寬,其他參數(shù)也越來(lái)越趄著有利于打孔的方向發(fā)展。導(dǎo)光系統(tǒng)和激光打孔機(jī)的控制部分的柔性不斷提高,使得打孔范圍不斷擴(kuò)大。目前國(guó)內(nèi)已形成商品的激光打孔機(jī)有幾十種,除了大專(zhuān)院校和科研院所之外,專(zhuān)門(mén)經(jīng)營(yíng)制造激光設(shè)備的公司也逐漸增多。這表明中國(guó)的激光加工正朝著產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。
四、激光打孔工藝
1、工藝過(guò)程
第一步,詳細(xì)了解打孔材料及打孔要求。
第二步,模擬實(shí)驗(yàn)與檢測(cè)。
第三步,設(shè)計(jì)便利、快捷的工裝夾具。
第四步,程序設(shè)計(jì)。
第五步,實(shí)施有效的打孔加工及必要的檢測(cè)。
2、影響打孔質(zhì)量的主要參數(shù)
激光打孔的過(guò)程是激光和物質(zhì)相互作用的極其復(fù)雜的熱物理過(guò)程。因此,影響激光打孔質(zhì)量的因素很多。為了獲得高質(zhì)量的孔,應(yīng)根據(jù)激光打孔的一般原理和特點(diǎn),對(duì)影響打孔質(zhì)量的參數(shù)進(jìn)行分析和了解。這些參數(shù)包括:激光脈沖的能量,脈沖寬度,離焦量,脈沖激光的重復(fù)頻率,被加工材料的性質(zhì)。
3、輔助工藝
為了提高激光打孔的精度,有時(shí)需要采用一些輔助的工藝工序和工藝措施,包括:(1)在工件的表面施加一個(gè)正向壓力,或是在工件的反面裝一個(gè)低壓倉(cāng),可有助于打孔過(guò)程中清除汽化材料并增加液相的排出。(2)在工件下面的安全位置裝一個(gè)光電探測(cè)器,可以及時(shí)探測(cè)到工件穿透與否。(3)利用液體薄膜或金屬鉑覆蓋工件,能夠使孔的錐度減小,并防止液相飛濺。(4)為了及時(shí)防止熔化物積聚在孔里,可以把汽化溫度低于被加工材料熔化溫度的物質(zhì)放到被加工工件的后面。(5)利用激光作為加工工具在工件上打毛孔,再用其它方法達(dá)到所需要的精度。目前一般采用的有金剛砂的機(jī)械加工,用沖頭、金屬絲進(jìn)行孔徑精加工,化學(xué)腐蝕方法等等。
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