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    杜塞尔多夫民宿:激光打孔的特點及工藝介紹

    2006-07-05 武漢華工激光工程有限責任公司

    杜塞尔多夫机场 www.grodx.com.cn    一、激光打孔的特點。

        激光打孔是最早達到實用化的激光加工技術,也是激光加工的主要應用領域之一。隨著近代工業和科學技術的迅速發展,使用硬度大、熔點高的材料越來越多,而傳統的加工方法已不能滿足某些工藝需求。例如,在高熔點金屬鉬板上加工微米量級孔徑,在硬質碳化鎢上加工幾十微米的小孔;在紅、藍寶石上加工幾十微米的深孔以及金剛石拉絲模具、化學纖維的噴絲頭等。這一類的加工任務用常規的機械加工方法很難,有時甚至是不可能的,而用激光打孔則不難實現。激光束在空間和時間a上的高度集中,可以將光斑直徑縮小到微米級從而獲得很高的功率密度,幾乎可以對任何材料進行激光打孔。 
        激光打孔技術與機械鉆孔、電火花加工等??狀蚩資侄蝸啾?,具有顯著的優點: 
       (1)打孔速度快,效率高,經濟效益好。 
       (2)可獲得大的深徑比。 
       (3)可在硬、脆、軟等各種材料上進行。 
       (4)無工具損耗。 
       (5)適合于數量多、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。
       1、復制法。
       激光束以一定的形狀及精度重復照射到工件固定的一點上,在和輻射傳播方向垂直的方向上,沒有光束和工件的相對位移。
        復制法包括單脈沖和多脈沖。目前一般采用多脈沖法,其特點是可使工件上能量的橫向擴散減至最小,并且有助于控制孔的大小和形狀。毫秒級的脈沖寬度可以使足夠的熱量沿著孔的軸向擴散,而不只被材料表面吸收。 
        激光束形狀可用光學系統獲得。如在聚焦光束中或在透鏡前方放置一個所需形狀的孔欄,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位移的軌跡決定。
        用輪廓迂回法加工時,激光器既可以在脈沖狀態下也可以在連續狀態下工作。用脈沖方式時,由于孔以一定的位移量連續的彼此迭加,從而形成一個連續的輪廓。采用輪廓加工,可把孔擴大成具有任意形狀的橫截面。  
        三、激光打孔設備。
      1、激光打孔用激光器。
      激光器是激光打孔設備的重要組成部分,它的主要作用是將電源系統提供的電能以一定的轉換效率轉換成激光能。按激光器工作物質性質,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特的優點,它的轉換效率高于其它激光器,可以為許多非金屬材料(如有機玻璃、塑料、木材、多層復合板材、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,可以進行大功率輸出。當與其他技術配合時,可以實現高速打孔,最高速度可達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焦、調光都不方便,設備一次性投資也比較大,在激光打孔設備中不及其他三種激光器應用普遍。 
        固體激光器以其獨特的優點在激光打孔中得到廣泛的應用。它的主要優點是:(1)輸出波長短。(2)輸出的光可用普通的光學材料傳遞。(3)整機體積小,使用維護方便,價格低于二氧化碳激光器。 
        2、激光打孔用機床
       激光打孔用機床簡單又通用的形式為三維機床。兩維運動在水平面,以X、Y表示,兩坐標軸相互垂直,第三維Z軸與Z-Y平面垂直。每一維可通過步進電機帶動滾珠絲杠在直線滾珠導軌上運行,它的精度由絲杠的精度和滾珠導軌的精度確定。如果配以微處理機系統,三維機床就可以完成平面內各種孔及一定范圍內群孔的激光加工。當需要在管材或桶形材料進行系列孔的加工時,機床應具有五維功能,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,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。這樣多種類型的激光打孔加工,五維工作臺都能勝任。在需要節省設備投入的情況下,可將B軸的數控改為手動。這樣既能節約資金,也基本能完成所有的打孔任務。 
        3、激光打孔整機設備
       近年來,國內外激光打孔機整機水平處在一個迅速發展的階段,激光器輸出功率逐漸提高,脈沖寬度越來越窄,頻率范圍越來越寬,其他參數也越來越趄著有利于打孔的方向發展。導光系統和激光打孔機的控制部分的柔性不斷提高,使得打孔范圍不斷擴大。 
        目前國內已形成商品的激光打孔機有幾十種,除了大專院校和科研院所之外,專門經營制造激光設備的公司也逐漸增多。這表明中國的激光加工正朝著產業化方向發展。 
        四、激光打孔工藝
       1、工藝過程
       第一步,詳細了解打孔材料及打孔要求。
       第二步,模擬實驗與檢測。
       第三步,設計便利、快捷的工裝夾具。
       第四步,程序設計。
       第五步,實施有效的打孔加工及必要的檢測。 
       2、影響打孔質量的主要參數。
       激光打孔的過程是激光和物質相互作用的極其復雜的熱物理過程。因此,影響激光打孔質量的因素很多。為了獲得高質量的孔,應根據激光打孔的一般原理和特點,對影響打孔質量的參數進行分析和了解。這些參數包括:激光脈沖的能量,脈沖寬度,離焦量,脈沖激光的重復頻率,被加工材料的性質。
       3、輔助工藝。
       為了提高激光打孔的精度,有時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正向壓力,或是在工件的反面裝一個低壓倉,可有助于打孔過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光電探測器,可以及時探測到工件穿透與否。(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,再用其它方法達到所需要的精度。目前一般采用的有金剛砂的機械加工,用沖頭、金屬絲進行孔徑精加工,化學腐蝕方法等等。 


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