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1、会计学1激光激光(jgung)加工加工第一页，共36页。n n为什么激光可以(ky)用于加工？第1页/共36页第二页，共36页。n n为什么激光可以用于加工？为什么激光可以用于加工？n n 普通太阳光普通太阳光n n 聚焦后可以点燃木材、纸张，但不能用于加工，聚焦后可以点燃木材、纸张，但不能用于加工，原因是：原因是：1 1）地面上的太阳光的能量密度不高；）地面上的太阳光的能量密度不高；2 2）太阳关不是单色光，聚焦后不在同一平面内）太阳关不是单色光，聚焦后不在同一平面内n n激光激光n n可控的单色光，强度高，能量密度大，方向性好，可控的单色光，强度高，能量密度大，方向性好，相干性好相干性好n
2、 n可以在空气可以在空气(kngq)(kngq)介质中高速加工各种材料介质中高速加工各种材料第2页/共36页第三页，共36页。激光(jgung)的产生第3页/共36页第四页，共36页。第4页/共36页第五页，共36页。n n一、激光加工的原理一、激光加工的原理n n1 1、材料对激光的吸收和能量转换、材料对激光的吸收和能量转换n n 激光入射到材料表面，一部分被材料吸收用于加工，另一部分能激光入射到材料表面，一部分被材料吸收用于加工，另一部分能量被反射、透射等损失掉。存在若干能量转换机制，最终转换成热量被反射、透射等损失掉。存在若干能量转换机制，最终转换成热能。能。n n2 2、材料的加热熔化
3、、气化、材料的加热熔化、气化n n首先引起材料的气化蚀除，然后再熔化蚀除首先引起材料的气化蚀除，然后再熔化蚀除n n加工一段时间后，圆坑的直径变化很小加工一段时间后，圆坑的直径变化很小n n3 3、蚀除产物的抛出、蚀除产物的抛出n n 加工区域内的压力迅速加工区域内的压力迅速(xn s)(xn s)增加，并产生爆炸冲击波，使金属增加，并产生爆炸冲击波，使金属蒸汽和熔融产物高速地从加工区域喷射出来。蒸汽和熔融产物高速地从加工区域喷射出来。第5页/共36页第六页，共36页。第6页/共36页第七页，共36页。n n二、激光的加工特点n n1、几乎可以加工任何材料n n2、适于自动化连续操作n n3、
4、适合于精密细微加工n n4、可以在任意透明(tumng)的环境中操作n n5、不受电磁干扰n n6、使用面广，可进行焊接、热处理、表面强化或涂敷等。第7页/共36页第八页，共36页。n n三、激光加工机的组成n n1、激光器 把电能变为光能，产生激光束n n固体红宝石激光器；气体Co2激光器n n2、激光器电源 为激光器提供(tgng)所需要的能量及控制功能第8页/共36页第九页，共36页。n n3 3、光学系统、光学系统 聚焦和观察瞄准系统，后者能观察和调整聚焦和观察瞄准系统，后者能观察和调整激光束的焦点激光束的焦点(jiodi(jiodi n)n)位置，并将加工位置显示在投影位置，并将加工
5、位置显示在投影仪上。仪上。n n1 1）将激光束从激光器输出窗口引导至被加工工件表面）将激光束从激光器输出窗口引导至被加工工件表面n n2 2）指示加工部位，应用于工作在红外波段的激光器）指示加工部位，应用于工作在红外波段的激光器n n3 3）观察加工过程及加工零件）观察加工过程及加工零件n n4 4）光学系统的选用原则）光学系统的选用原则n n有较高的传输效率、光学系统和组成元件力求简单有较高的传输效率、光学系统和组成元件力求简单第9页/共36页第十页，共36页。n n4、机械系统 主要包括(boku)床身、能在三坐标范围内移动的工作台及机电控制系统，激光加工中激光束与工件位置的控制，可采用
6、以下三种方式n n1）工件移动，而激光头和光束制导装置固定不动n n2）激光头和光束制导装置移动，工件固定不动n n3）光束制导装置移动，激光头和工件不动第10页/共36页第十一页，共36页。n n四、激光打孔n n1、打孔方式(fngsh)：复制法、轮廓迂回法n n打孔视频第12页/共36页第十三页，共36页。n n2 2、主要影响因素、主要影响因素n n1 1）输出功率和照射时间）输出功率和照射时间n n 功率大、时间长，则能量功率大、时间长，则能量多，加工的孔大而深，但热多，加工的孔大而深，但热量损耗大，加工面积变大，量损耗大，加工面积变大，加工精度也低加工精度也低n n2 2）焦距与发
7、散角）焦距与发散角n n 尽量减少激光的发散角，尽量减少激光的发散角，并可能采用短焦距加工，不并可能采用短焦距加工，不过，焦距也不易过短。过，焦距也不易过短。n n3 3）焦点位置）焦点位置n n焦点位置对孔的形状和深度焦点位置对孔的形状和深度有很大影响，一般焦点的位有很大影响，一般焦点的位置应在工件置应在工件(gngjin)(gngjin)的表面的表面上或稍低于工件上或稍低于工件(gngjin)(gngjin)表表面面第14页/共36页第十五页，共36页。4）光斑内的能量分布(fnb)对打孔质量影响如果对孔的要求较高，就必须采取措施，提高激光器和光学系统的精度，使它能产生基模输出。第15页/
8、共36页第十六页，共36页。5）激光照射次数用激光照射一次，加工的深度大约是孔径的五倍左右(zuyu)，而且锥度较大如果用激光多次照射，其深度可以大大增加，锥度可以减小，而孔径几乎不变第16页/共36页第十七页，共36页。6）工件材料不同材料吸收的光谱不同，需要(xyo)根据材料选择激光器。而且工件材料的热学参数也对激光加工有较大影响。表面粗糙度对加工深度有影响，粗糙度值愈小，吸收率愈低第17页/共36页第十八页，共36页。n n3、加工材料：主要用于特殊材料或特殊工件上的孔加工，如仪表的宝石轴承(zhuchng)、陶瓷、玻璃、金刚石拉丝模等非金属材料和硬质合金、不锈钢等金属材料的微细孔的加工
9、n n4、加工效率：非常高，打孔时间甚至可缩短至传统切削加工的百分之一以下n n5、尺寸精度等级可达IT7，表面粗糙度可达0.160.08第18页/共36页第十九页，共36页。n n五、激光切割五、激光切割应用最广泛的激光加工技术应用最广泛的激光加工技术n n1 1、特点、特点n n与激光打孔差不多，只不过工件需要与激光打孔差不多，只不过工件需要(xyo)(xyo)移动，移动，即需要即需要(xyo)(xyo)数控系统。数控系统。n n激光切割具有切缝窄、速度快、热影响区小、省材料、激光切割具有切缝窄、速度快、热影响区小、省材料、成本低等优点。成本低等优点。n n可以切割钢板、不锈钢、钛、镍等金
10、属材料，以及布可以切割钢板、不锈钢、钛、镍等金属材料，以及布匹、木材、纸张等非金属材料。匹、木材、纸张等非金属材料。第19页/共36页第二十页，共36页。n n激光切割激光切割(qig)(qig)视视频频第20页/共36页第二十一页，共36页。n n2 2、影响激光切割质量的因素、影响激光切割质量的因素n n1 1）激光功率）激光功率n n激光功率增加，其切割速度和工件的切割厚度增加，但切割效率激光功率增加，其切割速度和工件的切割厚度增加，但切割效率降低降低n n2 2）光束模式）光束模式n n基模与多模基模与多模n n3 3）焦点位置）焦点位置n n对熔深和熔池形状的影响较大对熔深和熔池形状
11、的影响较大n n4 4）辅助气体）辅助气体与金属产生放热化学反应与金属产生放热化学反应(huxu f(huxu f nyng)nyng)，增加，增加能量强度；从切割区吹掉熔渣；冷却切缝、保护聚焦透镜。能量强度；从切割区吹掉熔渣；冷却切缝、保护聚焦透镜。n n5 5）切割速度）切割速度n n速度过低：材料过烧、切口过宽和热影响区过大速度过低：材料过烧、切口过宽和热影响区过大n n速度过高：挂渣或切不穿速度过高：挂渣或切不穿第21页/共36页第二十二页，共36页。第22页/共36页第二十三页，共36页。n n六、激光淬火n n 利用聚焦后的激光束照射到钢铁(gngti)材料表面，使其温度迅速升高到
12、相变点以上。当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层第23页/共36页第二十四页，共36页。第24页/共36页第二十五页，共36页。n n激光相变硬化与普通激光相变硬化与普通(p(p tng)tng)热处理的区别：热处理的区别：n n加热冷却时间很短，能保证完成马氏体相变，且急冷可加热冷却时间很短，能保证完成马氏体相变，且急冷可抑制碳化物的析出抑制碳化物的析出n n激光硬化层表面能产生一定的残余压应力激光硬化层表面能产生一定的残余压应力n n不需要淬火剂不需要淬火剂n n可以对形状复杂的零件或零件的局部进行处理，也可根可以对形状复杂的零
13、件或零件的局部进行处理，也可根据需要，在同一零件的不同部位进行不同的处理据需要，在同一零件的不同部位进行不同的处理n n工艺周期短，生产效率高，成本低，工艺过程易实现自工艺周期短，生产效率高，成本低，工艺过程易实现自动化动化第25页/共36页第二十六页，共36页。n n七、激光(jgung)表面处理熔凝、合金化1、熔凝 得到细微的接近均匀的表层组织，比未处理(chl)的表面通常具有较高的抗磨损和抗腐蚀性能2、涂敷使基体表面上产生的极薄层的熔化同熔化的涂敷材料实现冶金结合，而涂层的化学成分基本上不变3、合金化 将一种或多种合金元素与基材表面快速熔凝，在基材表面形成一层具有特殊性能的表面合金层。第
14、26页/共36页第二十七页，共36页。n n八、激光焊接n n激光焊接所需能量密度较低，因不需将材料气化蚀除，而只要(zhyo)将工件的加工区烧熔使其粘合在一起。第27页/共36页第二十八页，共36页。n n优点：优点：n n能量密度高，对高熔点、高热导率材料的焊接特别能量密度高，对高熔点、高热导率材料的焊接特别有利有利n n没有焊渣，不需去除工件氧化膜没有焊渣，不需去除工件氧化膜n n可实现不同材料之间的焊接可实现不同材料之间的焊接n n特别适宜微型机械和精密焊接特别适宜微型机械和精密焊接n n焊接系统具有焊接系统具有(jy(jy u)u)高度的柔性，易于实现自动高度的柔性，易于实现自动化化
15、n n激光可透过透明体进行焊接，以防杂质污染和腐蚀，激光可透过透明体进行焊接，以防杂质污染和腐蚀，适用于真空仪器元件的焊接适用于真空仪器元件的焊接第28页/共36页第二十九页，共36页。n n缺点：n n要求被焊件有高的装配精度，原始装配精度不能因焊接过程热变形而改变，且光斑应严格沿待焊缝隙扫描，不能有显著的偏移n n激光器及其焊接系统(xtng)的成本较高，一次投资大第29页/共36页第三十页，共36页。n n九、激光打标(d bio)与雕刻第30页/共36页第三十一页，共36页。n n1、激光打标n n是指利用高能量的激光束照射在工件表面，光能瞬时变成热能，使工件表面迅速产生蒸发，从而在工件表面刻出任意所需要的文字(wnz)和图形，以作为永久防伪标志。第31页/共36页第三十二页，共36页。第32页/共36页第三十三页，共36页。第33页/共36页第三十四页，共36页。第34页/共36页第三十五页，共36页。第35页/共36页第三十六页，共36页。