激光加工.docx
- 文档编号:30315055
- 上传时间:2023-08-13
- 格式:DOCX
- 页数:8
- 大小:61.54KB
激光加工.docx
《激光加工.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《激光加工.docx(8页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
激光加工
激光加工技术
摘要:
激光加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程,包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。
用激光束对材料进行各种加工,如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。
激光能适应任何材料的加工制造,尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。
关键词:
加工原理、发展前景、强化处理、微细加工、发展前景。
一、激光加工的起源和原理
随着科学技术的发展和社会需求的多样化,产品的竞争越来越激烈,更新换代的周期也越来越短。
为此,要求不但能根据市场的要求尽快设计出新产品,而且能在尽可能短的时间内制造出原型,从而进行性能测试和修改,最终形成定型产品。
而在传统制造系统中,需要大量的模具设计、制造和调试等工作,成本高,周期长,已不能适应日新月异的市场变化。
为了提高研发和生产速度,快速而精确地制作出高质量、低成本的模具和产品,能对市场变化做出敏捷响应,人们作了大量的研究和探索工作。
随着工业激光器价格的不断下降和工业激光加工技术的日益成熟,给模具制造和产品生产工艺带来了重大变革
激光加工是将激光束照射到工件的表面,以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。
由于激光加工是无接触式加工,工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力,所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。
由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节,因此激光加工可应用到不同层面和范围上。
二、激光加工的特点
激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势:
①由于它是无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因此可以实现多种加工的目的。
②它可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。
③激光加工过程中无“刀具”磨损,无“切削力”作用于工件。
④激光加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有影响或影响极小。
因此,其热影响区小,工件热变形小,后续加工量小。
⑤它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。
⑥由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换,极易与数控系统配合,对复杂工件进行加工,因此是一种极为灵活的加工方法。
⑦使用激光加工,生产效率高,质量可靠,经济效益好。
三、激光加工的应用
电火花线切割是一种应用机械能以外的能量形式特种加工方式。
它可加工任何导电的金属材料,如硬质合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、钛合金等。
但主要适用于切割各种冲模、塑料模、粉末冶金模等二维及三维直纹面组成的模具及零件,可直接切割各种样板、磁钢、硅钢片冲片,也常用于钼、钨、半导体材料或贵重金属的切割。
高速走丝线切割机床适用于加工各种复杂形状的冲模及单件齿轮、花键、尖角窄缝类零件,也由于它将新的能量形式直接作用于材料,使得加工产生了诸多特点,为新产品试制、精密零件加工及模具制造等开辟了一条新的工艺途径。
主要有以下几个方面。
1、激光打孔
采用脉冲激光器可进行打孔,脉冲宽度为0.1~1毫秒,特别适于打微孔和异形孔,孔径约为0.005~1毫米。
激光打孔已广泛用于钟表和仪表的宝石轴承、金刚石拉丝模、化纤喷丝头等工件的加工。
2、激光切割、划片与刻字
在造船、汽车制造等工业中,常使用百瓦至万瓦级的连续CO2激光器对大工件进行切割,既能保证精确的空间曲线形状,又有较高的加工效率。
对小工件的切割常用中、小功率固体激光器或CO2激光器。
在微电子学中,常用激光切划硅片或切窄缝,速度快、热影响区小。
用激光可对流水线上的工件刻字或打标记,并不影响流水线的速度,刻划出的字符可永久保持(图2)。
3、激光微调
采用中、小功率激光器除去电子元器件上的部分材料,以达到改变电参数(如电阻值、电容量和谐振频率等)的目的。
激光微调精度高、速度快,适于大规模生产。
利用类似原理可以修复有缺陷的集成电路的掩模,修补集成电路存储器以提高成品率,还可以对陀螺进行精确的动平衡调节。
4、激光热处理
用激光照射材料,选择适当的波长和控制照射时间、功率密度,可使材料表面熔化和再结晶,达到淬火或退火的目的。
激光热处理的优点是可以控制热处理的深度,可以选择和控制热处理部位,工件变形小,可处理形状复杂的零件和部件,可对盲孔和深孔的内壁进行处理。
例如,气缸活塞经激光热处理后可延长寿命;用激光热处理可恢复离子轰击所引起损伤的硅材料。
激光加工的应用范围还在不断扩大,如用激光制造大规模集成电路,不用抗蚀剂,工序简单,并能进行0.5微米以下图案的高精度蚀刻加工,从而大大增加集成度。
此外,激光蒸发、激光区域熔化和激光沉积等新工艺也在发展中。
5、激光焊接
激光焊接强度高、热变形小、密封性好,可以焊接尺寸和性质悬殊,以及熔点很高(如陶瓷)和易氧化的材料。
激光焊接的心脏起搏器,其密封性好、寿命长,而且体积小。
四、国内外工业激光现状与发展趋势
国外工业激光现状
国外以美、德、日为代表的几个发达国家在激光加工产业领域的发展速度惊人,它们在主要的大型制造产业,如汽车、电子、机械、航空、钢铁等行业中基本完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代,进入“光制造”时代。
激光在工业制造中所显示出的低成本、高效率以及应用的巨大潜力,成为世界主要工业国家间互相竞争的动力,纷纷将激光技术作为本国重要的尖端技术给予积极支持,加紧制定国家级激光产业发展计划。
美国通过其“精密激光机械加工(PLM)协会”来激励其新工艺技术的发展,力求使美国工业激光器技术在世界上处于领先的地位,并在世界市场中获得较大的份额。
德国在1994年-2002年制订了国家激光发展计划,促使德国激光器和激光工业应用后来居上,位于世界领先地位。
激光设备在德国汽车和机械制造中的广泛应用,使其在这些领域内的竞争能力近年来得到显著提高。
并制订了德国“2002-2006光学促进计划”,将激光技术作为重中之重,认为未来所有制造加工业中有12%以上的加工工艺需要用激光技术来替代。
除此之外,英国“阿维尔计划”、日本“激光研究五年计划”,甚至俄罗斯、韩国、新加坡、印度也制订有专门的激光技术发展计划。
根据国际激光行业权威刊物《LASERFOCUSWORLD》每年发布的统计资料表明,全球激光器产业市场发展迅猛,激光产品销售每年平均以高于10%的速度增长,并呈现出加速增长的趋势。
2008年世界激光产业仅激光器(不包括广泛用于通信和家电的半导体激光器)年产值就超过了70亿美元,激光加工装备年产值超过了130亿美元。
激光工业装备制造企业由研究型的单台特种设备制造企业,发展到标准化、规模化生产的跨国公司。
国外许多知名激光企业均通过兼并重组快速发展壮大。
德国通快公司(Trumpf)通过兼并、重组,成为拥有7家从事激光产品生产的企业,成为当今世界上激光装备制造产业的霸主。
美国相干公司(Coherent)在2001年初将医疗激光集团出售给以色列ESC/Sharplan公司后,购买了几家从事工业激光产品制造的公司,专著于工业激光领域的技术研究和产品开发。
这些大型企业的形成,一方面推动了激光应用技术与产业走向新的发展阶段,另一方面也表明这些厂商正在谋求规模化发展,提升激光设备的性能价格比,以便垄断市场。
五、国内工业激光现状与发展趋势
国内工业激光现状
我国激光技术研究与国外同时起步,是当时与国外技术差距最小的高科技领域。
在国家“六五”至“十一五”科技项目的支持下,逐步形成了以华中科技大学和中科院四大光机为典型代表的研究机构,在激光器的一些核心技术研发上已形成较全面的技术成果,形成了5个国家级的激光技术研究中心。
其中,激光技术国家重点实验室、激光加工国家工程研究中心、武汉光电国家实验室(筹)和最早开设激光学科的华中科技大学均坐落在武汉,成为我国激光技术的发源地。
我国激光加工产业一直呈指数增长,目前我国已经形成华中、珠三角、长三角、环渤海四大激光产业带,有21个省市、地区生产和销售激光设备,常年有定型产品生产和销售,并形成一定规模的企业有200家左右,以激光产品为主业的上市公司有两家。
2008年全国激光产业销售总额达到了80亿元。
中国工业激光的发展也正在紧跟国际发展的趋势,主要体现在:
(1)通过上市融资,龙头企业正在形成
中国第一个以工业激光为主打产品的上市公司是华工科技股份责任公司,2005年深圳大族激光公司紧跟着成为第二家工业激光上市企业。
华工科技以生产高端的激光工业设备为主,大族激光以生产量大面广的低端激光工业设备为主。
但大族激光通过2008年再次融资9亿元,目前正在向高端激光工业设备进军。
2009年华工科技股份责任公司也实现了再次融资4.58亿元,将主要投向5个项目:
高档数控等离子切割机生产线建设项目、先进固体激光器产业化项目、激光特种制造装备、半导体材料激光精密制造装备以及激光加工工艺研发中心建设项目。
(2)走国际合作道路和引进高层次人才,核心竞争力正在形成
为应对市场竞争,中国工业激光企业必须形成自己的核心竞争力,以抗衡国外激光工业设备大量进入中国的现状。
深圳大族激光公司正在建设激光研究院,聘请国内外知名激光专家进行研究工作,并聘用了曾在德国Rofin公司长期工作的吕启涛博士为公司的技术老总。
华工科技公司也引进了阎大鹏博士,开发生产出了光纤激光器。
武汉法利莱激光公司收购了澳大利亚激光企业,提升了激光切割机的技术水平。
武汉华俄激光公司引进了俄罗斯的固体激光切割机技术,在国内首次成立了中俄合资的激光公司。
(3)国民经济支柱行业正在加大使用激光制造设备的力度
武汉钢铁公司正在建设“激光加工工艺研究中心”,并与激光企业联合开发激光冷轧板拼焊设备、东风汽车公司越来越重视轿车车身的激光焊接、南车集团也开始将激光设备用于火车制造、武昌造船厂已购买多台激光切割机。
(4)中国激光产业链正在形成
随着市场的不断扩大,中国激光企业正在寻求自身的定位,逐步在形成产业链。
如北京卓立汉光专门生产激光调节支架、广东许多中小企业专门生产激光设备的机箱、河南南阳生产气体激光器的风机、湖北老河口生产大型激光工作台、成都东骏激光公司专门生产固体激光晶体。
(5)新一代工业激光器正在受到激光企业的重视
为在竞争中立于不败之地,国内龙头企业正在开发新一代工业激光器及其应用装备:
光纤激光器、紫外激光器及其精密加工设备、大功率半导体激光器及其焊接、热处理设备、高功率碟片激光器及其焊接设备、高功率气体激光器及其切焊组合设备等。
总之,随着中国由制造业大国向制造业强国转变,激光加工技术越来越受到制造业的重视,国内大型、重型企业也越来越关注激光加工设备的进展,中国激光加工行业的明天一定非常光明。
结论:
本文对激光加工的原理、起源、应用、发展趋势等做了详细的介绍,并结合激光加工等常见的问题作出分析,对激光加工工艺的理解有一定的帮助。
参考文献:
[1]刘晋春、赵家齐、赵万生.特种加工(第4版)[M].机械工业出版社,2007.
[2]宋威廉,激光加工技术的发展[M].北京:
机械工业出版社,2008.
[3]赵万生.特种加工技术[M].北京:
机械工业出版社,2004.
[4]张辽远.现代加工技术[M].北京:
机械工业出版社,2002.
[5]刘振辉,杨嘉楷.特种加工[M].重庆:
重庆大学出版社,1991.
另附:
伴随着本课程的结束,也敲响了各门考试即将来临的警钟,时间突然间变得很紧张。
其实想一想,还是蛮想念当初老师耐心地教我们现代加工技术,感觉老师人很好,课上也会偶尔教我们一些生活常识,叫我们注意生活中的一些事项,很有用。
最后衷心祝愿老师您身体安康,工作愉快,合家欢乐。
08机制
(2)班1号
20070310010310
肖声建
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 激光 加工