激光打孔的特點(diǎn)及工藝介紹

1、激光打孔的特點(diǎn)及工藝介紹、激光打孔的特點(diǎn)。2006年7月5日10:19來源：武漢華工激光工程有限責(zé)任公司激光打孔是最早達(dá)到實用化的激光加工技 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)高的材料越來越多，而傳統(tǒng)的加 工方法已不能滿足某些工藝需求。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。這一類的加 工任務(wù)用常規(guī)的機(jī)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(xiàn)。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

2、而獲得很高的功率密度, 幾乎可以對任何材料進(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?？状蚩资侄蜗啾龋哂酗@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。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，沒有光束和工件的相對位移。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

3、級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(tài)下也可以在連續(xù)狀態(tài)下工作。用脈沖方式 時，由于孔以一定的位移量連續(xù)的彼此迭加，從而形成一個連續(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

4、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，可以實現(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)

5、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)床簡單又通用的形式為三維機(jī)床。兩維運(yùn)動在水平面，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。每一維可通過步進(jìn)電機(jī)帶動滾珠絲杠在直 線滾珠導(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，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-

6、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。這樣多種類型的激光打孔加工，五維工作臺都能勝任。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。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，國內(nèi)外激光打孔機(jī)整機(jī)水平處在一個迅速發(fā)展的階段，激光器輸出功率逐漸 提高，脈沖寬度越來越窄，頻率范圍越來越寬，其他參數(shù)也越來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。目前國內(nèi)已形成商品的激光打孔機(jī)有幾十種，除了大專院校和科研院所之外，專門經(jīng)營制 造激光設(shè)備的公

7、司也逐漸增多。這表明中國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、工藝過程第 一步，詳細(xì)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(shè)計便利、快捷的工裝夾具。第 四步，程序設(shè)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(zhì)量的主要參數(shù)。激光打孔的過程是激光和物質(zhì)相互作用的極其復(fù)雜的熱物理過程。 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