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激光打孔的特點
2012/5/16 0:36:14
激光打孔是最早達到實用化的激光加工技術(shù),也是激光加工的主要應用領域之一。隨著近代產(chǎn)業(yè)和科學技術(shù)的迅速發(fā)展,使用硬度大、熔點高的材料越來越多,而傳統(tǒng)的加工方法已不能滿足某些工藝要求。例如,在高熔點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、藍寶石上加工幾百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(guī)機械加工方法很困難,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上高度集中,利用透鏡聚焦,可以將光斑直徑縮小到微米級從而獲得105-1015W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度幾乎可以在任何材料實行激光打孔,而且與其它方法如機械鉆孔、電火花加工等常規(guī)打孔手段相比,具有以下明顯的優(yōu)點:
(1)激光打孔速度快,效率高,經(jīng)濟效益好。|
由于激光打孔是利用功率密度為l07-109W/cm2的高能激光束對材料進行瞬時作用,作用時間只有10-3-10-5s,因此激光打孔速度非?。將高效能激光器與高精度的機床及控制系統(tǒng)配合,通過微處理機進行程序控制,可以實現(xiàn)高效率打孔。在不同的工件上激光打孔與電火花打孔及機械鉆孔相比,效率進步l0-1000倍。
(2)激光打孔可獲得大的深徑比。
在小孔加工中,深徑比是衡量小孔加工難度的-個重要指標。對于用激光束打孔來說,激光束參數(shù)較其它打孔方法草便于優(yōu)化,所以可獲得比電火花打孔及機械鉆孔大得多的深徑比。一般情況下,機械鉆孔和電火花打孔所獲得的深徑比值不超過10。
(3)激光打孔可在硬、脆、軟等各類材料上進行。
高能量激光束打孔不受材料的硬度、剛性、強度和脆性等機械性能限制,它既適于金屬材料,也適于一般難以加工的非金屬材料,如紅寶石、藍寶石、陶瓷、人造金剛石和自然金剛石等。由于難加工材料大都具有高強度、高硬度、低熱導率、加工易硬化、化學親和力強等性質(zhì),因此在切削加工中阻力大、溫度高、工具壽命短,表面粗糙度差、傾斜面上打孔等因素使打孔的難度更大。而用激-光在這些難加工材料上打孔,以上題目將得到解決。我國鐘表行業(yè)所用的寶石軸承幾乎全部是激光打孔。人造金剛石和自然金剛石的激光打孔應用也非常普遍。用YAG激光在厚度為5.5mm的硬質(zhì)合金上打孔,深徑比高達l4:1,而在1l.5mm厚的65Mn上可打出深徑比為l9:1的小孔。在l0mm厚的堅硬的氮化硅陶瓷上可輕易地打出直徑為0.6mm的小孔,這都是常規(guī)打孔手段無法辦到的。特別是在彈性材料上,由于彈性材料易變形,很難用一般方法打孔。
(4)激光打孔無工具損耗。
激光打孔為無接觸加工,避免了機械鉆打微孔時易斷鉆頭的題目。用機械鉆加工直徑為0.8mm以下的小孔,即使是在鋁這樣軟的材料上,也經(jīng)常出現(xiàn)折斷鉆頭的題目,這不僅造成工具損耗而加大本錢,而且會因鉆頭折斷致使整個工件報廢。假如是在群孔板的加工中出現(xiàn)鉆頭折斷,將使題目更為嚴重。在這種情況下,往除折斷鉆頭的最好方法也仍然是激光打孔。當然此時的激光打孔設備必須具備精密的瞄準裝置,以便正確無誤地打掉折斷的鉆頭。
(5)激光打孔適合于數(shù)目多、高密度的群孔加工。
由于激光打孔機可以和自動控制系統(tǒng)及微機配合,實現(xiàn)光、機、電一體化,使得激光打孔過程正確無誤地重復成千上萬次。結(jié)合激光打孔孔徑小、深徑比大的特點,通過程序控制可以連續(xù)、高效地制作出小孔徑、數(shù)目大、密度高的群孔板,激光加工出的群孔板的密度比機械鉆孔和電火花打孔的群孔板高1-3個數(shù)目級,例如,食品、制藥行業(yè)使用的過濾片厚度為1-3mm,材料為不銹鋼,孔徑為0.3-0.8mm,密度為l0-100孔/cm2。
(6)用激光可在難加工材料傾斜面上加工小孔。
對于機械打孔和電火花打孔這類接觸式打孔來說,在傾斜面上特別是大角度傾斜面上打小孔是極為困難的。傾斜面上的小孔加工的主要題目是鉆頭進鉆困難,鉆頭切削刃在傾斜平面上單刃切削,兩邊受力不均,產(chǎn)生打滑難以進鉆,甚至產(chǎn)生鉆頭折斷。假如為高強度、高硬度材料,打孔幾乎是不可能的,而激光卻特別適合于加工與工件表面成6o-90o角的小孔,即使是在難加工材料上打斜孔也不例外。
另外,由于激光打孔過程與工件不接觸,因此加工出來的工件清潔,沒污染。由于這種打孔是一種蒸發(fā)型的、非接觸的加工過程,它消除了常規(guī)熱絲穿孔和機械穿孔帶來的殘渣,因而十分衛(wèi)生。而且激光加工時間短,對被加工的材料氧化、變形、熱影響區(qū)域均較小,不需要特列保護。激光不僅能對置于空氣中的工件打孔,而且也能對置于真空中或其它條件下的工件進行打孔。由此可見,激光是一種高質(zhì)量、快速打孔的有效工具。
(1)激光打孔速度快,效率高,經(jīng)濟效益好。|
由于激光打孔是利用功率密度為l07-109W/cm2的高能激光束對材料進行瞬時作用,作用時間只有10-3-10-5s,因此激光打孔速度非?。將高效能激光器與高精度的機床及控制系統(tǒng)配合,通過微處理機進行程序控制,可以實現(xiàn)高效率打孔。在不同的工件上激光打孔與電火花打孔及機械鉆孔相比,效率進步l0-1000倍。
(2)激光打孔可獲得大的深徑比。
在小孔加工中,深徑比是衡量小孔加工難度的-個重要指標。對于用激光束打孔來說,激光束參數(shù)較其它打孔方法草便于優(yōu)化,所以可獲得比電火花打孔及機械鉆孔大得多的深徑比。一般情況下,機械鉆孔和電火花打孔所獲得的深徑比值不超過10。
(3)激光打孔可在硬、脆、軟等各類材料上進行。
高能量激光束打孔不受材料的硬度、剛性、強度和脆性等機械性能限制,它既適于金屬材料,也適于一般難以加工的非金屬材料,如紅寶石、藍寶石、陶瓷、人造金剛石和自然金剛石等。由于難加工材料大都具有高強度、高硬度、低熱導率、加工易硬化、化學親和力強等性質(zhì),因此在切削加工中阻力大、溫度高、工具壽命短,表面粗糙度差、傾斜面上打孔等因素使打孔的難度更大。而用激-光在這些難加工材料上打孔,以上題目將得到解決。我國鐘表行業(yè)所用的寶石軸承幾乎全部是激光打孔。人造金剛石和自然金剛石的激光打孔應用也非常普遍。用YAG激光在厚度為5.5mm的硬質(zhì)合金上打孔,深徑比高達l4:1,而在1l.5mm厚的65Mn上可打出深徑比為l9:1的小孔。在l0mm厚的堅硬的氮化硅陶瓷上可輕易地打出直徑為0.6mm的小孔,這都是常規(guī)打孔手段無法辦到的。特別是在彈性材料上,由于彈性材料易變形,很難用一般方法打孔。
(4)激光打孔無工具損耗。
激光打孔為無接觸加工,避免了機械鉆打微孔時易斷鉆頭的題目。用機械鉆加工直徑為0.8mm以下的小孔,即使是在鋁這樣軟的材料上,也經(jīng)常出現(xiàn)折斷鉆頭的題目,這不僅造成工具損耗而加大本錢,而且會因鉆頭折斷致使整個工件報廢。假如是在群孔板的加工中出現(xiàn)鉆頭折斷,將使題目更為嚴重。在這種情況下,往除折斷鉆頭的最好方法也仍然是激光打孔。當然此時的激光打孔設備必須具備精密的瞄準裝置,以便正確無誤地打掉折斷的鉆頭。
(5)激光打孔適合于數(shù)目多、高密度的群孔加工。
由于激光打孔機可以和自動控制系統(tǒng)及微機配合,實現(xiàn)光、機、電一體化,使得激光打孔過程正確無誤地重復成千上萬次。結(jié)合激光打孔孔徑小、深徑比大的特點,通過程序控制可以連續(xù)、高效地制作出小孔徑、數(shù)目大、密度高的群孔板,激光加工出的群孔板的密度比機械鉆孔和電火花打孔的群孔板高1-3個數(shù)目級,例如,食品、制藥行業(yè)使用的過濾片厚度為1-3mm,材料為不銹鋼,孔徑為0.3-0.8mm,密度為l0-100孔/cm2。
(6)用激光可在難加工材料傾斜面上加工小孔。
對于機械打孔和電火花打孔這類接觸式打孔來說,在傾斜面上特別是大角度傾斜面上打小孔是極為困難的。傾斜面上的小孔加工的主要題目是鉆頭進鉆困難,鉆頭切削刃在傾斜平面上單刃切削,兩邊受力不均,產(chǎn)生打滑難以進鉆,甚至產(chǎn)生鉆頭折斷。假如為高強度、高硬度材料,打孔幾乎是不可能的,而激光卻特別適合于加工與工件表面成6o-90o角的小孔,即使是在難加工材料上打斜孔也不例外。
另外,由于激光打孔過程與工件不接觸,因此加工出來的工件清潔,沒污染。由于這種打孔是一種蒸發(fā)型的、非接觸的加工過程,它消除了常規(guī)熱絲穿孔和機械穿孔帶來的殘渣,因而十分衛(wèi)生。而且激光加工時間短,對被加工的材料氧化、變形、熱影響區(qū)域均較小,不需要特列保護。激光不僅能對置于空氣中的工件打孔,而且也能對置于真空中或其它條件下的工件進行打孔。由此可見,激光是一種高質(zhì)量、快速打孔的有效工具。