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激光加工是利用功率密度*的激光束照射被加工部位，使材料瞬間熔化或蒸發(fā)，并在沖擊波作用下將熔融物質(zhì)噴射出去，從而對(duì)工件進(jìn)行穿孔、蝕刻、切割;或采用較小的能母密度，使被加工區(qū)域材料呈熔融狀態(tài)，對(duì)工件進(jìn)行焊接。

1.激光加工原理

激光加工的物理基礎(chǔ)是激光與材料的相互作用。這是一個(gè)廣泛的概念和復(fù)雜的過程，它既包含微觀量子過程，也包含激光作用于材料時(shí)發(fā)生的宏觀現(xiàn)象，主要有:材料對(duì)激光的吸收、反射，能量轉(zhuǎn)換與傳遞，材料狀態(tài)及周圍氣體成分，光束作用于材料表面時(shí)的組織效應(yīng)等。激光加工的一般原理是材料吸收光能并轉(zhuǎn)化為熱能使材料加熱、熔化、氣化及冷凝:，

2.激光加工設(shè)備

激光加工的基本設(shè)備包括激光器、電源、光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及安全防護(hù)系統(tǒng)六大部分。圖15. 5所示為激光加工設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖。

(I>激光器。.激光器是激光加工設(shè)備的核心部分，其作用是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽埽a(chǎn)生所需的激光束。激光器按其工作物質(zhì)的種類可分為:固體激光器、液體激光器、氣體激光器和半導(dǎo)體激光器四大類。目前，用于激光加.工的主要是二氧化碳?xì)怏w激光器和紅寶石、欽玻璃、憶鋁石榴石等固體激光器。

(2)電源。電源為激光器提供高壓電能源。根據(jù)加工工藝的要求，電源可在連續(xù)的或脈沖的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3)光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)的作用是把激光束從激光器輸出窗口引導(dǎo)至被加工工件位置上，并在加工部位獲得所需的光斑形狀、尺寸及功率密度。光學(xué)系統(tǒng)由導(dǎo)光系統(tǒng)(包括折反鏡、分光鏡、光導(dǎo)纖維及禍合元件等)、觀察系統(tǒng)及改善光束性能裝置等部分組成。

(4)機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)主要包括床身、工作臺(tái)，它用來確定工件相對(duì)于加工系統(tǒng)的位置。

(5)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)用以控制和協(xié)調(diào)整個(gè)激光加工機(jī)的動(dòng)作、開邊激光加工機(jī)的可調(diào)工藝參數(shù)、脈沖或連續(xù)或重復(fù)頻率等運(yùn)行方式的控制。特別是激光加工機(jī)的運(yùn)行速度快，同時(shí)要滿足各種復(fù)雜曲面的要求，因此對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)速度、分解速度及數(shù)據(jù)采集與處理等功能有更高的要求。

(6)安全防護(hù)系統(tǒng)。安全防護(hù)系統(tǒng)主要用來保護(hù)操作者及有關(guān)人員免受激光輻射損傷，其次是保證整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

s.激光加工的應(yīng)用

激光加工作為一種精密細(xì)微的加工方法，因其單色性、方向性以及能量密度高度集中性等特點(diǎn)，幾乎能加工所有材料，加工速度高、熱影響區(qū)小。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于陶瓷、玻璃、寶石及金剛石等非金屬材料和硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬材料的小孔、微孔加工以及多種材料成形切割、焊接、表面處理等。

(t)激光打孔。目前，激光打小孔技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)的燃料噴嘴、化學(xué)纖維噴絲頭、鐘表及儀表中的寶石軸承、金剛石拉絲模等小孔加工中。

(2)激光切割。激光切割是材料激光加工中應(yīng)用泛的一種工藝。切割縫寬度可達(dá)0. 15一0. 2 mm。激光切割的厚度:金屬材料可達(dá)IO mm;非金屬材料可達(dá)20一30 mm 。

(3)激光焊接。激光焊接可以在大氣中將兩種材料或兩個(gè)工件焊接在一起.:;焊接過程迅速，熱影響區(qū)小，焊接質(zhì)量好。

(4)激光雕銑。利用激光可以在金屬和非金屬材料C-.進(jìn)行刻蝕加工。在刻蝕加工過程中，激光頭運(yùn)動(dòng)速度與顯示屏圖形變化同步，因此加工過程直觀、明了:

(5)激光表面處理:利用激光對(duì)金屬表面掃描，可以對(duì)零件表面做強(qiáng)化處理、表面合金化處理等。由于利用這種強(qiáng)化方法可以改變零部件各部分的性能，故可用比較便宜的結(jié)構(gòu)材料，得到具有非常高的強(qiáng)度、耐磨性和長使用壽命的零部件。〕

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