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激光打孔的特点
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激光切割机展厅
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激光打孔是最早达到实用化的激光加工技术,也是激光加工的主要应用领域之一。随着近代工业和科学技术的迅速发展,使用硬度大、熔点高的材料越来越多,而传统的加工方法已不能满足某些工艺要求。例如,在高熔点金属钼板上加工微米量级孔径;在硬质碳化钨上加工几十微米的小孔;在红、蓝宝石上加工几百微米的深孔以及金刚石拉丝模具、化学纤维的喷丝头等。这一类的加工任务用常规机械加工方法很困难,有时甚至是不可能的,而用激光打孔则不难实现。激光束在空间和时间上高度集中,利用透镜聚焦,可以将光斑直径缩小到微米级从而获得105-1015W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度几乎可以在任何材料实行激光打孔,而且与其它方法如机械钻孔、电火花加工等常规打孔手段相比,具有以下显著的优点:

(1)激光打孔速度快,效率高,经济效益好。|

由于激光打孔是利用功率密度为l07-109W/cm2的高能激光束对材料进行瞬时作用,作用时间只有10-3-10-5s,因此激光打孔速度非常快。将高效能激光器与高精度的机床及控制系统配合,通过微处理机进行程序控制,可以实现高效率打孔。在不同的工件上激光打孔与电火花打孔及机械钻孔相比,效率提高l0-1000倍。

(2)激光打孔可获得大的深径比。

在小孔加工中,深径比是衡量小孔加工难度的-个重要指标。对于用激光束打孔来说,激光束参数较其它打孔方法草便于优化,所以可获得比电火花打孔及机械钻孔大得多的深径比。一般情况下,机械钻孔和电火花打孔所获得的深径比值不超过10。

(3)激光打孔可在硬、脆、软等各类材料上进行。

高能量激光束打孔不受材料的硬度、刚性、强度和脆性等机械性能限制,它既适于金属材料,也适于一般难以加工的非金属材料,如红宝石、蓝宝石、陶瓷、人造金刚石和天然金刚石等。由于难加工材料大都具有高强度、高硬度、低热导率、加工易硬化、化学亲和力强等性质,因此在切削加工中阻力大、温度高、工具寿命短,表面粗糙度差、倾斜面上打孔等因素使打孔的难度更大。而用激-光在这些难加工材料上打孔,以上问题将得到解决。我国钟表行业所用的宝石轴承几乎全部是激光打孔。人造金刚石和天然金刚石的激光打孔应用也非常普遍。用YAG激光在厚度为5.5mm的硬质合金上打孔,深径比高达l4:1,而在1l.5mm厚的65Mn上可打出深径比为l9:1的小孔。在l0mm厚的坚硬的氮化硅陶瓷上可容易地打出直径为0.6mm的小孔,这都是常规打孔手段无法办到的。特别是在弹性材料上,由于弹性材料易变形,很难用一般方法打孔。

(4)激光打孔无工具损耗。

激光打孔为无接触加工,避免了机械钻打微孔时易断钻头的问题。用机械钻加工直径为0.8mm以下的小孔,即使是在铝这样软的材料上,也常常出现折断钻头的问题,这不仅造成工具损耗而加大成本,而且会因钻头折断致使整个工件报废。如果是在群孔板的加工中出现钻头折断,将使问题更为严重。在这种情况下,去除折断钻头的最好方法也仍然是激光打孔。当然此时的激光打孔设备必须具备精密的瞄准装置,以便准确无误地打掉折断的钻头。

(5)激光打孔适合于数量多、高密度的群孔加工。

由于激光打孔机可以和自动控制系统及微机配合,实现光、机、电一体化,使得激光打孔过程准确无误地重复成千上万次。结合激光打孔孔径小、深径比大的特点,通过程序控制可以连续、高效地制作出小孔径、数量大、密度高的群孔板,激光加工出的群孔板的密度比机械钻孔和电火花打孔的群孔板高1-3个数量级,例如,食品、制药行业使用的过滤片厚度为1-3mm,材料为不锈钢,孔径为0.3-0.8mm,密度为l0-100孔/cm2。

(6)用激光可在难加工材料倾斜面上加工小孔。

对于机械打孔和电火花打孔这类接触式打孔来说,在倾斜面上特别是大角度倾斜面上打小孔是极为困难的。倾斜面上的小孔加工的主要问题是钻头入钻困难,钻头切削刃在倾斜平面上单刃切削,两边受力不均,产生打滑难以入钻,甚至产生钻头折断。如果为高强度、高硬度材料,打孔几乎是不可能的,而激光却特别适合于加工与工件表面成6o-90o角的小孔,即使是在难加工材料上打斜孔也不例外。

另外,由于激光打孔过程与工件不接触,因此加工出来的工件清洁,没污染。因为这种打孔是一种蒸发型的、非接触的加工过程,它消除了常规热丝穿孔和机械穿孔带来的残渣,因而十分卫生。而且激光加工时间短,对被加工的材料氧化、变形、热影响区域均较小,不需要特列保护。激光不仅能对置于空气中的工件打孔,而且也能对置于真空中或其它条件下的工件进行打孔。由此可见,激光是一种高质量、快速打孔的有效工具。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (1/3/2009)
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