激光切割技术国内进展及应用案例.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除激光切割技术国内进展及应用案例 学院：机械工程学院系：机械制造班级：11机制2班制作人：刘卓聿、雷丰源指导老师：龚老师 【摘要】随着我国国民经济的快速发展，我国正从一个制造大国向制造强国迈进。激光加工制造技术是一项集光、机、电于一体的先进制造技术，在许多行业中已得到了越来越普遍的应用。而在工业生产中，激光切割占激光加工的比例大约在70以上，是激光加工行业中最重要的一项应用技术。本文深入浅出地介绍了目前常用的激光切割技术，而且内容丰富、实用性强。【关键词】激光加工、激光切割技术 目录1、 激光切割的基本技术2、 激光切割技术的优点三、激光切割技术的发展四、国内激光技术现况五、激光切割技术的分类 5.1汽化切割 5.2熔化切割 5.3氧化融化切割 5.4控制断裂切割六、激光切割技术的应用七、参考文献 一、 激光切割的基本技术 激光：(LASER-Light Amplification of Stimulate Emission Radiation)是利用原子或分子受激辐射的原理，使工作物质受激而产生的一种单色性高，方向性强，亮度高的光束。 激光器：激活介质、激活装置、光学谐振腔激光器按工作介质来分类分为固体激光器、液体激光器、气体激光器、半导体激光器，此为，还有化学激光器和自由电子激光器等。原理：利用高功率密度的激光束来穿过材料表面，在极短的时间内将材料加热到几千甚至上万度，使材料融化或者气化，并用高压气体将融化或者汽化的物质从切缝中吹走，以达到切割材料的目的。经过30多年的发展，现已开发的激光器超过200多种，种类繁多，特点各异，用途也各不相同。虽然激光器的种类繁多，但目前适用于激光切割的工业化激光器主要是CO和YAG激光器。 激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等的一门技术。 二、激光切割技术的优点激光加工技术与传统加工技术相比具有很多优点，所以得到如此广泛的应用。尤其适合新产品的开发：一旦产品图纸形成后，马上可以进行激光加工，可以在最短的时间内得到新产品的实物。 1、光点小，能量集中，热影响区小； 2、不接触加工工件，对工件无污染； 3、不受电磁干扰，与电子束加工相比应用更方便； 4、激光束易于聚焦、导向，便于自动化控制。 5、范围广泛：几乎可对任何材料进行雕刻切割。 6、安全可靠：采用非接触式加工，不会对材料造 成机械挤压或机械应力。 7、精确细致：加工精度可达到0.1mm 8、效果一致：保证同一批次的加工效果几乎完全 一致。 9、高速快捷：可立即根据电脑输出的图样进行高 速切割，且激光切割的速度与线切割的速度相比要 快很多。 10、成本低廉：不受加工数量的限制，对于小批 量加工服务，激光加工更加便宜。 11、切割缝细小：激光切割的割缝一般在 0.1-0.2mm。 12、切割面光滑：激光切割的切割面无毛刺。 13、热变形小：激光加工的激光割缝细、速度快、 能量集中，因此传到被切割材料上的热量小，引 起材料的变形也非常小。 14、适合大件产品的加工：大件产品的模具制造 费用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激 光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边，可以大 幅度地降低企业的生产成本提高产品的档次。 15、节省材料：激光加工采用电脑编程，可以把 不同形状的产品进行材料的套裁，最大限度地提 高材料的利用率，大大降低了企业材料成本。 三、激光切割技术的发展激光切割的工业应用始于20世纪70年代初，最初用在硬木板上切非穿透槽，嵌切片，制造冲剪纸的模具等。随着激光器件和加工技术的不断进步，其应用领域逐步扩大到低碳钢、不锈钢等金属和增强塑料、陶瓷、石英，石材等非金属的切割。 作为20世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一，激光技术和激光产业的发展受到世界先进国家的高度重视。激光加工是国外激光应用中最大的项目，也是对传统产业改造的重要手段，主要是kW级到10kW级CO激光器和百瓦到千瓦级YAG激光器实现对各种材料的切割、焊接、打孔、刻划和热处理等。激光加工应用领域中，CO2激光器以切割和焊接应用最广，分别占到70%和20%，表面处理则不到10%。而YAG激光器的应用是以焊接、标记（50%）和切割（15%）为主。在美国和欧洲CO2激光器占到了7080%。我国激光加工中以切割为主的占10%，其中98%以上的CO2激光器，功率在1.5kW2kW范围内，而以热处理为主的约占15%，大多数是进行激光处理汽车发动机的汽缸套。发展趋势：1.数控化和综合化把激光器与计算机数控技术、先进的光学系统以及高精度和自动化的工件定位相结合，形成研制和生产加工中心，已成为激光加工发展的一个重要趋势。2.小型化和组合化国外已把激光切割和模具冲压两种加工方法组合在一台机床上，制成激光冲床，它兼有激光切割的多功能性和冲压加工的高速高效的特点，可完成切割复杂外形、打孔、打标、划线等加工。3.高频度和高可靠性国外YAG激光器的重复频度已达2000次/秒，二极管阵列泵浦的Nd：YAG激光器的平均维修时间已从原来的几百小时提高到12万小时。4.采用激元激光器进行金属加工这是国外激光加工的一个新课题。激元激光器能发射出波长157350纳米的紫外激光, 大多数金属对这种激光的反射率很低, 吸收率相应很高, 因此, 这种激光器在金属加工领域有很大的应用价值。 四、国内激光技术现况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。存在的主要问题：科研成果转化为商品的能力差，许多有市场前景的成果停留在实验室的样机阶段；激光加工系统的核心部件激光器的品种少、技术落后、可靠性差。国外不仅二级管泵浦的全固态激光器已用于生产过程中，而且二级管激光器也被应用，而我国二极管泵浦的全固态激光器还处在刚开始研究开发阶段；对加工技术的研究少，尤其对精细加工技术的研究更为薄弱，对紫外波激光进行加工的研究进行的极少；激光加工设备的可靠性、安全性、可维修性、配套性较差，难以满足工业生产的需要。 五、激光切割技术的分类 5.1汽化切割工件在激光作用下快速加热至沸点，部分材料化作蒸汽逸去，部分材料为喷出物从切割缝底部吹走。这种切割机是无融化材料的切割方式。5.2熔化切割激光将工件加热至熔化状态，与光束同轴的氩、氦、氮等辅助气流将熔化材料从切缝中吹掉。5.3氧化融化切割金属被激光迅速加热至燃点以上，与氧发生剧烈的氧化反应（即燃烧），放出大量的热，又加热下一层金属，金属被继续氧化，并借助气体压力将氧化物从切缝中吹掉。 5.4控制断裂切割对易受热破坏的脆性材料，激光束加热后在小块区域引起巨大的热梯度和机械变形，导致材料形成裂纹，由此进行的高速、可控的切裂。六、激光切割技术的应用案例近几年，国内研究人员开发出的微芯片激光切割装置采用的是纳秒级的超短波低能激光。切割时，激光装置的特殊光学系统将激光聚焦成直径只有几微米的激光束。利用这种能量聚积在特定空间和时间内的激光，照射诸如蓝宝石等材料，可以直接在材料内部打出一些紧密相临的细小孔眼。这样被“钻”空的蓝宝石材料可以很容易被“掰开”，获得理想的微芯片。7、 参考文献【1】