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1、第7卷第6期潍坊学院学报Vo.l7No.62007年11月JournalofWeifangUniversityNov.2007*不锈钢管小群孔激光加工技术高立(潍坊学院,山东潍坊261061)摘要:采用理论与实验优化相结合的方法,研究了不同的激光能量和不同的脉冲宽度、脉冲频率对1Cr18Ni9Ti不锈钢管小群孔激光加工精度的影响,结果表明:经使用优化后的激光参数所钻出的孔其孔径和孔深基本能达到
2、设计要求。钻孔效率较常规的机械加工提高十倍以上,通过此类激光钻孔实验可优化激光钻不锈钢管的相关激光参数,积累实验数据。关键词:激光钻孔;峰值功率;脉冲频率;脉冲宽度中图分类号:TG156.99文献标识码:A文章编号:1671-4288(2007)06-0040-031引言工微孔的应用已经非常广泛,目前成为一种在工业[2-4]奥氏体不锈钢具有优良的机械性能,良好的耐中最有效的加工方法之一。由于激光打孔过程蚀能力、较突出的冷变形能力、无磁性,因此广泛地影响因素复杂,如果参数与工艺条件选取不当,孔的应用于航空、航天、船舶
3、及医疗器械等领域。但是不精度及孔径大小就难以达到确定的要求。因此,本锈钢的切削加工性能比中碳钢差得多。以45号碳文通过实验研究了激光参数与工艺条件对激光在奥钢的切削加工性作为100%,而奥氏体不锈钢氏体不锈钢管上打孔精度的影响。1Cr18Ni9Ti的切削加工性只为40%。不锈钢的切削加工具有加工硬化严重、切削力大、切削温度高、不易断屑、易粘刀、刀具易磨损等特点,给切削加工带来很大困难。图1所示不锈钢管是某重点型号过滤器中的关键零件,钢管材料为1Cr18Ni9T,i直径为40mm,厚度+0.06为2mm。要求在管壁上加工出直径为
4、0.250mm图1待钻孔钢管试件图的通孔,孔间距一致。曾采用钻模加工,由于钻模盖2激光打孔试验住零件表面,操作稍有不慎就会造成小孔漏钻,同时钻头伸出较长,刚性差、易折断,造成零件报废。从工艺过程还可以看出,不锈钢群孔去毛刺也非常难,也是个关键。为了解决上述问题,必须选择新的工艺方法。到目前为止,除了用传统的机械钻削方法加工孔外,常用的还有以下几种特殊工艺方法:激光、电火花及电化学钻孔等。各种不同的加工方法各具特图2LW300型脉冲激光打孔机色、各有所长,也各有其不足之处。但是与其它加工本实验采用如图2所示的华中科技大学激
5、光科方法相比,激光打孔具有很明显的优势。激光加工技有限公司生产的LW300型Nd:YAG固体脉冲激灵活、成本低、不需在真空室中进行,加工速度快、效光器。其最大脉冲频率为500Hz,采用平-平腔型,率高,打孔孔径小、无接触、打孔深径比高,可加工任每单脉冲输出能量为0.1~3.5J,自由振荡脉冲宽度[1]意材料、环保等,是未来打孔的发展方向。激光加为0.1~20ms。采用在相纸上打光斑的方法来测量*收稿日期:2007-09-20作者简介:高立(1965-),男,江苏徐州人,潍坊学院机电工程学院讲师,博士。40第6期
6、高立:不锈钢管小群孔激光加工技术激光的光束质量。采用常规的Nd:YAG激光打孔机峰值功率。加工微细孔时,普遍采用减小聚焦透镜焦距f的方可以说,这三个参数是影响激光打孔的关键因法,但微孔的直径一般在0.1~0.5mm的范围内,素,如果参数选取不当,加工出的孔其孔壁光洁度进一步减小f(f<20mm)是不利的。因为在打孔时差,有锥度,特别是在孔壁上产生再铸层。这些都要喷溅物容易污染镜头的保护介质(如玻璃片),同时影响小孔的加工精度和质量。在偏离焦点时光束发散较大,这给工件的安装和
7、调激光焊接机有三个参数可调:电流大小、脉冲宽节也带来一定困难。本实验装置的聚焦透镜焦距为度和脉冲频率。在实际钻孔过程中,首先通过调整25mm,可有效保护激光镜头和减小因离焦量大而导电流大小来调整单脉冲激光能量,又由于单脉冲能致的发散角的扩大。量:2.1激光脉冲能量对孔深和孔径的影响Ep=wP(3)对于一套选定的光学系统来说,焦平面上的激在脉冲激光辐射作用下,当激光功率密度达到光光斑直径的大小是由作为工作物质的激光棒和光某一值时,在一定的时间间隔内,金属表面将达到沸学系统的系统参数决定的。激光束焦点处能量密度腾温度,并开始
8、强烈地气化。热波和气化波将向金的变化完全依赖于激光器输出的脉冲能量的变化,属深处传播,轴向和径向热传导形成了一个熔融层,故通常孔深和孔径的变化主要通过改变脉冲能量来孔底蒸发时所形成的反冲脉冲将此融熔层沿着孔壁实现。被加工点材料的熔化和蒸发是形成孔的两个排出。为此
