特种加工（第6版）白基成（电子课件）教学课件5 激光加工.ppt

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1、特种加工—第5章激光加工韦东波迟关心机械制造及其自动化1第5章激光加工LaserBeamMachining(LBM)20世纪60年代初发展起来的可用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理以及激光存储等2简介激光加工——利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。特点：不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。3为什么激光可以用于加工？普通太阳光聚焦后可以点燃木材、纸张，但不能用于加工，原因：1）地面上的太阳光的能量密度不高；2）太阳光不是单色光，聚焦后不在同一平面内激光可控的单色光，强度高，能量密度大，可以在空气介质中

2、高速加工各种材料。45.1激光加工的原理和特点5.1.1激光的产生原理5.1.2激光的特性5.1.3激光加工的原理和特点第5章激光加工5.1激光加工的原理和特点55.1.1激光的产生原理1.光的物理概念2.原子的发光3.激光的产生第5章激光加工5.1激光加工的原理和特点65.1.1激光的产生原理—1.光的物理概念波粒二象性——波动性、微粒性电磁波电磁学：一定波长范围内的粒子流（光子）量子学——一种具有一定能量的，以光速运动的粒子流紫蓝0.400.430.45青绿黄橙红0500.570.600.630.76波长µm10-14宇宙射线射线x射线紫外线红外线微波无线电波电磁波

3、波谱图可见光波谱图10-710-6104波长m第5章激光加工5.1激光加工的原理和特点75.1.1激光的产生原理—2.原子的发光原子的激发、跃迁基态时原子可长时间存在，激发态时原子停留时间很短。有些原子在某些能级上停留时间较长，即亚稳态能级亚稳态能级的存在是形成激光的重要条件原子的跃迁是以光子的形式释放能量自发辐射：原子由高能态自发地跃迁到低能态而发光。受激辐射：入射光与跃迁而辐射的光频率接近，则激发出与入射光特性相同的光，相当于放大。第5章激光加工5.1激光加工的原理和特点85.1.1激光的产生原理—3.激光的产生某些具有亚稳态能级的物质，在外来光子的激发下会吸收光能，

4、使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目——粒子数反转若有一束光照射，光子的能量等于这两个能级相对应的差，这时就会产生受激辐射，输出大量的光能。第5章激光加工5.1激光加工的原理和特点95.1.2激光的特性激光具有光的共性（反射、折射、绕射及干涉等等）普通光源的发光是自发辐射，基本上是无秩序的、相互独立地产生光发射。发出的光波的方向、相位和偏振状态都不同。激光是受激辐射，有组织、相互关联地产生发射，发出的光波具有相同的频率、方向、偏振状态和严格的相位。所以激光具有强度高、单色性好、相干性好和方向性好。第5章激光加工5.1激光加工的原理和特点105.1.3激光加工的原理和特

5、点激光加工的原理经过透镜聚焦后,在焦点上达到很高的能量密度，光能转化为热能，靠光热效应来加工的。激光加工的特点1)聚焦后，激光的功率密度很高，光能转化为热能，几乎可以熔化任何材料。2）激光光斑大小可以达到微米级，输出功率可调，可以用于精密微细加工。3）工具是激光束，无损耗，无接触，无明显的机械力。加工速度快、热影响区小，容易实现自动化第5章激光加工5.1激光加工的原理和特点115.1.3激光加工的原理和特点（续）4）与电子束相比，加工装置较简单5）激光加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热加工，影响因素很多。精微加工时的精度，尤其是重复精度和表面粗糙度不易保证。由于光的反射作用

6、，对于表面光泽或透明的材料的加工，需要先进行色化或打毛处理。激光无法加工非常光泽的表面。6）加工中产生的金属气体及火星等飞溅物，要注意通风抽走，操作者应戴防护眼镜。第5章激光加工5.1激光加工的原理和特点125.2激光加工的基本设备激光加工机的组成激光器重要设备，把电能转变为光能激光器电源光学系统聚焦和瞄准系统机械系统应该是三坐标数控系统常用的激光器固体激光器红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石气体激光器CO2、氩离子第5章激光加工5.2激光加工的基本设备135.3激光加工工艺及应用1.激光打孔2.激光切割3.其他激光加工第5章激光加工5.2激光加工的基本设备145.3.1激光打

7、孔主要影响因素输出功率和照射时间焦距与发散角焦点的位置光斑内的能量分布多次照射工件材料第5章激光加工5.3激光加工工艺及应用151.焦点位置与孔的剖面形状焦点一般应该在工件的表面或略低。第5章激光加工5.3激光加工工艺及应用162.光斑内的能量分布对打孔质量影响第5章激光加工5.3激光加工工艺及应用173.光管效应（多次照射）第5章激光加工5.3激光加工工艺及应用184.工件材料不同的材料吸收的光谱不同，需要根据材料选择激光器。表面粗糙度对加工深度有影响第5章激光加工5.3激光加工工艺及应用195.3.2激光切割与