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精密加工
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介绍

激光精密加工技术


       激光加工是目前最先进的加工技术,自1960年美国贝尔实验室发明红宝石激光器以来后,激光就逐步地被应用到音像设备、测距、医疗仪器、加工等各个领域。在激光加工领域,虽然激光发射器价格非常昂贵(几十万到上百万),但由于激光加工具有传统加工无法比拟的优势,在美、意、德等国家激光加工已占到加工行业50%以上的份额。



加工技术





     因为激光束可以聚焦到很小的尺寸,所以特别适合于精密加工。按照加工材料的尺寸大小和加工的精度要求,将目前的激光加工技术分为三个层次:


    (1)大型件材料激光加工技术,以厚板(数毫米至几十毫米)为主要对象,其加工精度一般在毫米或者亚毫米级;


     (2)精密激光加工技术,以薄板(0.1~1.0 mm)为主要加工对象,其加工精度一般在十微米级;
 

    (3)激光微细加工技术,针对厚度在100μm以下的各种薄膜为主要加工对象,其加工精度一般在十微米以下甚至亚微米级。


      在机械行业中,精密通常是指表面粗糙度小、各种公差(包括位置、形状、尺寸等)范围小。这里所说的“精密”,是指被加工区域的缝隙小,就是说加工所能达到的极限尺寸小。


      激光精密加工有如下显著特点:
 

     (1)范围广泛:激光精密加工的对象范围很宽,包括几乎所有的金属材料和非金属材料;适于材料的烧结、打孔、打标、切割、焊接、表面改性和化学气相沉积等。而电解加工只能加工导电材料,光化学加工只适用于易腐蚀材料,等离子加工难以加工某些高熔点的材料。
 

     (2)精确细致:激光束可以聚焦到很小的尺寸,因而特别适合于精密加工。激光精密加工质量的影响因素少,加工精度高,在一般情况下均优于其它传统的加工方法。
 

     (3)高速快捷:从加工周期来看,电火花加工的工具电极精度要求高、损耗大,加工周期较长;电解加工的加工型腔、型面的阴极模设计工作量大,制造周期亦很长;光化学加工工序复杂;而激光精密加工操作简单,切缝宽度方便调控,可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割、加工速度快,加工周期比其它方法均要短。
 

     (4)安全可靠:激光精密加工属于非接触加工,不会对材料造成机械挤压或机械应力;相对于电火花加工、等离子弧加工,其热影响区和变形很小,因而能加工十分微小的零部件。
 

     (5)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。对于大件产品的加工,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。
 

     (6)切割缝细小:激光切割的割缝一般在0.1-0.2mm。
 

     (7)切割面光滑:激光切割的切割面无毛刺。
 

     (8)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。
 

     (9)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。
 

     (10)非常适合新产品的开发:一旦产品图纸形成后,马上可以进行激光加工,你可以在最短的时间内得到新产品的实物。


 


应用场景:





     (1)激光精密打孔
       随着技术的进步,传统的打孔方法在许多场合已不能满足需求。例如在坚硬的碳化钨合金上加工直径为几十微米的小孔;在硬而脆的红、蓝宝石上加工几百微米直径的深孔等,用常规的机械加工方法无法实现。而激光束的瞬时功率密度高达108 W/cm2,可在短时间内将材料加热到熔点或沸点,在上述材料上实现打孔。与电子束、电解、电火花、和机械打孔相比,激光打孔质量好、重复精度高、通用性强、效率高、成本低及综合技术经济效益显著。国外在激光精密打孔已经达到很高的水平。瑞士某公司利用固体激光器给飞机涡轮叶片进行打孔,可以加工直径从20μm到80μm的微孔,并且其直径与深度之比可达 1∶80。激光束还可以在脆性材料如陶瓷上加工各种微小的异型孔如盲孔、方孔等,这是普通机械加工无法做到的。


     (2)激光精密切割
       与传统切割法相比,激光精密切割有很多优点。例如,它能开出狭窄的切口、几乎没有切割残渣、热影响区小、切割噪声小,并可以节省材料 15%~30%。由于激光对被切割材料几乎不产生机械冲力和压力,故适宜于切割玻璃、陶瓷和半导体等既硬又脆的材料,加上激光光斑小、切缝窄,所以特别适宜于对细小部件作各种精密切割。
 

      激光精密切割的一个典型应用就是切割印刷电路板PCB(Printed circuits Boards)中表面安装用模板(SMT stencil)。传统的SMT模板加工方法是化学刻蚀法,其致命的缺点就是加工的极限尺寸不得小于板厚,并且化学刻蚀法工序繁杂、加工周期长、腐蚀介质污染环境。采用激光加工,不仅可以克服这些缺点,而且能够对成品模板进行再加工,特别是加工精度及缝隙密度明显优于前者,制作费也由早期的远高于化学刻蚀到现在的略低于前者。但由于用于激光加工的整套设备技术含量高,售价亦很高。


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