
任何一种新的制造技术都是在与传统制造技术竞争中发展起来的。激光加工技术在与传统加工的竞争中显示出了独特的优越性,不仅提高了效率,节省了材料,提高了质量和加工精度,而且促进了设计理念更新,工艺流程改进,从而赋予产品更高的附加值。

图(1)固体激光器加工原理图

图(2)气体激光器加工原理图
激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是固体激光器(图1)和气体激光器(图2)。使用二氧化碳气体激光器切割时,一般在光束出口处装有喷嘴,用于喷吹氧、氮等辅助气体,以提高切割速度和切口质量。
由于激光加工是无接触式加工,工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力,所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节,因此激光加工可应用到不同层面和范围上。
激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势:
由于这是无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因此可实现多种加工的目的。
它可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。
激光加工过程中无“刀具”磨损,无“切削刀”作用于工件。
激光加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有影响或影响小。因此,其热影响区小,工件热变形小,后续加工量小。
它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。
由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换,极易与数控系统配合,对复杂工件进行加工,因此是一种极为灵活的加工方法。
使用激光加工,生产效率高,质量可靠,经济效益好。
例如:
(1)美国通用电器公司采用板条激光器加工航空发动机上的异形槽,不到4小时即可高质量完成,而原来采用电火花加工则需要9小时以上。仅此一项,每台发动机的造价可省5万美元。
(2)激光切割钢件工效可提高8-20位,材料可节省15-30%,大幅度降低生产成本,并且加工精度高,产品质量稳定可靠。虽然激光加工拥有许多优点,但不足之处也是很明显的。
激光加工过程大体上可分为如下几个阶段:
1.激光束照射工件材料(光的辐射能部分被反射,部分被吸收并对材料加热,部分因热传导而损失);
2.工件材料吸收光能;
3.光能转变成热能是工件材料无损加热(激光进入工件材料的深度极浅,所以在焦点中央,表面温度迅速升高);
4.工件材料被熔化、蒸发、汽化并溅出去除或破坏;
5.作用结束与加工区冷凝。
目前,国内从事生产激光器及激光应用设备的单位约有100多家,主要集中在广东(含深圳、珠海特区)、湖北、上海、江苏和北京等经济发达省市。这些地区的年销售额约占全国激光产品市场总额的90%,并已基本形成以上述省市为主体的华中地区、环渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲四大激光产业群。
我国加工设备逐渐走向成熟,预计在“十二五”规划的深入落实过程中,中国激光产业必定会有较大发展,激光制造设备技术水平会得到大幅度提高,在信息、能源、交通运输、电子、冶金、机械等支柱产业中会得到更深入的应用,进而提升这些行业的自主创新能力,使其产品适应全球化的发展潮流,形成新的经济增长点,在提高市场竞争力中发挥重大作用。

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