激光切割技術(shù)國(guó)內(nèi)進(jìn)展及應(yīng)用案例論文

1、激光切割技術(shù)國(guó)內(nèi)進(jìn)展及應(yīng)用案例 學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院系：機(jī)械制造班級(jí)：11機(jī)制2班制作人：劉卓聿、雷豐源指導(dǎo)老師：龔老師 【摘要】隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)正從一個(gè)制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。激光加工制造技術(shù)是一項(xiàng)集光、機(jī)、電于一體的先進(jìn)制造技術(shù)，在許多行業(yè)中已得到了越來(lái)越普遍的應(yīng)用。而在工業(yè)生產(chǎn)中，激光切割占激光加工的比例大約在70以上，是激光加工行業(yè)中最重要的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。本文深入淺出地介紹了目前常用的激光切割技術(shù)，而且內(nèi)容豐富、實(shí)用性強(qiáng)?！娟P(guān)鍵詞】激光加工、激光切割技術(shù) 目錄1、 激光切割的基本技術(shù)2、 激光切割技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)三、激光切割技術(shù)的發(fā)展四、國(guó)內(nèi)激光技術(shù)現(xiàn)況五、激光切割技術(shù)的分類

2、5.1汽化切割 5.2熔化切割 5.3氧化融化切割 5.4控制斷裂切割六、激光切割技術(shù)的應(yīng)用七、參考文獻(xiàn) 一、 激光切割的基本技術(shù) 激光：(LASER-Light Amplification of Stimulate Emission Radiation)是利用原子或分子受激輻射的原理，使工作物質(zhì)受激而產(chǎn)生的一種單色性高，方向性強(qiáng)，亮度高的光束。 激光器：激活介質(zhì)、激活裝置、光學(xué)諧振腔激光器按工作介質(zhì)來(lái)分類分為固體激光器、液體激光器、氣體激光器、半導(dǎo)體激光器，此為，還有化學(xué)激光器和自由電子激光器等。原理：利用高功率密度的激光束來(lái)穿過(guò)材料表面，在極短的時(shí)間內(nèi)將材料加熱到幾千甚至上萬(wàn)度，使材料融化

3、或者氣化，并用高壓氣體將融化或者汽化的物質(zhì)從切縫中吹走，以達(dá)到切割材料的目的。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，現(xiàn)已開發(fā)的激光器超過(guò)200多種，種類繁多，特點(diǎn)各異，用途也各不相同。雖然激光器的種類繁多，但目前適用于激光切割的工業(yè)化激光器主要是CO和YAG激光器。 激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料(包括金屬與非金屬)進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等的一門技術(shù)。 二、激光切割技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)激光加工技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，所以得到如此廣泛的應(yīng)用。尤其適合新產(chǎn)品的開發(fā)：一旦產(chǎn)品圖紙形成后，馬上可以進(jìn)行激光加工，可以在最短的時(shí)間內(nèi)得到新產(chǎn)品的實(shí)物。 1、光點(diǎn)小，能量集中，熱影響區(qū)?。?/p>

4、 2、不接觸加工工件，對(duì)工件無(wú)污染； 3、不受電磁干擾，與電子束加工相比應(yīng)用更方便； 4、激光束易于聚焦、導(dǎo)向，便于自動(dòng)化控制。 5、范圍廣泛：幾乎可對(duì)任何材料進(jìn)行雕刻切割。 6、安全可靠：采用非接觸式加工，不會(huì)對(duì)材料造 成機(jī)械擠壓或機(jī)械應(yīng)力。 7、精確細(xì)致：加工精度可達(dá)到0.1mm 8、效果一致：保證同一批次的加工效果幾乎完全 一致。 9、高速快捷：可立即根據(jù)電腦輸出的圖樣進(jìn)行高 速切割，且激光切割的速度與線切割的速度相比要 快很多。 10、成本低廉：不受加工數(shù)量的限制，對(duì)于小批 量加工服務(wù)，激光加工更加便宜。 11、切割縫細(xì)小：激光切割的割縫一般在 0.1-0.2mm。 12、切割面光滑：

5、激光切割的切割面無(wú)毛刺。 13、熱變形小：激光加工的激光割縫細(xì)、速度快、 能量集中，因此傳到被切割材料上的熱量小，引 起材料的變形也非常小。 14、適合大件產(chǎn)品的加工：大件產(chǎn)品的模具制造 費(fèi)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沖剪時(shí)形成的塌邊，可以大 幅度地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本提高產(chǎn)品的檔次。 15、節(jié)省材料：激光加工采用電腦編程，可以把 不同形狀的產(chǎn)品進(jìn)行材料的套裁，最大限度地提 高材料的利用率，大大降低了企業(yè)材料成本。 三、激光切割技術(shù)的發(fā)展激光切割的工業(yè)應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代初，最初用在硬木板上切非穿透槽，嵌切片，制造沖剪紙的模具等。隨著激光器件和加工技術(shù)的不斷進(jìn)

6、步，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大到低碳鋼、不銹鋼等金屬和增強(qiáng)塑料、陶瓷、石英，石材等非金屬的切割。 作為20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志和現(xiàn)代信息社會(huì)光電子技術(shù)的支柱之一，激光技術(shù)和激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到世界先進(jìn)國(guó)家的高度重視。激光加工是國(guó)外激光應(yīng)用中最大的項(xiàng)目，也是對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造的重要手段，主要是kW級(jí)到10kW級(jí)CO激光器和百瓦到千瓦級(jí)YAG激光器實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材料的切割、焊接、打孔、刻劃和熱處理等。激光加工應(yīng)用領(lǐng)域中，CO2激光器以切割和焊接應(yīng)用最廣，分別占到70%和20%，表面處理則不到10%。而YAG激光器的應(yīng)用是以焊接、標(biāo)記（50%）和切割（15%）為主。在美國(guó)和歐洲CO2激光器占到了7080%。我國(guó)

7、激光加工中以切割為主的占10%，其中98%以上的CO2激光器，功率在1.5kW2kW范圍內(nèi)，而以熱處理為主的約占15%，大多數(shù)是進(jìn)行激光處理汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸套。發(fā)展趨勢(shì)：1.數(shù)控化和綜合化把激光器與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動(dòng)化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。2.小型化和組合化國(guó)外已把激光切割和模具沖壓兩種加工方法組合在一臺(tái)機(jī)床上，制成激光沖床，它兼有激光切割的多功能性和沖壓加工的高速高效的特點(diǎn)，可完成切割復(fù)雜外形、打孔、打標(biāo)、劃線等加工。3.高頻度和高可靠性國(guó)外YAG激光器的重復(fù)頻度已達(dá)2000次/秒，二極管陣列泵浦的Nd：YAG

8、激光器的平均維修時(shí)間已從原來(lái)的幾百小時(shí)提高到12萬(wàn)小時(shí)。4.采用激元激光器進(jìn)行金屬加工這是國(guó)外激光加工的一個(gè)新課題。激元激光器能發(fā)射出波長(zhǎng)157350納米的紫外激光, 大多數(shù)金屬對(duì)這種激光的反射率很低, 吸收率相應(yīng)很高, 因此, 這種激光器在金屬加工領(lǐng)域有很大的應(yīng)用價(jià)值。 四、國(guó)內(nèi)激光技術(shù)現(xiàn)況我國(guó)激光技術(shù)研究與國(guó)外同時(shí)起步，是當(dāng)時(shí)與國(guó)外技術(shù)差距最小的高科技領(lǐng)域。在國(guó)家“六五”至“十一五”科技項(xiàng)目的支持下，逐步形成了以華中科技大學(xué)和中科院四大光機(jī)為典型代表的研究機(jī)構(gòu)，在激光器的一些核心技術(shù)研發(fā)上已形成較全面的技術(shù)成果，形成了5個(gè)國(guó)家級(jí)的激光技術(shù)研究中心。其中，激光技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、激光加工國(guó)家

9、工程研究中心、武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）和最早開設(shè)激光學(xué)科的華中科技大學(xué)均坐落在武漢，成為我國(guó)激光技術(shù)的發(fā)源地。我國(guó)激光加工產(chǎn)業(yè)一直呈指數(shù)增長(zhǎng)，目前我國(guó)已經(jīng)形成華中、珠三角、長(zhǎng)三角、環(huán)渤海四大激光產(chǎn)業(yè)帶，有21個(gè)省市、地區(qū)生產(chǎn)和銷售激光設(shè)備，常年有定型產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售，并形成一定規(guī)模的企業(yè)有200家左右，以激光產(chǎn)品為主業(yè)的上市公司有兩家。2008年全國(guó)激光產(chǎn)業(yè)銷售總額達(dá)到了80億元。存在的主要問(wèn)題：科研成果轉(zhuǎn)化為商品的能力差，許多有市場(chǎng)前景的成果停留在實(shí)驗(yàn)室的樣機(jī)階段；激光加工系統(tǒng)的核心部件激光器的品種少、技術(shù)落后、可靠性差。國(guó)外不僅二級(jí)管泵浦的全固態(tài)激光器已用于生產(chǎn)過(guò)程中，而且二級(jí)管激光器也被應(yīng)

10、用，而我國(guó)二極管泵浦的全固態(tài)激光器還處在剛開始研究開發(fā)階段；對(duì)加工技術(shù)的研究少，尤其對(duì)精細(xì)加工技術(shù)的研究更為薄弱，對(duì)紫外波激光進(jìn)行加工的研究進(jìn)行的極少；激光加工設(shè)備的可靠性、安全性、可維修性、配套性較差，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。 五、激光切割技術(shù)的分類 5.1汽化切割工件在激光作用下快速加熱至沸點(diǎn)，部分材料化作蒸汽逸去，部分材料為噴出物從切割縫底部吹走。這種切割機(jī)是無(wú)融化材料的切割方式。5.2熔化切割激光將工件加熱至熔化狀態(tài)，與光束同軸的氬、氦、氮等輔助氣流將熔化材料從切縫中吹掉。5.3氧化融化切割金屬被激光迅速加熱至燃點(diǎn)以上，與氧發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)（即燃燒），放出大量的熱，又加熱下一層金屬，金屬被繼續(xù)氧化，并借助氣體壓力將氧化物從切縫中吹掉。 5.4控制斷裂切割對(duì)易受熱破壞的脆性材料，激光束加熱后在小塊區(qū)域引起巨大的熱梯度和機(jī)械變形，導(dǎo)致材料形成裂紋，由此進(jìn)行的高速、可控的切裂。六、激光切割技術(shù)的應(yīng)用案例近幾年，國(guó)內(nèi)研究人員開發(fā)出的微芯片激光切割裝置采用的是納秒級(jí)的超短波低能激光。切割時(shí)，激光裝置的特殊光學(xué)系統(tǒng)將激光聚焦成直徑只有幾微米的激光束。利用這種能量聚積在特定空間和時(shí)間內(nèi)的激光，照射諸如藍(lán)寶石等材料，可以直接在材料內(nèi)部打出一些緊密相臨的細(xì)小孔眼。這樣被“鉆”空的藍(lán)寶石材料可以很容易被“掰開”，獲得理想的微芯片。7