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激光辅助加工技术及进展分析

导读: 激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理,大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。

激光加工应用

激光加工应用

  激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理,大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程,包括激光焊接激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等;光化学反应加工是指激光束照射到物体,借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。

  激光加热辅助切削技术最早出现于20世纪70年代,作为一种提高难加工材料生产率的方法,用于镍合金、钛合金和淬硬钢的加工。虽然LAM的可行性得到了验证,但对激光能量、光束位置等影响因素没有进行系统的研究,受金属材料吸收率低、激光技术发展等因素限制导致加工成本高、加工经济性差,使LAM的研究陷入停滞状态。而到90年代,由于陶瓷等复合材料技术的发展,性能好、加工难度大的材料出现及激光设备价格降低,LAM技术逐渐回到了研究者的视线。

  近些年,高性能材料在汽车及其他行业中取得了广泛的应用,比如陶瓷材料、高温合金材料及复合材料。这些材料都具有高强度、高硬度、高热稳定性和高耐磨性的特性,可以大大提高最终产品零部件的性能。目前,这些材料通过各种不同的制造工艺加工成最终的产品。虽然成型工艺可以以较高的效率生产出各种产品形状,但是工件尺寸的精确度和表面光洁度都差强人意,因此在成型工艺后还要对工件进行表面处理,以保证工件的尺寸公差及表面效果。表面处理通常采用机加工的方式,这样可以提高加工的精确度和灵活性。不过,有些高性能材料采用传统的工艺难度较高,甚至在某些情况下根本无法加工。

  激光辅助加工技术

  随着激光技术的不断发展,激光辅助加工(LAM,或称激光加热辅助加工)逐渐成为难加工材料的一种有效方法。激光辅助加工是将高功率激光束聚焦在切削刃前的工件表面,在材料被切除前的短时间内将局部加热到很高的温度,使材料的切削性能在高温下发生改变,从而可以采用普通刀具进行加工。通过对工件加热,提高材料的塑性,降低切削力,减小刀具磨损,减小振动。对硬脆材料可将其脆性转化为延展性,使屈服强度降低到断裂强度以下,避免加工中出现裂纹,从而达到提高加工效率、降低成本、提高表面质量的目的(如图1所示)。

激光辅助加工提高工件表面质量

激光辅助加工提高工件表面质量

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