激光束加工：零件、工作原理、应用和限制
在本文中，您将了解什么是激光束加工 ?, 它是如何工作的？ 解释了它的部分 , 工作原理 带图表 .还有优点 和缺点 激光束加工。
简介
什么是激光加工？
激光束加工 是一种非常规的加工工艺，其中激光指向工件进行加工。该工艺利用热能从金属或非金属表面去除金属。
激光 是电磁辐射。它产生的单色光呈几乎准直的光束形式，可以光学聚焦到直径小于 0.002 毫米的非常小的光斑上。
‘激光 ' 字代表 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation。
激光加工的工作原理
让我们考虑介质（例如，红宝石晶体棒）的原子处于基态。当来自光源的能量量子落在该介质上时，它会导致介质原子吸收辐射。
这导致介质原子的电子跃迁到上能级。
高能级的原子被称为处于激发态。处于激发态的原子立即开始自发下降到亚稳态（中间）。
从亚稳态开始，原子在下降到原始能级之前随机发射一个光子。这种光子辐射被称为自发辐射，速度极快。
然而，在适当频率的光的存在下，当原子开始发射时，将在较高能级发生受激发射，并且通过导致更多发射而发生连锁反应，整个雪崩将一起倾泻而下。这称为激光作用。
另请阅读：磨料喷射加工：零件、工作、优势等
激光电路部分
以下是激光加工的主要部分：
- 一副镜子
- 一种能量来源
- 光放大器。
这个放大器 被称为激光 .必须在这些基本部件上添加控制系统和冷却系统。激光仪器最重要的部分是激光晶体 .常用的激光晶体是一种人造红宝石，由氧化铝组成，其中引入了 0.05% 的铬。
水晶棒通常是圆形的，端面由镜子制成。激光材料需要一种称为泵的能源 .这可能是一个充满氙气、氩气或氪气的闪光灯。灯靠近放大器或晶体棒放置在一个高反射圆柱体内，该圆柱将闪光灯发出的光引导到棒中，以便激光材料可以吸收尽可能多的能量。
红宝石中的铬原子因此被激发到高能级。被激发的原子在返回其正常状态后发射能量（光子）。通过这种方式，可以在短脉冲中获得非常高的能量。红宝石棒在高温下会变得不那么有效，因此它需要用水、空气或液氮不断冷却。
激光加工的工作
操作时将待切割的工件放在铝制工作台上（耐激光切割）。
激光头在工件上移动，操作员在手动调整控制面板的同时目视检查切割。
实际轮廓是从一个链接机制获得的，复制主图纸或实际轮廓，放在附近的长凳上。
短脉冲激光的功率输出接近光束横截面的 10 kw cm。
通过将激光束聚焦在 1/100 平方毫米大小的点上，光束可以在短暂的闪光中集中到 100,000 kW/cm 的功率密度和几焦耳的能量，持续时间不到一秒。
例如，加工短脉冲需要 100 焦耳的能量。
因此，激光可以提供足够的热量来熔化和蒸发任何已知材料。
激光束从被加工表面去除材料的机制包括熔化和蒸发过程的混合。
然而，对于某些材料，其机理是纯蒸发。
加工速度
激光可用于切割和钻孔。 LBM中的材料去除率 相对较低，约为 4000 毫米/小时。
切割是从以下关系中找到的：
哪里，
| P =入射到表面的激光功率，W |
| E =材料的汽化能量，W/mm (mm²) |
| A =激光束在焦点处的面积，(mm²) |
| t1 =材料厚度，mm |
| k =材料的恒定特性和激光能量向材料的转换效率，mm/min。 |
将一定体积的金属升高到其汽化点所需的近似能量 E 由下式给出：
哪里，
| Pg =材料密度，kg/m 3 |
| Vg =要蒸发的体积，m 3 |
| Cp =比热，cal/kg K |
| θm =熔点，K |
| θb =沸点，K |
| θ0 =环境温度，K |
| Lm =熔化潜热，cal/kg |
| Lv =汽化潜热，cal/kg |
| np =流程的效率 |
准确度
这个加工过程的精度是多少？
- 激光最适合用于切割和钻孔。
- 为了在钻孔中获得最佳结果，必须将材料放置在距焦点 +0.2 毫米的公差范围内。
- 采用数控或光电跟踪仪进行轮廓切割的精度约为 +0.1 毫米。
激光加工的应用
- 目前发现，激光加工工艺仅适用于特殊情况，例如加工非常小的孔以及在陶瓷等薄而硬的材料中切割复杂的轮廓。
- 也用于局部切割或雕刻。
- 其他应用包括钢金属修整、消隐和电阻修整。
- 虽然 LBM 不是大批量材料去除工艺，但可以在大批量微加工生产中使用该工艺。
激光加工的优势
激光束加工的主要优点包括：
- 刀具与工件直接接触。
- 可以加工任何材料，包括非金属。
- 可以对不易接近的区域进行钻孔和切割。
- 由于准直光束，热影响区很小。
- 可以加工极小的孔。
- 没有工具磨损。
- 可以加工橡胶和塑料等软材料。
激光加工的缺点
激光的主要限制之一是它不能用于切割具有高导热性或高反射率的金属，例如铝、铜及其合金。此外，该工艺还存在以下缺点：
- 其整体效率极低（10% 至 15%）。
- 该过程仅限于薄片。
- 它的材料去除率非常低。
- 加工的孔不圆不直。
- 激光系统效率很低，因为睫毛灯的寿命很短。
- 成本很高。
结论：
激光束加工 是最好的常规匹配之一，任何可以熔化而不分解的固体材料都可以用激光束切割。就是这样，我们已经讨论了有关此主题的所有内容，但是，如果您有任何疑问或问题，可以在评论中提出。
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