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激光打孔技术分析

  2020-08-13         Chris         8071

生产效率的提高导致了几种与激光(热烧蚀钻孔)、光束处理、分光光度法

  

 
生产率的提高导致了几种与激光(热烧蚀钻孔)、光束加工、分光光度法和工件加工相关的钻孔策略,所有这些都有助于提高整个过程的效率和生产率的提高。
需要穿孔的应用领域包括喷气发动机或燃气轮机的冷却孔、动力总成部件的润滑孔、喷射喷嘴孔、空气轴承和淋浴喷头孔等。过滤器、筛网和动力总成分离器、食品和化学品设备以及铸件的排气口也有孔。
盲孔用于手术用针和在预切割阶段用于分割易碎材料,它现在是制造连杆、轴承、陶瓷以及蓝宝石基片的标准。其他应用包括用于表面润滑的储油坑或医用植入物,以及用于晶体太阳能电池或半导体接触处理的新兴市场。本文通孔直径为0.01 ~ 1.5mm,深径比为1 ~ 30。根据不同的应用,孔有不同的几何形状,从圆柱体到锥,凹槽,或特定的形状。
目前面临的主要任务是将高生产率与对更高几何公差的不断增长的需求结合起来,同时减少加工中的副作用。可以从图1(a)和图1(b)部分推导出适当的技术和战略。从这些数字可以清楚地看出,在一些应用领域,每个工件钻的孔很少,钻的时间很短,从系统工程的角度来看,这是相当具有挑战性的进给和定位。另一方面,由于每个工件要钻几百个孔,所以在加工深径比大、耗时长的孔时,必须采用有效的钻孔策略。

工业激光打孔可分为单脉冲或冲床、冲床或螺旋冲床。脉冲固态激光器或调制/脉冲光纤激光器用于这些应用,脉冲间隔通常在微秒(热脉冲)和皮秒(非热脉冲)之间。通常,对于质量要求较低和深径比较高的孔,通常使用热脉冲进行加工。用灯管抽运的激光器可以提供这种典型的脉冲重复率低于5kHz的脉冲。使用重复频率超过100kHz的短脉冲激光可以加工出高质量的孔。       


 


       

 
但是本文不会详细讨论这些穿孔。
对于所有的热冲压工艺,生产率必须降低质量,特别是在可能的热效应的副作用(如重铸和微裂纹)的情况下。研究了脉冲形状和脉冲调制对穿孔效率和穿孔质量的影响。这些调查的结果清楚地表明,热冲压技术还有改进的空间。
单脉冲冲
使用M2值在3 - 60之间的灯泵浦脉冲工业Nd:YAG固体激光器可以加工直径在0.015 - 1.2mm之间的孔。图2显示了一个定性的范围图,给定的生产力作为深度-直径比和孔径的函数。当深径比为10时,已在图中标注。现有的脉冲重复频率表明了高频大功率激光器的生产效率限制。图2中的图示(a)为0.5mm厚的不锈钢车辆滤清器,直径0.05mm的滤清器最多有1200个孔。孔在2秒内加工完成。这一生产率是在快速转轴和其他辅助手段(如支架)实现重复孔加工几何精度和避免毛刺的前提下实现的。图示(b)为一不锈钢咖啡机零件,孔直径为0.25mm(深径比为2.5),每秒钻30个孔。图(c)显示了一个直径0.7毫米的孔的活塞环,使用500瓦(脉冲峰值功率30kW)激光以每秒30个孔的速度加工。典型的公差范围从5%到10%。

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