1、激光打孔的研究 内容提纲 ?打孔的应用 ?常用的打孔工艺 ?激光打孔的优势 ?激光打孔的原理 ?激光打孔的方式 ?影响激光打孔的因素 ?激光打孔质量分析 打孔的应用 印制电路版(PCB) 网纹辊激光雕刻 航天领域的应用 化学纤维喷丝头 模具制造 钟表承轴打孔等. 常用的打孔工艺 ?钻头打孔：适合打大孔及金属材料和非金属材料上打孔，由于钻头打孔存在工件与钻头之间力的作用,难以在倾斜面及倾角上打孔 .打孔直径在mm以上 ?电火花打孔：电火花加工基于电火花腐蚀原理 ,是在工具电极与工件电极相互靠近时 ,极间形成脉冲性火花放电,故只适合在金属材料上打孔，对不同的打孔材料需要选定不同的电极打孔直径在0.
2、2mm以上，打孔的速度较慢 ?激光打孔：适合在各种材料上打孔可以打出直径在0.06mm的孔且打孔的速度快 金刚石 激光打孔 传统打孔 厚度/mm 孔径/mm 能量/J 脉冲数 打孔时间/min 打孔时间h 0.89 0.46 9.0 85 5.5 10 1.30 0.03 5.0 38 4.6 16 1.47 0.05 7.0 65 5.0 12 1.82 0.10 8.0 75 5.25 12 2.00 0.15 7.0 233 7.9 14 2.41 0.38 10.5 340 11.4 20 2.91 0.51 12.5 351 11.9 25 金刚石模具激光打孔和传统打孔的对比 电路板
3、印刷 零件加工 钢板上打孔 激光打孔的优势 ?激光打孔速度快效率高 ?激光打孔可获得较大的深径比 ?激光打孔可在硬脆软等各种材料上孔 ?激光打孔工具无损耗 ?激光打孔适合于数量多高密度的群孔加工 ?用激光可在难加工材料倾斜面上加工小孔 激光打孔的原理 激光束是一种在时间上和空间上高度集中的光子流束，其发散角极小、聚焦性能良好， 采用光学聚焦系统， 可以将激光束会聚到微米量级的极小范围内， 其功率密度可高达 108-1015w/c当这种微细的高能激光束照射工件上时， 由于这种高强热源对材料加热的结果， 可使得照射区内的温度瞬时上升到一万度以上， 从而引起被照射区内的材料瞬时熔化并大量汽化蒸发，气
4、压急剧上升， 高速气流猛烈向外喷射，在照射点上立即形成一个小凹坑。 随着激光能量的不断输入， 凹坑内的汽化程度加剧， 蒸气量急剧增多， 气压骤然上升，对凹坑的四周产生强烈的冲击波作用， 致使高压蒸气带着溶液， 从凹坑底部高速向外喷射， 在工件上迅速打出一个具有一定锥度的小孔来。 phLdE241?31)(32?mBLLEd?812)(3?mBLLtgEh?打孔的直径和深度可以由能量平衡原理用右边的公式算出式中为脉冲激光能量， LP为材料单位体积破坏能LB材料的汽化热比能，Lm材料的熔化热比能 是光束的发散角 ?激光打孔的方式及方法 ?单脉冲打孔：由于单脉冲打孔过程中的许多因素难以控制例如：从孔
5、道中喷出的材料蒸汽对激光光束产生无规则屏蔽及散射，熔融物未被喷射出去，以及在表面张力作用下熔融物再凝固等都将引起孔形的畸变和尺寸的变化主要用于对薄板零件加工盲孔 ?多脉冲打孔：它是采用一组重复周期远远大于材料凝固时间的极短脉冲激光束进行打孔加工，由于多次脉冲激光能量的不断累积，使照射区域的材料逐层汽化蒸发，逐渐将孔加深 复制法:指成形面以一定的精度再现光束形状的打孔方法. 轮廓迂回法:指加工表面的形状由光线和被加工零件相对位移的轨迹所决定的打孔方法. 影响激光打孔的因素 ?激光束的照射条件:脉冲能量脉冲波形脉冲宽度脉冲次数以及光束发散角等参数的影响. 脉冲波形对孔的影响 脉冲次数能量宽度对孔尺
6、寸及形状的影响 ?光束焦点与工件的位置 激光束焦点到工件表面之间的距离称为偏焦量( ) f? 不同偏焦量对打孔的影响 ?工件表面的状态 激光打孔是用激光照射到工件表面上开始加工的,工件表面的状态,对光的反射率影响很大,表面越精细粗糙度越小,则反射率越大,激光打孔越困难. 表面粗糙度对打孔的影响 表面粗糙度 ?工件的性质 激光打孔是一种复杂的热物理过程,材料的导热性熔点沸点比热容和相变潜热等物理性能对打孔有较大的影响.同时各种材料对波长的吸收率和反射率各异.大多数金属对光束的反射率随波长的增加而增高. 激光打孔质量分析 由上图分析可得到:孔为椭圆形且轴面成锥形,存在熔融层. ?出现椭圆形的原因:光斑内能量分布不均匀 ?出现锥形的原因:光束的发散角 ?影响熔融层原因:激光脉冲的波形 对脉冲波形的调制:单脉冲能量不变,调制后每个微小脉冲的峰值功率比原来提高了且脉宽被压缩.微小脉冲的去除量减少,使汽化液化比提高.改善孔壁和孔口质量. 调制前 调制后 由图可知激光能量的分布不是呈圆形的而是一个椭圆. 我们可以通过对光斑的整形以达到良好的圆形输出光斑.例如:在聚焦镜前放置光阑. 谢谢观看
