2022年激光加工技术实训教案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案激光加工技术实训教案工程训练中心20XX年 12 月名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案长春工业高校工程训练课程教案老师姓名50 分钟实训项目名称内容激光加工技术时间地点创新试验室讲授一、教学目的及要求：1把握激光加工的基本理论；2明白激光加工工艺的方法种类及特点；3明白激光加工设备的组成；4把握激光加工设备操作方法；二、教学重点：1激光加工的概念及应用；2激光加工设备操作方法；三、教学难点：加工过程中激光能量的调解 . 四、教学内容

2、：1激光加工的概念、特点和工艺范畴：2激光加工的基本理论 2.1 激光的产生及其特性 1）激光的产生 光的产生与光源内部原子运动状态有关,原子内的原子核和核外电子间存着吸引和排斥 的冲突,电子按肯定半径的轨道环绕原子核运动；当原子接受肯定的外来能量或向外释放一 定的能量时,核外电子的运动轨道半径将发生变化,这就是发光的原理；激光是通过入射光子影响处于亚稳态高能级的原子、离子或分子跃迁到低能级而完成受 激辐射时发出的光,简言之,激光就是受激辐射得到的加强光； 2 激光的特性名师归纳总结 一般光源的发光是以自发辐射为主,基本上是无序地、相互独立地产生光发射,发出的光第 2 页,共 6 页- - -

3、 - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案波无论方向、相位或者偏振状态都不相同；激光不同于一般光,它是以受激辐射为主,同进 各发光中心所发射出的光波具有相同的频率、方向偏振和严格的相位关系；因此,激光除了 具有反射、折射、绕射和干射等一般光共性外,仍具有亮度和单色性、方向性、相干性好等 特点；2.2 激光加工的基本原理及特点 2.2.1 激光加工的基本原理 是一种重要的高能束加工方法,它是利用材料在激光聚焦照耀下瞬时急剧熔化和气化,并产生很强的冲击波,使被熔化的物质爆炸式地喷溅来实现材料去除的加工技术；由于激光具有四个极为重要的特性, 经聚焦后,光斑直

4、径仅为几微米, 能量密度高达 10 72,能产生 10 4C 以上的高温；因此,激光能在千分之几秒甚至更短的时间内熔化、10 11W/cm 气化任何材料；激光加工的物理过程大致可分为光能的吸取及能量转化,材料的无损加热,材料熔化、气化及溅出,作用终止及加工区冷凝等几个连续阶段；2.2.2 激光加工的特点 1）适应性强；）加工精度高 2 3）加工质量好；4）加工速度快效率高；5）简洁实现自动化加工 ; 6）通用性强 ; 7）节能节材 ; 8 ）激光可通过光学透亮介质（玻璃、空气、惰性气体和某些液体）对工件 进行加工；3激光加工的基本设备（结合设备讲解）激光加工的基本设备包括激光器、电源、光学系统

5、和机械系统等四大部分；1 激光器 激光器是激光加工的核心设备,通过它可以把电能转化成光能,获得方向好、能量密度 高、稳固的激光束；按材料分：固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器及自 由电子激光器；按工作方式分：连续激光器和脉冲激光器；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案2 激光器电源 激光电源依据加工工艺的要求,为激光供应所需的能量及掌握功能；由于激光器的工作 特点不同,对供电电源的要求也不同,因而它们对供电电源的要求也不同；如,固体激光器 电源有连续和脉冲的二种；气体激光器电源有直流、射

6、频、微波、电容器放电以及这些方法 的综合使用等,故电源种类较多；3 光学系统 光学系统包括聚焦系统和观看瞄准系统；聚焦系统的作用是把激光引向聚焦物镜,并聚 焦在加工工件上；为了使激光束精确地聚焦在加工位置,要有焦点位置调剂以及观看描准系 统；4 机械系统 机械系统主要包括床身、工作台和机电掌握系统；4激光加工技术的应用 激光加工的应用主要是打孔、切割、雕刻、焊接、表面处理和改性等几个方面；它们之 间从加工原理上看,基本上是相同的,都是利用激光产生的瞬高温进行加工,只是随加工条 件的不同,所要求的温度和加工连续时间有所差异；4.1 激光打孔 很多高精尖产品的关键零部件都有设计有很多小孔；激光打孔

7、是激光加工的主要应用领 域之一,主要用于小孔、窄缝的微细加工；激光加打孔的主要特点是：1）可加工精度高、深径比大的微小孔；2）能加工小至几微米的小孔；3）可加工异型孔；4）能在全部金属和非金属材料上打孔；5）简洁实现自动化,加工效率高；提高打孔精度的错施：1）投影法打孔；2）光柱法打孔；3）激光脉冲的调制；4）喷气加工；4.2 激光切割名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案激光切割的原理和激光打孔原理基本相同,都是基于聚焦后的激光具有极高的功率密度（达 10 510 6W/cm 2）而使工件材料瞬时气化

8、蚀除；所不同的是工件与激光束要相对移动,一般都是移动工件；与传统切割方法相比,激光切割具有以下特性：1）能切割任何难加工的高熔点材料、耐高温顺硬脆材料；2）切割精度高；切缝（一般0.1mm0.2mm）、加工精度和重复精度高；对轮廓复杂和小曲率半径等形状均能达到微米级精度；3）非接触切割；被切割工件不受机械作用力、变形小；相宜于切割玻璃、陶瓷和半导体 等硬脆材料及蜂窝结构和薄板等刚性差的零件；4）切割速度高；一般可达 24m/min；5）切割的深宽比高；对于金属可达 30 左右,对于非金属可达 100 以上；6）切割质量优良；7）可与运算机数控技术结合,实现自动化加工；4.3 激光焊接 按激光器

9、焊接的工作方式,可分为脉冲激光焊接和连续激光焊接；其中,脉冲输出的红宝石激光器和钕玻璃激光器适合于点焊,而 激光焊接有如下优点：CO2激光器和 YAG激光器适合于缝焊；1）激光照耀时间短,焊接过程极为快速；2）具有熔化净化效应,能纯洁焊缝金属； 3）能量密度高,对高熔点、高导热率材料焊接有利； 4）可透过透亮体焊接,防止杂质污染和腐蚀； 5）能以简洁的措施实现光束偏转,更适用于复杂零件焊接；4.4 激光热处理激光热处理是利用大功率连续波激光器对材料表面进行激光扫描,使金属表层材料产生相变甚至熔化；随着激光束离开工件表面,工件表面的热量快速向内部传递而形成极高的冷却速度,使表面硬化,从而提高零件

10、表面的耐磨性、耐腐蚀性和疲惫强度；激光热处理采纳的激光器有 CO 2 激光器和 YAG激光器；激光热处理有多种形式, 如激光相变硬化、 激光表面合金化、激光冲去硬化和激光非晶化等,其中以激光相变硬化和激光表面合金化应用最为广泛；名师归纳总结 - - - - - - -激光淬火需要的功率密度为10 310 5W/cm 2,照耀时间 10-2min,在激光照耀区内材料表面的升温速度可达10 510 6/s ,使材料表面快速达到相变温度；一旦激光束离开后,热量从第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案从材料表面快速向内部传导发散,其冷却速度可达10

11、4/s 以上,在急热急冷过程中,实现快速自冷粹火；激光粹火的重要特点是变形微小,仅为高频粹火变形的 1/5 1/3 ；激光热处理的特性 1）处理速度快 2）变形小 3）效率高 4.5 激光微调 激光微调电阻可采纳两种方法：一是对电阻进行无损耗照耀,使膜的结构变化,从而改 变阻值；另一方法是对电阻进行高能量照耀,使部分电阻膜气化去除,从而减小导电膜的截面来增加阻值；目前后一种方法用的较多；激光微调精度一般为 0.05%,可达 0.02%或更小；激光微调特性：1 速度快；2 效率高；3 无污染；4 易于动态测量；5 易于实现自动化；5同学操作：第一讲解演示设备的操作和加工过程,而后由同学操作设备进行设计加工简洁的产品零件；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页