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
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２mm以上．
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.
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。
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 Ｅ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
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
比能，Lm材料的熔化热比能．
是光束的发散角
E 14 d 2hLp
1
d
2
(
3E LB
Lm
)
3
1
h
tg
2
3E (LB
Lm )
8
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．
传统打 孔
打孔时间 ／h 10 16 12 12 14 20 25
钢板上打孔
零件加工
电路板印刷
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
表面粗糙度
表面粗糙度对打孔的影响
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.
金刚石模具激光打孔和传统打孔的对比
金刚石
厚度/mm 孔径/mm 能量/J
0.89
0.46
9.0
1.30
0.03
5.0
1.47
0.05
7.0
1.82
0.10
8.0
2.0.38
10.5
2.91
0.51
12.5
激光打孔
脉冲数
85 38 65 75 233 340 351
打孔时间 /min 5.5 4.6 5.0 5.25 7.9 11.4 11.9
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.
脉冲次数﹑能量﹑宽度对孔尺寸及
形状的影响
脉冲波形对孔的影响
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.
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0.2mm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．
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。