激光加工与超声波加工技术对比分析

激光加工与超声波加工技术对比分析

赵国帅

摘要：激光加工和超声波加工都属于特种加工，本文主要介绍了激光加工和超声波加工在工作原理，发生装置上存在差异。此外还有他们各自的应用特点，以及实际加工方式都存在着的优缺点。

关键词：激光加工；超声波加工；特点对比；实例分析

Comparative Analysis of Laser Processing and Ultrasonic Machining Technology

ZHAO Guo-shuai

Abstract:Laser processing and ultrasonic machining belong to the special processing. The contest aim to talk about the difference of laser processing and ultrasonic machining in the working principle and generator, in addition it contains their application characteristics and their advantage and disadvantage in different actually processings. Keywords:Laser processing; Ultrasonic processing; Contrast characteristics; The example analysis

目录

摘要 (1)

前言 (2)

1 定义与原理 (2)

1.1 定义 (2)

1.1.1 激光加工技术 (2)

1.1.2 超声波加工技术 (2)

1.2原理 (2)

1.2.1 激光加工技术 (3)

1.2.2 超声波加工 (3)

1.3 激光加工与超声波加工定义和原理对比分析 (4)

2 应用和特点 (4)

2.1 激光加工与超声波加工应用特点对比分析 (4)

2.1.1 激光加工技术特点 (4)

2.1.2超声波加工技术特点 (5)

3 实例对比分析 (5)

3.1 激光加工和超声波加工焊接对比分析 (5)

3.1.1 原理对比分析 (5)

3.1.2 优缺点对比分析 (6)

3.2 激光加工和超声波加工深孔加工对比分析 (6)

3.3 激光加工和超声波加工切削加工对比分析 (6)

3.3.1 激光加工发展运用 (6)

1.2.2 超声波加工发展运用 (7)

4 结论 (7)

参考文献 (9)

前言

激光加工是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。与此同时近几十年来，超声加工技术的发展迅速，在超声振动系统、深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广泛的研究和应用，尤其是在难加工材料领域解决了许多关键性的工艺问题，取得了良好的效果。

本文主要是分析对比激光加工和超声波加工在工作原理以及实际应用中的相同点和不同点，还有他们各自独特机械加工方式，来指导他们在机械加工中的选择应用。

1 定义与原理

1.1 定义

1.1.1 激光加工技术

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属

与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等的一门技术。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。

1.1.2 超声波加工（ultrasonic machining ）

超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工，英文简称为 USM。超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。

1.2 原理

1.2.1 激光加工技术

激光加工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化气化而进行

穿孔、切割和焊接等的特种加工。从激光器输出的高强度激光经过透镜聚焦到工件上，其焦点处的功率密度高，温度高达1万摄氏度以上，任何材料都会瞬时熔化、气化。激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是:固体激光器如图1.1和气体激光器如图1.2两种。以下是这两种加工器的加工原理图示：

图1.1固体激光器原理图

图1.2 气体激光器原理图

早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。

1.2.2 超声波加工技术

超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振产生超声波振动，迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面使工件成型。加工原理如图 1.3所示。加工时，在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向加上一个不大的压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到0.01～0.15 mm，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多，但由于每秒钟打击16000次以上，所以仍存在一定的加工速度。与此同时，悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处，加速了破坏作用，而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨料及时得到更新。