特种加工_12第五六章激光加工与电子束.PPT课件
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特种加工简介PPT课件
前苏联科学家拉扎连柯夫妇研究开关触点
遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火 花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被腐 蚀掉，开创和发明了电火花加工。
精选
1.1 特种加工的产生和发展
说明：
1、国际电加工会议ISEM
历来被称为特种加工领域 发展趋势的风向标，该会议3 年举行一次。第15届ISEM于 2007年4月在美国举行，第 16届将于2010年在上海举行。
精选
二、电火花加工
精选
苏州三光科技股份有限公司 包志书
精选
■电火花加工
利用浸在工作液中的两 极间脉冲放电时产生的 电蚀作用蚀除导电材料 的特种加工方法，又称 放电加工或电蚀加工
英文简称EDM
Electrical Discharge Machining
精选
电火花加工的机理
1 极间介质的电离、击穿形成放电通道
精选
1.1 特种加工的产生和发展
(3) 广泛采用自动化技术。充分利用计算机技术对特 种加工设备的控制系统、电源系统进行优化，建立综 合参数自适应控制装置、数据库等，进而建立特种加 工的CAD/CAM和FMS系统，这是当前特种加工技术 的主要发展趋势。用简单工具电极加工复杂的三维曲 面是电解加工和电火花加工的发展方向。目前已实现 用四轴联动线切割机床切出扭曲变截面的叶片。随着 设备自动化程度的提高，实现特种加工柔性制造系统 已成为各工业国家追求的目标。
工作液
工具电极 工件
（3）改变了试制新产品的模式
精选
1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性 等的影响
（4）特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响
精选
1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性 等的影响
遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火 花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被腐 蚀掉，开创和发明了电火花加工。
精选
1.1 特种加工的产生和发展
说明：
1、国际电加工会议ISEM
历来被称为特种加工领域 发展趋势的风向标，该会议3 年举行一次。第15届ISEM于 2007年4月在美国举行，第 16届将于2010年在上海举行。
精选
二、电火花加工
精选
苏州三光科技股份有限公司 包志书
精选
■电火花加工
利用浸在工作液中的两 极间脉冲放电时产生的 电蚀作用蚀除导电材料 的特种加工方法，又称 放电加工或电蚀加工
英文简称EDM
Electrical Discharge Machining
精选
电火花加工的机理
1 极间介质的电离、击穿形成放电通道
精选
1.1 特种加工的产生和发展
(3) 广泛采用自动化技术。充分利用计算机技术对特 种加工设备的控制系统、电源系统进行优化，建立综 合参数自适应控制装置、数据库等，进而建立特种加 工的CAD/CAM和FMS系统，这是当前特种加工技术 的主要发展趋势。用简单工具电极加工复杂的三维曲 面是电解加工和电火花加工的发展方向。目前已实现 用四轴联动线切割机床切出扭曲变截面的叶片。随着 设备自动化程度的提高，实现特种加工柔性制造系统 已成为各工业国家追求的目标。
工作液
工具电极 工件
（3）改变了试制新产品的模式
精选
1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性 等的影响
（4）特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响
精选
1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性 等的影响
激光加工特种加工课件详解
激光表面改性质量评价与优化方法
质量评价方法
激光表面改性的质量评价主要包括表面形貌 观测、硬度测试、耐磨性测试等方法。通过 这些方法可以对改性后的材料表面性能进行 定量或定性的评价。
优化方法
针对激光表面改性过程中可能出现的问题， 如裂纹、变形等，可以采取优化工艺参数、 改进设备结构、选用合适的辅助气体等措施 进行优化。同时，也可以结合数值模拟技术 对加工过程进行模拟和优化，以提高加工效 率和质量。
激光特点
高亮度、高方向性、高单色性、 高相干性。
激光加工技术发展历程
01
02
03
初期阶段
20世纪60年代，激光被首 次应用于打孔、切割等简 单加工。
发展阶段
70-80年代，随着激光器 性能提升和计算机技术发 展，激光加工精度和效率 得到显著提高。
成熟阶段
90年代至今，激光加工技 术不断完善，应用领域不 断拓宽，成为现代制造业 不可或缺的技术手段。
不同材料激光表面改性工艺参数
金属材料
对于金属材料，激光表面改性的工艺参 数主要包括激光功率密度、扫描速度、 光斑直径、搭接率等。这些参数的选择 需要根据金属材料的种类、厚度、性能 要求等因素进行综合考虑。
VS
非金属材料
对于非金属材料，如陶瓷、塑料等，激光 表面改性的工艺参数也有所不同。除了上 述的激光功率密度、扫描速度等参数外， 还需要考虑材料的热稳定性、吸光性等因 素。
质量评价
通过观察焊缝外观、测量焊缝尺寸、检测焊缝力学性能等方法，对激光焊接质量进行评 价。
优化方法
通过调整工艺参数、改进设备结构、优化光路设计等方法，提高激光焊接质量和效率。 同时，也可以采用先进的控制算法和人工智能技术，实现激光焊接过程的自动化和智能
《特种加工》课件
05
特种加工技术的发
展趋势与展望
特种加工技术发展趋势
高能束流加工
随着激光、电子束、离子束等高能束流技术的不断发展，其在特种加工领域的应用越来越广泛。高能束流加工具有高 精度、高效率、非接触等优点，可应用于难加工材料的加工和微纳制造等领域。
超声加工与振动加工
超声加工和振动加工技术以其独特的加工原理和特点，在微细加工、表面处理等领域具有广泛的应用前景。通过优化 超声频率、振动幅度等参数，可进一步提高加工精度和效率。
特种加工工艺参数
04
与控制
电火花加工工艺参数与控制
要点一
总结词
要点二
详细描述
电火花加工是利用电火花放电产生的热量对金属进行加工 的一种工艺方法。
电火花加工工艺参数包括电极材料、工作液种类、电规准 选择、电极损耗、加工精度和表面粗糙度等。控制这些参 数可以提高加工效率、减小电极损耗、保证加工精度和表 面质量。
激光加工
总结词
利用激光的高能量密度对材料进行切割、打孔、焊接等加工
详细描述
激光加工是一种利用激光的高能量密度对材料进行切割、打孔、焊接等加工的方 法。由于激光的能量集中，可以在短时间内对材料进行高精度的加工，且加工速 度快、效率高。激光加工在微电子、光学、精密制造等领域应用广泛。
离子束加工
总结词
电化学加工与等离子体加工
电化学加工和等离子体加工技术以其环保、高效的特点，在模具制造、表面处理等领域得到广泛应用。 随着技术的不断进步，电化学加工和等离子体加工的加工精度和适用范围将得到进一步提升。
特种加工技术面临的挑战与机遇
技术更新换代
随着新材料、新工艺的不断涌现 ，特种加工技术面临着不断更新 换代的挑战。为了适应市场需求 和技术发展，需要不断进行技术 创新和研发。
特种加工技术 ppt课件
电解加工 电铸加工 涂镀加工 电解磨削 激光束加工 电子束加工 离子束加工 等离子弧加工 超声加工 磨料流加工 液体喷射加工 光固化法 粉末烧结法 叠层实体法 熔丝堆积法 电化学电弧加工 电解电火花磨削 电化学腐蚀加工 超声放电加工 复合电解加工 复合切削加工 化学铣削加工 光化学加工
主要能量形式
电、热能 电、热能 电化学能 电化学能 电化学能 电化学能、机械能 光、热能 电、热能 电、机械能 电、热能 声、机械能 流体能、机械能 流体能、机械能 光、化学能 光、热能 光、机械能 电、热、机械能 电化学能 电、热能 电化学能、热能 声、热、电能 电化学、机械能 机械、声、磁能 化学能 光、化学能
12
电火花加工的特点
与传统的金属切削加工相比，电火花加工有如下优点：
（1）便于加工在传统切削加工中难以加工甚至是无法加工 的材料；
(2) 便于加工深孔、型腔及复杂形状的工件；因此适宜加工 低刚度零件和微细加工；
(3)电极材料不必比工件材料硬；
（4）直接利用电能、热能作为加工能源，便于实现加工过 程的自动化。
旋转头开 旋转头关 冲油、工作液流动 接通脉冲电源 关断脉冲电源 工作液排除 子程序调用 子程序结束
22
如图2-15所示，ABCD为矩形工件，AB、BC边为设计 基准，现欲用电火花加工一圆形图案，图案的中心为O点， O到AB边、BC边的距离如图中所标。已知圆形电极的直 径为20 mm，请写出电极定位于O点的具体过程。
床身与立柱 工作台 主轴头
1）保证加工稳定性，维持最佳放电时间 。
2）放电过程中，如发现短路或起弧时， 主轴头能迅速抬起使电弧中断。
3）保证主轴移动的直线性，以满足精密 加工的要求。
4）主轴应有足够的刚性。 5）主轴应有均匀进给而无爬行现象。
主要能量形式
电、热能 电、热能 电化学能 电化学能 电化学能 电化学能、机械能 光、热能 电、热能 电、机械能 电、热能 声、机械能 流体能、机械能 流体能、机械能 光、化学能 光、热能 光、机械能 电、热、机械能 电化学能 电、热能 电化学能、热能 声、热、电能 电化学、机械能 机械、声、磁能 化学能 光、化学能
12
电火花加工的特点
与传统的金属切削加工相比，电火花加工有如下优点：
（1）便于加工在传统切削加工中难以加工甚至是无法加工 的材料；
(2) 便于加工深孔、型腔及复杂形状的工件；因此适宜加工 低刚度零件和微细加工；
(3)电极材料不必比工件材料硬；
（4）直接利用电能、热能作为加工能源，便于实现加工过 程的自动化。
旋转头开 旋转头关 冲油、工作液流动 接通脉冲电源 关断脉冲电源 工作液排除 子程序调用 子程序结束
22
如图2-15所示，ABCD为矩形工件，AB、BC边为设计 基准，现欲用电火花加工一圆形图案，图案的中心为O点， O到AB边、BC边的距离如图中所标。已知圆形电极的直 径为20 mm，请写出电极定位于O点的具体过程。
床身与立柱 工作台 主轴头
1）保证加工稳定性，维持最佳放电时间 。
2）放电过程中，如发现短路或起弧时， 主轴头能迅速抬起使电弧中断。
3）保证主轴移动的直线性，以满足精密 加工的要求。
4）主轴应有足够的刚性。 5）主轴应有均匀进给而无爬行现象。
特种加工12第五六章激光加工与电子束离子束加工
青
x射线
050
紫外线 红外线
绿
10-7 10-6 0.57
0.60
黄
微波
0.63
橙
红
无线电波
104 0.76
电磁波波谱图
可见光波谱图
原子的发光
原子的激发、跃迁 基态时原子可长时间存在，激发
态时原子停留时间很短。 有些原子在某些能级上停留时间
较长，这些能级称为亚稳态能级 亚稳态能级的存在是形成激光的
3 激光加工的原理和特点
激光加工的原理
经过透镜聚焦后,在焦点上达到很高的能量密度， 光能转化为热能，靠光热效应来加工的。
激光加工的特点
1)聚焦后，激光的功率密度很高，光能转化为 热能，几乎可以熔化任何材料。
2）激光光斑大小可以达到微米级，输出功率可 调，可以用于精密微细加工。
3）工具是激光束，无损耗，无接触，无明显的 机械力。加工速度快、热影响区小，容易实 现自动化
2 激光的特性
激光具有光的共性（反射、折射、绕射及干涉 等等）
普通光源的发光是自发辐射，基本上是无秩序 的、相互独立地产生光发射。发出的光波的方 向、相位和偏振状态都不同。
激光是受激辐射，有组织、相互关联地产生发 射，发出的光波具有相同的频率、方向、偏振 状态和严格的相位。所以激光具有强度高、单 色性好、相干性好和方向性好。
4、离子注入： 5-500KeV离子束 垂直轰击工件，离子注 入表层，改变表层性质。
考夫曼型离子源
1—真空抽气口 2—灯丝 3—惰性气体注入口 4—电磁线圈 5—离子束流
6—工件 7—阴极 8—引出电极 9—阳极 10— 电离室
2、离子束加工应用
1）刻蚀加工； 2）镀膜加工； 3）离子注入加工。
第五章激光加工特种加工课件
❖ 激光加工特点
1 聚焦后，激光加工的功率密度非常高，光能转化为热能几乎可以 熔化、气化任何材料。
激光光斑可以聚焦到微米级，输出功率可调，能够实现 2 精密微细加工。
非接触式加工，无机械力，无工具损耗，易实现加工过程自动 3 化。
与其他高能束加工比较，加工装置比较简单。
4
第十六页，共37页
§5.2 激光加工的基本设备
原子从高能级回到低能级的过程称为“跃 迁”。
被激发到高能级的原子不是很稳定，总是力图 回到能量较低的能级去。
具有亚稳态能级的原子和离子的存在是形 成激光的重要条件。
第九页，共37页
§5.1.1 激光的产生
❖ 原子的发光（续）
光辐射
当原子从高能级跃迁回到低能级或基态时，常常以光子的形式辐射
适合于异形孔加工，精密零件的窄缝切割切割；
切割深宽比大；
切口质量良好，边缘平滑，无切割残渣，热影响区域小 ；
具有较高的加工效率，加工成本可显著降低。
第三十四页，共37页
国外汽车70%的部件切 割焊接采用激光加工
§5.3.2 激光切割
第三十五页，共37页
§5.3.2 激光切割
第三十六页，共37页
第十一页，共37页
§5.1.1 激光的产生
❖ 激光的产生条件
粒子数反转
具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量激发条件下，吸 收光能，使处于亚稳态（高能级）的原子数目大于处于基态（低能 级）的原子数目的现象。
受激辐射
在粒子数反转的状态下，一束光子入射该物体，当光子能量恰好 等于两个能级相对应的能量差时，产生受激辐射，输出大量光能 。
2 聚焦与发散角
尽可能减小激光的发散角，使其在聚焦以后获 得很小的光斑和更高的功率密度，从而加工直 径更小、深度更深的孔。
1 聚焦后，激光加工的功率密度非常高，光能转化为热能几乎可以 熔化、气化任何材料。
激光光斑可以聚焦到微米级，输出功率可调，能够实现 2 精密微细加工。
非接触式加工，无机械力，无工具损耗，易实现加工过程自动 3 化。
与其他高能束加工比较，加工装置比较简单。
4
第十六页，共37页
§5.2 激光加工的基本设备
原子从高能级回到低能级的过程称为“跃 迁”。
被激发到高能级的原子不是很稳定，总是力图 回到能量较低的能级去。
具有亚稳态能级的原子和离子的存在是形 成激光的重要条件。
第九页，共37页
§5.1.1 激光的产生
❖ 原子的发光（续）
光辐射
当原子从高能级跃迁回到低能级或基态时，常常以光子的形式辐射
适合于异形孔加工，精密零件的窄缝切割切割；
切割深宽比大；
切口质量良好，边缘平滑，无切割残渣，热影响区域小 ；
具有较高的加工效率，加工成本可显著降低。
第三十四页，共37页
国外汽车70%的部件切 割焊接采用激光加工
§5.3.2 激光切割
第三十五页，共37页
§5.3.2 激光切割
第三十六页，共37页
第十一页，共37页
§5.1.1 激光的产生
❖ 激光的产生条件
粒子数反转
具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量激发条件下，吸 收光能，使处于亚稳态（高能级）的原子数目大于处于基态（低能 级）的原子数目的现象。
受激辐射
在粒子数反转的状态下，一束光子入射该物体，当光子能量恰好 等于两个能级相对应的能量差时，产生受激辐射，输出大量光能 。
2 聚焦与发散角
尽可能减小激光的发散角，使其在聚焦以后获 得很小的光斑和更高的功率密度，从而加工直 径更小、深度更深的孔。
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3
为什么激光可以用于加工？
普通太阳光
聚焦后可以点燃木材、纸张，但不能用于加 工，原因是：1）地面上的太阳光的能量密 度不高；2）太阳光不是单色光，聚焦后不 在同一平面内
激光 可控的单色光，强度高，能量密度大， 可以在空气介质中高速加工各种材料。
4
第一节 激光加工的原理和特点
1. 激光的产生原理 2. 激光的特性 3. 激光加工的原理 4. 激光加工的特点
5
1 激光的产生原理
光的物理概念 原子的发光 激光的产生
6
光的物理概念
光既具有波动性、又具 有微粒性——波粒二象 性
根据电磁学，光是在一 定波长范围内的电磁波
根据量子学，光是一种 具有一定能量得以光速 运动的粒子流（光子）
波长m 波长um
10-14 0.40
紫
宇宙射线
0.43
蓝
射线
0.45
14
1 激光打孔
主要影响因素
输出功率和照射时间 焦距与发散角 焦点的位置 光斑内的能量分布 多次照射 工件材料
15
焦点位置与孔的剖面形状
16
光斑内的能量分布对打孔质量影响
17
光管效应（多次照射）
18
工件材料
不同的材料吸收的光谱不同，需要根据材料选 择激光器。
表面粗糙度对加工深度有影响
24
电子束加工原理图
1—电源及控制系统 2—抽真空系统 3—电子 枪系统 4—聚焦系统 5—电子束 6—工件
25
2、电子束加工的特点和应用
电子束加工的主要特点是：
①电子束能聚焦成很小的斑点(直径一般为 0.01～0.05毫米)，适合于加 工微小的圆孔、异形孔或槽;
②功率密度高,能加工高熔点和难加工材料如钨、钼、不锈钢、金刚石、 蓝宝石、水晶、玻璃、 陶瓷和半导体材料等；
③无机械接触作用，无工具损耗问题； ④加工速度快,如在0.1毫米厚的不锈钢板上穿微小孔每秒可达3000个,
切割1毫米厚的钢板速 度可达240毫米／分。 因此，电子束加工属于精细加工， 加工范围广 ，加工质量好；生
产率高；加工过程易于实现自动化。
26
主要缺点是:
①由于使用高电压，会产置中进行加工； ③设备造价高等。
19
2 激光切割
与激光打孔差不多，只不过工件需要移 动，即需要数控系统。
20
3 其他激光加工
激光打标 激光焊接 播放 激光热处理 激光雕刻
21
本章小节
激光加工的原理和特点
激光的产生 激光的特性
激光加工的基本设备 激光加工工艺及应用
22
第六章 电子束和离子束加工
电子束加工（简称EBM）和离子束加工（简称IBM）是 近年来得到高速发展的新兴特种加工。这两种加工主要用 于精细加工领域，尤其是微电子领域。
原子的跃迁是以光子的形式释放 能量
物质发光自发辐射和受激辐射两
种
8
激光的产生
某些具有亚稳态能级的物质， 在外来光子的激发下会吸收 光能，使处于高能级原子的 数目大于低能级原子的数 目——粒子数反转
若有一束光照射，光子的能 量等于这两个能相对应的差， 这是就会产生受激辐射，输 出大量的光能。
12
第二节 激光加工的基本设备
激光加工机的组成
激光器 重要设备，把电能庄变为光能 激光器电源 光学系统 聚焦和瞄准系统 机械系统 应该是三坐标数控系统
常用的激光器
固体激光器 红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石 气体激光器 CO2 、氩离子
13
第三节 激光加工工艺及应用
激光打孔 激光切割 其他激光加工
10
3 激光加工的原理和特点
激光加工的原理
经过透镜聚焦后,在焦点上达到很高的能量密度， 光能转化为热能，靠光热效应来加工的。
激光加工的特点
1)聚焦后，激光的功率密度很高，光能转化为 热能，几乎可以熔化任何材料。
2）激光光斑大小可以达到微米级，输出功率可 调，可以用于精密微细加工。
3）工具是激光束，无损耗，无接触，无明显的 机械力。加工速度快、热影响区小，容易实 现自动化
特种加工技术
1
第五章 激光加工
Laser Beam Maching(LBM) 20世纪60年代初发展起来的一门新兴科
学,可以用于打孔、切割、电子器件的微 调、焊接、热处理以及激光存储等
2
激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦 后在焦点上达到很高的能量密度，靠光 热效应来加工的。
激光加工不需要工具、加工速度快、表 面变形小，可加工各种材料。
9
2 激光的特性
激光具有光的共性（反射、折射、绕射及干涉 等等）
普通光源的发光是自发辐射，基本上是无秩序 的、相互独立地产生光发射。发出的光波的方 向、相位和偏振状态都不同。
激光是受激辐射，有组织、相互关联地产生发 射，发出的光波具有相同的频率、方向、偏振 状态和严格的相位。所以激光具有强度高、单 色性好、相干性好和方向性好。
利用高功率密度的电子束冲击工件时所产生的热能使 材料熔化、气化的特种加工方法,简称为EBM。电子束加工
是由德国的科学家K.H.施泰格瓦尔特于1948年发明的。
23
第一节 电子束加工
1、电子束加工的基本原理：
在真空中从灼热的灯丝阴极发射出的电子,在高电压 (30～200千伏)作用下被加速到很高的速度，通过电磁透 镜会聚成一束高功率密度的电子束。当冲击到工件时，电 子束的动能立即转变成为热能，产生出极高的温度，足以 使任何材料瞬时熔化、气化，从而可进行焊接、穿孔、刻 槽和切割等加工。由于电子束和气体分子碰撞时会产生能 量损失和散射，因此，加工一般在真空中进行.
11
激光加工的原理和特点（续）
4）与电子束相比，加工装置较简单 5）激光加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热
加工，影响因素很多。 精微加工时的精度，尤其是重复精度和表面
粗糙度不易保证。 由于光的反射作用，对于表面光泽或透明的
材料的加工，需要先进行色化或打毛处理。
激光无法加工出非常光泽的表面。
6）加工中产生的金属气体及火星等飞溅物，要 注意通风抽走，操作者应戴防护眼镜。
青
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紫外线 红外线
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0.63
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无线电波
104 0.76
电磁波波谱图
可见光波谱图
7
原子的发光
原子的激发、跃迁
基态时原子可长时间存在，激发 态时原子停留时间很短。
有些原子在某些能级上停留时间 较长，这些能级称为亚稳态能级
亚稳态能级的存在是形成激光的 重要条件
为什么激光可以用于加工？
普通太阳光
聚焦后可以点燃木材、纸张，但不能用于加 工，原因是：1）地面上的太阳光的能量密 度不高；2）太阳光不是单色光，聚焦后不 在同一平面内
激光 可控的单色光，强度高，能量密度大， 可以在空气介质中高速加工各种材料。
4
第一节 激光加工的原理和特点
1. 激光的产生原理 2. 激光的特性 3. 激光加工的原理 4. 激光加工的特点
5
1 激光的产生原理
光的物理概念 原子的发光 激光的产生
6
光的物理概念
光既具有波动性、又具 有微粒性——波粒二象 性
根据电磁学，光是在一 定波长范围内的电磁波
根据量子学，光是一种 具有一定能量得以光速 运动的粒子流（光子）
波长m 波长um
10-14 0.40
紫
宇宙射线
0.43
蓝
射线
0.45
14
1 激光打孔
主要影响因素
输出功率和照射时间 焦距与发散角 焦点的位置 光斑内的能量分布 多次照射 工件材料
15
焦点位置与孔的剖面形状
16
光斑内的能量分布对打孔质量影响
17
光管效应（多次照射）
18
工件材料
不同的材料吸收的光谱不同，需要根据材料选 择激光器。
表面粗糙度对加工深度有影响
24
电子束加工原理图
1—电源及控制系统 2—抽真空系统 3—电子 枪系统 4—聚焦系统 5—电子束 6—工件
25
2、电子束加工的特点和应用
电子束加工的主要特点是：
①电子束能聚焦成很小的斑点(直径一般为 0.01～0.05毫米)，适合于加 工微小的圆孔、异形孔或槽;
②功率密度高,能加工高熔点和难加工材料如钨、钼、不锈钢、金刚石、 蓝宝石、水晶、玻璃、 陶瓷和半导体材料等；
③无机械接触作用，无工具损耗问题； ④加工速度快,如在0.1毫米厚的不锈钢板上穿微小孔每秒可达3000个,
切割1毫米厚的钢板速 度可达240毫米／分。 因此，电子束加工属于精细加工， 加工范围广 ，加工质量好；生
产率高；加工过程易于实现自动化。
26
主要缺点是:
①由于使用高电压，会产置中进行加工； ③设备造价高等。
19
2 激光切割
与激光打孔差不多，只不过工件需要移 动，即需要数控系统。
20
3 其他激光加工
激光打标 激光焊接 播放 激光热处理 激光雕刻
21
本章小节
激光加工的原理和特点
激光的产生 激光的特性
激光加工的基本设备 激光加工工艺及应用
22
第六章 电子束和离子束加工
电子束加工（简称EBM）和离子束加工（简称IBM）是 近年来得到高速发展的新兴特种加工。这两种加工主要用 于精细加工领域，尤其是微电子领域。
原子的跃迁是以光子的形式释放 能量
物质发光自发辐射和受激辐射两
种
8
激光的产生
某些具有亚稳态能级的物质， 在外来光子的激发下会吸收 光能，使处于高能级原子的 数目大于低能级原子的数 目——粒子数反转
若有一束光照射，光子的能 量等于这两个能相对应的差， 这是就会产生受激辐射，输 出大量的光能。
12
第二节 激光加工的基本设备
激光加工机的组成
激光器 重要设备，把电能庄变为光能 激光器电源 光学系统 聚焦和瞄准系统 机械系统 应该是三坐标数控系统
常用的激光器
固体激光器 红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石 气体激光器 CO2 、氩离子
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第三节 激光加工工艺及应用
激光打孔 激光切割 其他激光加工
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3 激光加工的原理和特点
激光加工的原理
经过透镜聚焦后,在焦点上达到很高的能量密度， 光能转化为热能，靠光热效应来加工的。
激光加工的特点
1)聚焦后，激光的功率密度很高，光能转化为 热能，几乎可以熔化任何材料。
2）激光光斑大小可以达到微米级，输出功率可 调，可以用于精密微细加工。
3）工具是激光束，无损耗，无接触，无明显的 机械力。加工速度快、热影响区小，容易实 现自动化
特种加工技术
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第五章 激光加工
Laser Beam Maching(LBM) 20世纪60年代初发展起来的一门新兴科
学,可以用于打孔、切割、电子器件的微 调、焊接、热处理以及激光存储等
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激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦 后在焦点上达到很高的能量密度，靠光 热效应来加工的。
激光加工不需要工具、加工速度快、表 面变形小，可加工各种材料。
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2 激光的特性
激光具有光的共性（反射、折射、绕射及干涉 等等）
普通光源的发光是自发辐射，基本上是无秩序 的、相互独立地产生光发射。发出的光波的方 向、相位和偏振状态都不同。
激光是受激辐射，有组织、相互关联地产生发 射，发出的光波具有相同的频率、方向、偏振 状态和严格的相位。所以激光具有强度高、单 色性好、相干性好和方向性好。
利用高功率密度的电子束冲击工件时所产生的热能使 材料熔化、气化的特种加工方法,简称为EBM。电子束加工
是由德国的科学家K.H.施泰格瓦尔特于1948年发明的。
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第一节 电子束加工
1、电子束加工的基本原理：
在真空中从灼热的灯丝阴极发射出的电子,在高电压 (30～200千伏)作用下被加速到很高的速度，通过电磁透 镜会聚成一束高功率密度的电子束。当冲击到工件时，电 子束的动能立即转变成为热能，产生出极高的温度，足以 使任何材料瞬时熔化、气化，从而可进行焊接、穿孔、刻 槽和切割等加工。由于电子束和气体分子碰撞时会产生能 量损失和散射，因此，加工一般在真空中进行.
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激光加工的原理和特点（续）
4）与电子束相比，加工装置较简单 5）激光加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热
加工，影响因素很多。 精微加工时的精度，尤其是重复精度和表面
粗糙度不易保证。 由于光的反射作用，对于表面光泽或透明的
材料的加工，需要先进行色化或打毛处理。
激光无法加工出非常光泽的表面。
6）加工中产生的金属气体及火星等飞溅物，要 注意通风抽走，操作者应戴防护眼镜。
青
x射线
050
紫外线 红外线
绿
10-7 10-6 0.57
0.60
黄
微波
0.63
橙
红
无线电波
104 0.76
电磁波波谱图
可见光波谱图
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原子的发光
原子的激发、跃迁
基态时原子可长时间存在，激发 态时原子停留时间很短。
有些原子在某些能级上停留时间 较长，这些能级称为亚稳态能级
亚稳态能级的存在是形成激光的 重要条件