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激光加工微小孔內表面粗糙度的測量
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時(shí)間：2013-08-31
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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根據研究資料顯示，采用激光加工獲得的加工表面粗糙度Ra為1.6～0.4μm[8]。由表3可見(jiàn)：本實(shí)驗測試的粗糙度參數的平均值約在3.2以?xún)?，此數值對應的加工表面特征為微?jiàn)加工痕跡[7]，這與用反射式顯微鏡觀(guān)察的結果基本吻合。
由于激光加工的微小孔直徑大于0.5mm時(shí)，考慮到加工效率應使用套孔法進(jìn)行，因此本實(shí)驗中微小孔的直徑接近于激光一次加工成型孔徑的較大值。
考慮到粗糙度測量時(shí)對取樣個(gè)數的要求，本實(shí)驗中的微小孔深徑比最大達到20。而在實(shí)際應用中，由于孔深對流經(jīng)微小孔的流體流動(dòng)阻力影響很大，因此諸如熔融沉積快速原型機所用噴頭之類(lèi)微小孔的深徑比很少會(huì )達到本實(shí)驗的數值。在加工直徑相同而深徑比較小的微小孔時(shí)，因所需穿透力較小，可以使用直徑更小的光斑進(jìn)行加工，所以加工精度將更高。因此，在一般情況下激光加工相近直徑微小孔時(shí)，本實(shí)驗所獲結果可以作為孔側壁表面粗糙度可達到的范圍。
(3)激光加工在局部可以達到較好的粗糙度精度。由表1可見(jiàn)，對1#板6號孔所測得的Ra顯示了該孔較好的粗糙度精度。由圖2顯示的1#板4號孔的局部連續粗糙度測量結果可以看到，在選定的1.9mm范圍內Ry的峰值為13.6μm且該粗糙度曲線(xiàn)波動(dòng)幅度不大，與所測該孔Ry結果8.1、10.9、10.8、10.7、8.8吻合； 
圖2 粗糙度曲線(xiàn)圖
使用放大倍數為450倍的反射式顯微鏡對兩平板在激光打孔入口處以及微小孔剖分平面進(jìn)行觀(guān)察，在計算機顯示屏上得到微小孔內表面的直觀(guān)圖像(圖3為對2#板7號孔的觀(guān)察圖像)。結果顯示，在用激光直接加工微小孔時(shí)，絕大多數表面的粗糙程度是均勻的，數值是接近的。對個(gè)別地方出現的局部異常，其形成原因需進(jìn)一步研究，并尋找解決和避免的辦法。 
圖3 反射式顯微鏡觀(guān)察結果
(4)由于激光加工蝕除材料的原理是將激光通過(guò)光學(xué)系統聚焦成一個(gè)極小的光斑，從而獲得極高的能量密度和極高的溫度，導致材料被瞬時(shí)急劇熔化和氣化，在工件表面形成凹坑，與此同時(shí)，熔化物在氣化所產(chǎn)生的金屬蒸氣壓力推動(dòng)下以很高的速度噴射出來(lái)。這一加工機理使得難以確定在微小孔的何處將出現粗糙度最大值。實(shí)驗結果亦證實(shí)了此點(diǎn)。實(shí)驗結果同時(shí)顯示粗糙度的最小值未出現在激光打孔時(shí)的入口處。筆者認為，加工中的孔口處成為后序加工時(shí)被熔化和氣化的金屬排出微小孔的通路，這些被蝕除的材料顯然要影響孔口處的粗糙狀況，故該處的粗糙度數值不可能最小。
(5)本實(shí)驗同時(shí)還測量了Ry，結果顯示：Ry的極大值和極小值基本出現在對應的Ra處。
4 結論
(1)使用剖分法可以直接測量激光加工微小孔側壁的表面粗糙度，該粗糙度宜采用輪廓儀測量。
(2)本實(shí)驗所得激光加工微小孔側壁的粗糙度數值約在3.2以?xún)?，此數值可以作為一般情況下激光加工相近直徑微小孔側壁所能保證的粗糙度范圍。
(3)在采用激光加工微小孔時(shí)，孔內絕大多數內表面的粗糙程度均勻，個(gè)別地方局部異常的產(chǎn)生原因及出現位置尚需進(jìn)一步研究。
(4)孔內表面粗糙度最大值的位置難以確定，而最小值未出現在激光打孔時(shí)的入口處。
(5)Rｙ的極值基本出現在對應的Rａ處。
參考文獻
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