激光加工研究报告.docx

精密与特种加工XXXX大学设计题目 激光加工技术报告 学 院 机械工程 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 XX 班级学号 XX 设计日期 2017.6.19 目录第一章绪论31.1概述31.2研究背景与意义3第二章关键技术42.1激光切割42.2激光焊接42.3激光抛光技术52.4激光快速成型技术52.4激光表面改性技5第三章应用前景与发展趋势68第一章 绪论1.1概述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、打孔及微加工等的一门加工技术。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。1.2研究背景与意义由于激光加工是无接触加工,对工件无直接冲击,所以无机械变形。激光加工过程中无刀具磨损,无切削力作用于工件;激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有影响或影响极小,因此受其热影响的工件热变形小,后续加工量少。激光束易于导向、聚焦,能够便捷地实现方向变换,使其极易与数控系统配合,对复杂的工件进行加工。因此,它是一种极为灵活的加工方法,具备生产效率高、加工质量稳定可靠、经济效益和社会效益好等优点。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于航空、汽车、机械制造等国民经济重要部门,在提高产品质量、劳动生产率、自动化、降低污染和减少材料消耗等方面起到重要的作用第二章 关键技术2.1激光切割激光切割一直是激光加工领域中最为活跃一项技术，它是利用激光束聚焦形成高功率密度的光斑，将材料快速加热至汽化温度，再用喷射气体吹化，以此分割材料。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，通过与计算机控制的自动设备结合，使激光束具有无限的仿形切割能力，切割轨迹修改十分方便。激光切割技术的出现使人类可以切割一些硬度极高的物质，包括硬质合金，甚至金刚石。高科技已经让“削铁如泥”的传说变成了现实。 2.2激光焊接激光焊接是一种高速度、非接触、变形极小的焊接方式，非常适合大量而连续的在线加工。随着激光设备和加工技术的发展，激光焊接的能力也在不断增强，其主要工作方式有两种：传导焊与穿透焊，目前以穿透焊工艺为主。其应用主要分为以下3类。1)用于移动通讯，如手机电池的焊接，电容、仪器仪表元件的焊接。2)用于焊接钢板。这种钢板多用于钢铁工业（如钢板在线拼焊）、汽车板拼接焊以及多种壳形类零件的焊接。3)用于金刚石锯片的焊接。由于金刚石锯片广泛用于基建工程、石材工业等领域，加之欧洲早已禁止使用热阻焊的金刚石锯片，取而代之的是利用CO2激光器将金刚石刀头焊接到锯片基体上，因此国内外对激光焊接金刚石锯片的需求日益猛增。2.3激光抛光技术在宏观领域适用的传统抛光手段(主要是机械抛光),由于实现方式的单一化,很难扩展到微观领域。其他的特种抛光技术如化学抛光、电化学(电解)抛光、火焰抛光等等,在适用于微元器件表面处理上,要做到仅对微米范围内成形的微结构抛光,而对其他部位没有影响,确也勉为其难。激光抛光,作为一种非接触性原理的抛光技术,则是可以想见成为微结构抛光工艺的重要技术手段。2.4激光快速成型技术激光快速成型技术是激光技术与计算机技术相结合的一项高新制造技术,其主要功能是将三维数据快速转化成实体,用激光制造模型,使用材料是液态光敏树脂,它在吸收了紫外波段的激光能量后会发生凝固,变化成固体材料。把要制造的模型编成程序,输入到计算机。激光器输出来的激光束由计算机控制光路系统,使它在模型材料上扫描刻划。在激光束所到之处,原先是液态的材料凝固起来。激光束在计算机的指挥下做完扫描刻划,将光敏聚合材料逐层固化,精确堆积成样件,造出模型。2.4激光表面改性技术激光表面改性技术是采用大功率密度的激光束以非接触性的方式加热材料表面,借助于材料表面本身传导冷却,使金属材料表面在瞬间(毫秒甚至微秒级)被加热或熔化后高速冷却(可达104-108K/s),来实现其表面改性的工艺方法。第三章 应用前景与发展趋势作为20世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一，激光技术和激光产业的发展受到世界先进国家的高度重视。激光加工是国外激光应用中最大的项目，也是对传统产业改造的重要手段，主要是kW级到10kW级CO2激光器和百瓦到千瓦级YAG激光器实现对各种材料的切割、焊接、打孔、刻划和热处理等。据19971998年的最新激光市场评述和预测，1997年全世界总激光器市场销售额达32.2亿美元，比1996年增长14%，其中材料加工为8.29亿美元，医疗应用4亿美元，研究领域1.5亿美元。1998年总收入预计增长19%，可达到38.2亿美元。其中占第一位的材料加工预计超过10亿美元，医用激光器是国外第二大应用。激光加工应用领域中，CO2激光器以切割和焊接应用最广，分别占到70%和20%，表面处理则不到10%。而YAG激光器的应用是以焊接、标记（50%）和切割（15%）为主。在美国和欧洲CO2激光器占到了7080%。我国激光加工中以切割为主的占10%，其中98%以上的CO2激光器，功率在1.5kW2kW范围内，而以热处理为主的约占15%，大多数是进行激光处理汽车发动机的汽缸套。这项技术的经济性和社会效益都很高，故有很大的市场前景。在汽车工业中，激光加工技术充分发挥了其先进、快速、灵活地加工特点。如在汽车样机和小批量生产中大量使用三维激光切割机，不仅节省了样板及工装设备，还大大缩短了生产准备周期；激光束在高硬度材料和复杂而弯曲的表面打小孔，速度快而不产生破损；激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺，日本Toyota已将激光用于车身面板的焊接，将不同厚度和不同表面涂敷的金属板焊接在一起，然后再进行冲压。虽然激光热处理在国外不如焊接和切割普遍，但在汽车工业中仍应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理。在工业发达国家，激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合，派生出激光快速成形技术。该项技术不仅可以快速制造模型，而且还可以直接由金属粉末熔融，制造出金属模具。80年代，YAG激光器在焊接、切割、打孔和标记等方面发挥了越来越大作用。通常认为YAG激光器切割可以得到好的切割质量和高的切割精度，但在切割速度上受到限制。随着YAG激光器输出功率和光束质量的提高而被突破。YAG激光器已开始挤进kw级CO2激光器切割市场。YAG激光器特别适合焊接不允许热变形和焊接污染的微型器件，如锂电池、心脏起搏器、密封继电器等。YAG激光器打孔已发展成为最大的激光加工应用。国外激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。打孔峰值功率高达3050kw，打孔用的脉冲宽度越来越窄，重复频率越来越高，激光器输出参数的提高，很大程度上改善了打孔质量，提高了打孔速度，也扩大了打孔的应用范围。国内比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及手表宝石轴承的生产中。激光加工技术研究开发的重点可归纳为：新一代工业激光器研究，处在技术上的更新时期，其标志是二极管泵浦全固态激光器的发展及应用；精细激光加工，在激光加工应用统计中微细加工1996年只占6%，1997年翻了一倍达12%，1998年已增加到20%；加工系统智能化，系统集成不仅是加工本身，而是带有实时检测、反馈处理，随着专家系统的建立，加工系统智能化已成为必然的发展趋势。激光技术在我国经过3