激光加工论文.doc

本科课程论文 题 目激光加工的应用 学 院 太原理工阳泉学院 专 业 数控 年 级 *级 学 号 * 姓 名 * 指 导 教 师 * 成 绩 _ 20* 年 *月 * 日 激光的应用 （太原理工阳泉学院 12 数控 白新枝 120523020）摘要：本文想通过对现在社会所用到的激光加工进行总结希望激光加工能在社会广泛应用和得到很好的应用。对以后的激光应用起到借鉴的作用。关键词：船舶、电子工业、汽车修理、汽车工业、先进制造等。正文：1) 激光加工在船舶柴油机上的应用：激光处理：利用激光对气缸套和活塞表面进行热处理气缸套是柴油机最易磨损的部分。研究表明 采用激光淬火技术能使缸套和活塞环有选择性地局部强化，在软基体上按人们的需要分布一些硬化质点， 因而可大幅度提高耐磨性和使用寿命。如对缸套进行激光热处理，可使其硬度提高一倍，获得深0254Omm，硬度为HV7501OO0的少量莱氏体+马氏体+残采奥氏捧的硬化层。生产试验液明，缸套内表面经螺纹或网纹激光扫描后其初期磨合性 主机油耗、耐磨性和配付性等都优于硼套。与硼套对比， 螺纹激光套的耐磨性提高44 以上， 比处理成网纹硬化带效果更好。成本及经济效益分析的结果告诉我们， 激光热处理有利子降低铸造成本和加工费用， 扣除激光热处理增加的费用， 仍可使每只缸套的生产成本有所减少。lOLl07柴油机活塞环组和16V280柴油机油环经表面激光处理后同样具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和抗拉缸性能， 装机考核结果十分令人满意。尤其是激光热处理过的活塞环不仅自身磨损较小(使用寿命可提高30 以上)， 而且对缸套的磨损仅为喷钼环的一半。对曲轴和凸轮轴进行激光处理:发动机曲轴表面长期经受磨擦，易于磨损或疲劳失效：现行工艺采用中频淬火好或等温淬火予以强化，变形量偏大，废品率较高。采用激光淬火则具有淬火硬度高 变形量小，生产自动化程度高，节约能源等优点。经研 实验可获得约深0.30-0.45 mm硬度HRC58-62的马氏体+奥氏体硬化成，提高曲轴使用寿命1-5倍。全轴600mm长的变形量0.03mm。凸轮挑也是发动机上的关键部位，极易磨损报废，采用与上迷住轴类似工艺进行热处理后即可局部提高表面硬度， 在易于磨损的夹角处有选择进行强化面，而保持比较柔软的轴体，从而太大提高凸辖轴的使用寿命。2）激光加工在电子工业工业中的应用：在电子工业中已经成熟的激光加工技术包括打孔、切割、划片、焊接、修正(也称作微调)、打标等。这些技术，经过二、三十年的发展无论是硬件(设备)还是软件(工艺)都已成熟，在生产线上和实验室里发挥着重要作用。2.1打孔：打孔特点是可在硬度高的材料上打高精度孔，如陶瓷基片上的砷化镓微波器件，用激光将基片打孔，再沉积金属把电路和基片背面的地连通，减小了接地电感。最近发展成熟的面泵固体激光器(又称“板条式激光器”)，在平均功率400W 时，光束质量达3 4rammrad，可耦合到光纤里传输，光纤输出端加一会聚透镜，可在移动的薄金属板上打直径02ram 的小孔，每秒5个，效率极高。2.2划片与切割：厚膜电路和薄膜电路所用陶瓷基片、半导体硅片、锗片 砷化镓片和其它硬脆基片都可用激光进行高速划片，太阳能电池可用激光高速切割。大功率半导体器件所用金剐石热沉亦可用激光切割成形。激光不仅可切硬脆材料，还能方便准确地切割柔软的材料，如塑料板、薄膜、橡皮板等。由于激光切划深度易于控制，电子部华北光电所曾在“七五”期间用激光替电子部18所和有色院分层切划菲晶硅太阳能电池，获得成功，使这两家提前完成了攻关任务。3) 激光加工在先进制造中的应用：3.1激光成型制造：快速成型(RP，Rapid Prototyping)技术是一种基于离散，堆积成型原理的新型数字化成型技术。快速原型制造技术简称RPM，RPM是电脑、激光、光学扫描、先进的新型材料、计算机辅助设计、计算机辅助加工、数控技术等综合应用的高新技术。它是制造成型技术的革新。在成型概念上以平面离散、堆积为指导，在控制上以计算机和数控为基础，用数控激光机床按照平面模型的形状扫描，使其通过激光束逐层扫描，以最大柔性为总体目标，最终直接加工出与CAD模型相一致的原型或零件，是实现并行工程和敏捷制造的有效手段。它摒弃了传统的机械加工方法，对制造业的变革是一个重大的突破，利用RPM技术可以直接或间接地快速制造原型和零件，该技术已被汽车、航空、家电、船舶、医疗、模具等行业广泛应用。快速成型技术经过近20年的发展，正逐步走向成熟，在降低制造成本等方面取得了显著的进展。目前，快速成型在原型和模型的制造方面，已成为一种不可替代的先进制造技术。随着高功率激光的引入，采用快速成型方法直接制造金属零件正成为该领域新的研究点，引起了广泛的关注。3.2激光加工内腔技术：激光方向性好，能量在空间高度集中，使用脉冲技术可使激光能量在时间上也高度集中；激光可以用透镜进行聚焦，将全部的激光能量集中在极小的范围内。将一个GW级的调Q激光脉冲聚焦到直径为5 m的光斑上，可以获得10 Wcm2的功率密度，产生几千度、乃至上万度的高温。激光在固体透明材料内部对材料产生作用，若激光的功率密度大于介质的破坏阈值，则在激光作用的很短时间间隔内，强激光的辐射将导致介质吸收大量的激光能量，产生使材料破坏的内爆轰，形成空隙，起到体内局部切割作用。由于切割过程相当迅速，聚焦点周围热传递造成的热损伤几乎为零。使用该技术具有以下优点：该方法是非接触加工，克服了传统机床因受切削力的作用而引起的变形；整个加工无噪声和无化学污染；无需准备专用工装与设备。该技术的研究成功将提高整个机械制造工艺水平和产品质量，开拓出制造技术的一个新领域；另一方面，由于要求透明材料作为被加工对象，也会促进材料科学从实用角度考虑，开发出一些具有机械性能和导电性能的透光材料，应用在光电通讯技术、航空航天技术、国防军工技术和医疗器械上，对这些领域的发展起到极大的促进作用，同时对绿色制造学科的发展也会有所启迪。3.4激光雕刻：激光雕刻技术是20世纪80年代兴起的一门崭新的工业加工技术，在国际上一些发达国家已将该技术作为工业加工的工艺标准。原理是在足够功率密度的激光束照射下，使被加工材料表面达到熔化和气化温度，从而使材料气化蒸发或熔融溅出。随着计算机辅助设计、计算机图形学、工业自动化等学科在激光加工领域的交叉渗透，大大扩展了激光雕刻的应用范围，并为推动相关学科的发展提供了新的思路，成为激光雕刻领域的重要特色之一 。由武汉楚天激光集团公司研制生产的系列激光雕刻机，可对各种非金属材料(如塑料、橡胶、玻璃、有机玻璃、大理石、宝玉石、皮革、木材)进行精密雕刻。激光打标是用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记。打标的原理是通过表层物质的蒸发露出深层物质 或是通过光能导致表层物质的化学物理变化而“刻”出痕迹，或是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图形、文字。激光打标与传统的标记刻写工艺相比，具有速度快、标记刻写清晰，不易磨损等特点，广泛应用于工具、轴承、量具、汽车与摩托车配件，各种电器元件的标记和编号的刻写。4）激光加工在汽车大修中的应用：汽车发动机大修的常规方法及缺陷：发动机大修时，主要经过镗缸、磨轴处理，气缸壁经多次磨削后，表面硬度降低；曲轴轴颈由于磨损失圆，一般需要重新磨轴，换轴瓦。曲轴轴颈在多次磨削后表面硬度降低，不能满足使用要求。因此，常规方法处理后的发动机大修周期变短。汽车发动机大修的激光处理工艺：汽车发动机大修的激光处理工艺是常规大修工艺加上激光处理。激光热处理一般安排在半精加工后进行。由于常温下金属对波长10.6m的CO2激光反射率高达80%以上，经过磨床加工的光洁表面其反射率更高，激光的反射将造成大量能量损失，因此，激光热处理前需采用预敷吸光涂层的方法，以提高零件表面对激光的吸收率。涂层能吸收电磁波中远红外部分，各种金属或非金属氧化物、石墨、碳墨、磷酸盐等都是较好的涂层材料。曲轴热处理时，将其安装在机床工作台上用两卡盘夹紧，将激光光斑直径调到23mm，功率密度均匀，从而保证一定宽度的硬化条带上的硬度均匀一致。激光头装配在托架上，托架安装在机床横梁上，因此，可实现激光头上下方向的移动和水平方向的移动。将激光束定位在曲轴轴颈上方，工作台上的步进电机带动曲轴旋转，同时激光头在水平方向运动，而托架沿横梁移动，从而在曲轴表面沿宽度方向扫描出具有一定形状的扫描线(线型由微机控制)。淬硬带在轴颈上的覆盖率(淬硬面积比)一般取30%50%，曲轴的旋转、激光头的水平运动及合成运动均由程序控制系统进行自动控制。缸体热处理时，将其装在底部的旋转工作台上，缸体作旋转运动，激光头作上下运动。激光硬化处理过程的工艺参数主要有扫描速度、硬化面积比、硬化深度和加工表面粗糙度。这些参数取决于激光功率密度、扫描速度、材料的种类和表面涂层特性等。激光硬化带截面的组织特征有24层，具体是多少层要由激光处理规范和材料成分而定。在高速加热和冷却时，一般可在钢的表面观察“白亮层”。由于激光束是按一定几何轨迹在缸体内壁进行扫描，激光处理过的硬化带构成硬的骨架；未经激光处理的地方，在发动机工作时，首先微量磨损，形成贮油结构。这样软硬结合的缸体内壁既提高了耐磨性，又有良好的抗拉伤能力。活塞环在良好的润滑条件下工作，使用寿命大幅度提高。对于曲轴轴颈，也具有同样的原理。实验对比及磨损量(1)未经处理的汽缸与经过激光处理后的汽缸汽车跑车数据对比见图1。经600h台架实验前后曲轴磨损量依据QC/T524-1999汽车发动机性能试验方法、QC/T525-1999汽车发动机可靠性试验方法等标准，将激光热处理后的曲轴装在492QA汽油机上，全速全负荷可靠性试验。经600h台架试验，进行了精密测量，其磨损量见表。600h试验前后轴颈磨损量最大磨损量（mm)最小磨损量（mm）平均磨损量（mm）主轴颈0.020.010.017连杆轴颈0.020.0110.016试验证明：激光表面处理的曲轴，经600h台架试验，耐磨性能良好，其最大磨损量为0.02mm，达到国家规定的要求，可满足2105km大修期标准。参考文献：徐路江.安桂玲汽车大修工艺和零件检验分析期刊论