金陵科技学院Jinling Institute of Technology课程论文论文题目激光加工技术在机械制造领域中的应用与发展学院机电工程学院年级10机械设计制造及其自动化1班姓名孙志会指导教师宇海英成绩2013 年 5 月 17 日目录摘要 (2)引言 (3)一、激光加工技术的原理和优势 (3)（一）激光加工的原理 (3)（二）激光加工的优势 (3)二、激光加工技术在机械制造业中的重要应用 (4)（一）激光切割机产品的飞速发展 (4)（二）激光焊接手段的广泛应用 (4)（三）激光表面强化与热处理技术的重要体现 (4)（四）激光打孔技术的成熟使用 (5)（五）激光标记技术的持续前冲 (5)（六）激光内腔加工技术的重要应用 (5)（七）激光快速成型技术的开发使用 (6)（八）用于再制造业的激光熔覆技术及装备 (6)三、激光加工技术在机械领域的发展展望 (6)结论 (7)致谢 (8)参考文献 (9)激光加工技术在机械制造领域中的应用与发展金陵科技学院机电学院孙志会[摘要]由于现代机械制造业的快速发展，机械制造已包含了一种新的意义。

它已经不是传统意义上的机械制造。

它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新兴技术与新兴工业。

我们所了解的激光技术是20世纪60年代初发展起来的一门科学，在材料加工方面，已逐步形成一种崭新的加工方法——激光加工，它是利用光的能量，经过透镜聚焦，在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工各种材料的。

激光加工技术包括：激光快速成型技术、激光焊接技术、激光切割技术、激光打孔技术、激光标记技术、激光热处理技术和激光内腔加工技术。

现在，激光加工技术是国家重点支持和推动应用的一项高新技术，特别是政府强调要振兴制造业，这就给激光加工技术应用带来发展机遇。

在国家制定中长远期发展规划时，又将激光加工列为关键支撑技术，因为它涉及国家安全、国防建设、高新技术的产业化和科技前沿的发展，这就把激光加工提升到很高的重视程度，也必将给激光加工机的制造和升级带来很大的商机。

[关键词] 激光高新技术应用重视发展规划引言激光加工技术是一项集光学、电学、机械于一体的先进加工技术，被誉为“21世纪的万能加工工具”，“未来制造技术的共同加工手段”。

在激光技术发展的早起人们就开始了其机械工业的应用研究，激光加工技术的发展大大推进了整个机械制造业的迅速发展，并深刻地影响着世界各国科技水平的发展。

有人预测，在21世纪激光制造与加工技术将会引起一次新的工业革命。

本篇文章主要研究分析激光加工技术在机械制造业中的重要应用以及其更长远的发展展望，以此来了解激光加工技术在机械领域所体现的重要用途，希望能够为以后更深入开展激光加工制造研究打下基础。

通过对课题的研究分析，也希望能够牢牢地跟上激光技术迅速向前发展的脚步，并进一步促进激光技术的创新以及其应用领域的扩展。

一、激光加工技术的原理和优势（一）激光加工的原理激光加工是将激光束照射到工件表面，以激光的高能融化、切割材料以及改变材料的表面性能。

激光加工是无接触加工，工具与工件之间不会产生阻力，加工对象变形较小，在加工时不会产生噪声和振动。

激光束极细，可以加工极小的工件，并且可以保证加工质量。

（二）激光加工的优势1.它是无接触加工，高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。

2.它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。

3.激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。

4.激光加工过程中，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。

5.它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。

6.激光束易于导向。

聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此，它是一种极为灵活的加工方法。

7.使用激光加工，生产效率高，加工质量可靠，经济效益和社会效益显著。

二、激光加工技术在机械制造业中的重要应用激光加工技术在机械领域的零件生产和加工制造等方面可以用于切割、焊接、热处理、打孔、标记、内腔加工、快速成型以及修复等。

（一）激光切割机产品的飞速发展激光切割系统一直是激光加工应用最广泛的一项技术，这就致使激光切割机产品迅速发展起来。

随着各企业用户对激光切割技术特点的逐步深入了解和示范性采用，带动了国内多数机械制造企业纷纷转向生产激光切割机。

上海团结普瑞玛激光设备公司是我国产量最大的生产企业，年订货已超过100余台。

CO2激光切割机在二维切割方面应用很广，进行小批量生产时具有很好的柔性。

经过资料查阅了解到:欧洲已安装了12000多台，北美安装有11000多台，日本安装有10000多台，中国大陆安装数约为800台，功率逐渐由2KW提升到3KW、4KW，可见CO2激光切割机已经成为国内主要热门产品。

随着应用面扩大，高功率CO2激光器国内产品必将牵引我国激光销售快速增长。

激光切割技术用在零件生产线上，做平板切割等工序，配合其生产产品的一道工序，可为完成产品零件生产解决加工关键，或提高加工速度。

三维切割的应用主要在于管类零件的加工，在市场上已经有管类零件激光切割设备，采用这一设备可以实现自动加载和加工。

（二）激光焊接手段的广泛应用激光焊接技术在国内的应用正迅速扩大，主要用于电池、电器、仪表、五金工具及钢铁、航空航天、汽车等工业。

目前激光焊接应用主要分为三大类:第一类是用于移动通讯如手机电池的焊接，其他如电容、电器、仪器仪表元器件的焊接。

第二类主要是对金刚石锯片的激光焊接。

目前欧洲已大量采用CO2激光器将金刚石刀头焊接到锯片基体上，这种工艺符合安全要求。

第三类是对钢板的激光焊接。

这方面的应用多在钢铁工业(如钢板在线拼焊、带钢拼焊等)、汽车板拼焊(有的在钢铁厂、有的在汽车厂)以及各种壳体类零件焊接、其激光焊接系统不是定型产品，多为“量身定做”。

法利莱大功率激光科研基地生产的专用激光焊接机，能成倍提高焊接质量。

其焊接接头强度高，可以达到与母材等强度，设备性能稳定、可靠性高，并且在国内率先开发出汽车排气管、传动部件和生产工件的激光焊接成套设备，能成倍提升生产效率和使用寿命，经济效益显著。

（三）激光表面强化与热处理技术的重要体现激光表面强化与热处理技术是近20年来发展起来的一种新型材料表面处理技术。

其中一项技术激光相变硬化（激光淬火）是激光热处理研究最早、最多、进展最快、应用最广的一种工艺，适用于大多数材料和不同形状零件的不同部位，可提高零件的耐磨性和疲劳强度。

激光表面强化与热处理技术在汽车工业应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。

在农机生产中的作用也很大，有些机器（犁、中耕机、播种机和收割机）直接在磨料介质中工作，零件磨损很快。

为了获得足够强度，机器的材料用量较大，不仅浪费而且笨重。

对于此类零件，激光硬化处理后的硬度比常规淬火硬度高5％一20％，激光合金化可以加入新材料，形成新合金层，获得满意的性能。

此外，激光抛光表面技工艺的应用也十分重要，工业上生产的机械零件，在铣削的原始表面上，单个的铣削波纹清晰可见，激光抛光后这些波纹不复存在，最小抛光直径可达到Ra<0.3um。

而且激光抛光工艺的三维加工能力十分显著。

（四）激光打孔技术的成熟使用激光打孔通用性强，已成为现代制造领域的关键技术之一。

工业发达国家己将激光深微孔技术大规模地应用到航空航天、汽车制造、电子仪表等行业。

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钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片等行业的生产制造中。

激光打孔正朝着多样化、高速度、孔径更微小的方向发展。

例如，在飞机机翼上打上5万个直径为 0.064mm的小孔，可以大大减小气流对飞机的阻力；高压水清洗环境多种多样，常常需要为特殊的清洗环境重新设计喷嘴，灵活多变的激光打孔正好可以满足这种需求；汽车工业的燃油过滤器的厚度为0.95mm，采用激光打孔速度可达120孔/s。

在燃油出口面没有凸起部分，也没有赃物，目前对于这一类质量零件还没有其他的加工方法可以做到。

（五）激光标记技术的持续前冲激光标记是近年发展最快的一项应用技术，按照全球对激光加工系统销售总量的统计，激光打标机（标记机）仅次于激光切割机，占第二位。

我国激光打标机的销售额一直占国内激光加工销售额的50%以上，在较大范围内占领了国内市场，并大大地开拓了应用领域。

已应用的行业有电子工业、汽车工业、工具量具、航空航天、仪器仪表等领域。

在机械领域的应用尤为广泛而重要。

值得一提的是激光内雕机也是迅速发展的产品之一，它是通过激光诱导在玻璃体内形成炸裂点的光散射构成白色立体内雕图像。

目前本技术已经取得进一步发展。

国内已经开发出彩色内雕技术，可在玻璃体内相继打出红、橙、黄、蓝、紫等色彩的图案，给内雕制品增添光彩。

（六）激光内腔加工技术的重要应用在光电通讯、制导和雷达等军工和医疗器械上，经常有一些高精度的内腔形体零件，这些零件口小型腔大，有的内腔形状还比较复杂。

用传统的工艺方法，将它一分为二分别进行加工，避免不了装配误差的存在，影响产品的使用性能。

借助激光加工技术，把激光对透明材料的作用机理运用到内腔加工上，使上述间题得到解决。

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。

该方法是非接触加工，因而加工过程无变形，无噪声和化学污染，在机械制造中发挥很大用途。

（七）激光快速成型技术的开发使用激光快速成型技术在模具制造的应用最为广泛，可以用快速成型件直接用作模具，也可作母模，翻制软模具，或者直接翻制硬模具。

用激光快速成形技术制作形状复杂的精度模具，其优点尤为突出，该技术己在航空航天、电子、汽车、家电等工业领域得到广泛应用。

但是，目前还存在着模具寿命相对较短的缺点，即使是金属面、硬背衬模具，其使用寿命也不及真正的金属模，所以快速成形模具较适合于单件小批量生产。

（八）用于再制造业的激光熔覆技术及装备激光熔覆是一种新的表面改性技术，用于再制造业，有其不可替代的优点，并优高功率激光器及其系统。

这方面较突出于其它加工技术。

它主要是采用5KW~10KWCO2的是大陆激光，他们在实践中应用了激光显微仿形熔覆技术，较大范围应用到电力、石化、冶金、钢铁、机械的工业领域，修复了涡轮动力转动装置的重要零部件，一直到机组，如烟气轮机、离心式压缩机、螺杆压缩机、大型汽轮机、发电机、蒸汽轮机等近千台，同时还生产激光器及机组，成为这种技术的国内领头企业。

此外，用激光熔覆对模具进行修复，可以大大提高模具的寿命，又不受形状和尺寸的限制。

国内以激光加工站形式出现从事这方面业务的有中科院金属所、北京、天津、杭州等地高校激光工程中心都为激光加工应用于再制造业发挥了较大作用。