08060434-先进制造技术论文

1、-精品word文档 值得下载 值得拥有- CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY先进制造技术论文二级学院： 经济与管理学院 专 业 ： 市场营销 班 级： 08营 _学 号： 08060434 _ 学生姓名： 朱俊宏 _ 激光加工技术及其发展趋势的研究Laser Processing Technology and its Development Trend of Research 08营 朱俊宏 08060434摘要：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，激光加工的发展受到世界先进国家的高度重视。激光加工是将激光束照射到工件的表面，以

2、激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。本文分别从激光加工技术的原理、激光加工的分类与应用及其现状和发展趋势来阐述激光加工较传统加工技术的优越性，说明其在制造业，工业等方面正发挥着不可替代的作用。目前已成熟的激光加工技术包括：激光快速成形技术、激光焊接技术、激光打孔技术、激光切割技术、激光打标技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。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

3、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。我国主要加强在工业生产应用中普及和推广激光加工技术，重点完成对电子、汽车、钢铁、石油、造船、航空等传统工业应用激光技术的改造；为信息、材料、生物、能源、空间、海洋等六大高科技领域提供崭新的激光设备和仪器。关键词：激光加工 技术发展 技术应用 发展趋势Abstract : as the 20th century of the science and technology development main mark and the modern information society, one of the pill

4、ars of optoelectronic technology to the development of laser processing by world advanced nation great attention. Laser processing is laser irradiate workpiece will the surface to laser high-energy to resection, melt materials and change the object surface performance. Because of laser beam energy a

5、nd move speed can be adjusted, so laser processing can be applied to different levels and scope. This paper respectively from the laser processing technology, the principle of the laser processing classification and its application status and development trend of laser processing is expounded the tr

6、aditional processing technology superiority, it shows the in manufacturing, industrial aspects are plays an irreplaceable role. At present has mature laser processing techniques including laser rapid prototyping technology, laser welding technology, laser drilling technology, laser cutting technolog

7、y, laser marking technology, laser to heavy balance technique, laser etching technique, laser trimming technology, laser storage technology, laser crossed technology, laser cleaning technology, laser heat treatment and surface treatment technology. Laser processing is the largest foreign laser appli

8、cation project, also is to transform traditional industries, mainly is the important means to 10kw grade level kw CO2 laser and 100 tile to kilowatt YAG laser to achieve various material cutting, welding, and heat processing of punching, skinned etc. Our country main strengthen in industrial product

9、ion application in the popularization and promotion of laser processing technology, key complete to electronics, automobiles, steel, petroleum, shipbuilding, aviation and traditional industrial applications laser technology modification demonstration project, For information, materials science, biol

10、ogy, energy, space, Marine and so on six big high-tech field provided the brand-new laser equipment and instruments. Keywords: Laser processing Technology development Technology application Development trend 引言：激光的研究及其在各个领域的应用得到了迅速的发展。其高相干性在高精密测量、物质结构分析、信息存储及通信等领域得到了广泛应用。激光的高单色性，可在光化学领域对一些相距很近的能级作选择

11、激发，进行重金属的同位素分离；激光的高方向性和高亮度可广泛应用于加工制造业（大到航天器、飞机、汽车工业，小到微电子、信息、生物细胞分离等微技术）。随着激光器件、新型受激辐射光源，以及相应工艺的不断革新与优化，尤其是近20年来，激光制造技术已渗入到诸多高新技术领域和产业并开始取代或改造某些传统的加工行业。激光制造技术包含两方面的内容，一是制造激光光源的技术，二是利用激光作为工具的制造技术。前者为制造业提供了性能优良、稳定可靠的激光器以及加工系统，后者在利用前者的基础上进行各种加工和制造，为激光系统的不断发展提供广阔的应用空间。一、 激光加工原理激光是一种经受激辐射产生的加强光。其光强度高，方向性

12、、相干性和单色性好，通过光学系统可将激光束聚焦成直径为几十微米到几微米的极小光斑，从而获得极高的能量密度。当激光照射到工件表面时，光能被工件迅速吸收并转化为热能，致使光斑区域的金属蒸汽迅速膨胀，压力突然增大，熔融物以爆炸式高速喷射出来，在工件内部形成方向性很强的冲击波。激光加工就是工件在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用过程。产生激光束的器件称为激光器。激光器的种类很多，按其工作物质的不同可分为固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器和化学激光器等。二、 激光加工技术的分类与应用激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用于材料加工。激光加工是激光应用最有发展前途的领域，

13、现在已开发出20多种激光加工技术。激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。目前已成熟的激光加工技术包括：激光快速成形技术、激光焊接技术、激光打孔技术、激光切割技术、激光打标技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。激光快速成形技术集成了激光技术、CAD/CAM技术和材料技术的最新成果，根据零件的CAD模型，用

14、激光束将光敏聚合材料逐层固化，精确堆积成样件，不需要模具和刀具即可快速精确地制造形状复杂的零件，该技术已在航空航天、电子、汽车等工业领域得到广泛应用。激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。现代的激光成了人们所幻想追求的“削铁如泥”的“宝剑”。激光焊接技术具有溶池净化效应，能纯净焊缝金属，适用于相同和不同金属材料间的焊接。激光焊接能量密度高，对高熔点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。激光焊接，用比切割金属时功率较小的激光束，使材料熔

15、化而不使其气化，在冷却后成为一块连续的固体结构。激光在工业领域中的应用是有局限和缺点的，比如用激光来切割食物和胶合板就不成功，食物被切开的同时也被灼烧了，而切割胶合板在经济上还远不合算。激光打孔技术具有精度高、通用性强、效率高、成本低和综合技术经济效益显著等优点，已成为现代制造领域的关键技术之一。在激光出现之前，只能用硬度较大的物质在硬度较小的物质上打孔。这样要在硬度最大的金刚石上打孔，就成了极其困难的事。激光出现后，这一类的操作既快又安全。但是，激光钻出的孔是圆锥形的，而不是机械钻孔的圆柱形，这在有些地方是很不方便的。激光打标技术是激光加工最大的应用领域之一。激光打标是利用高能量密度的激光对

16、工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。准分子激光打标是近年来发展起来的一项新技术，特别适用于金属打标，可实现亚微米打标，已广泛用于微电子工业和生物工程。激光去重平衡技术是用激光去掉高速旋转部件上不平衡的过重部分，使惯性轴与旋转轴重合，以达到动平衡的过程。激光去重平衡技术具有测量和去重两大功能，可同时进行不平衡的测量和校正，效率大大提高，在陀螺制造领域有广阔的应用前景。对于高精度转子，激光动平衡可成倍提高平衡精度，其质量偏心值的平衡精度可达1%或

17、千分之几微米。 激光蚀刻技术比传统的化学蚀刻技术工艺简单、可大幅度降低生产成本，可加工0.1251微米宽的线，非常适合于超大规模集成电路的制造。激光微调技术可对指定电阻进行自动精密微调，精度可达0.01%0.002%，比传统加工方法的精度和效率高、成本低。激光微调包括薄膜电阻(0.010.6微米厚)与厚膜电阻(2050微米厚)的微调、电容的微调和混合集成电路的微调。激光存储技术是利用激光来记录视频、音频、文字资料及计算机信息的一种技术，是信息化时代的支撑技术之一。激光划线技术是生产集成电路的关键技术，其划线细、精度高(线宽为1525微米，槽深为5200微米)，加工速度快(可达200毫米/秒)，

18、成品率可达99.5%以上。激光热、表处理技术包括：激光相变硬化技术、激光包覆技术、激光表面合金化技术、激光退火技术、激光冲击硬化技术、激光强化电镀技术、激光上釉技术，这些技术对改变材料的机械性能、耐热性和耐腐蚀性等有重要作用。激光相变硬化(即激光淬火)是激光热处理中研究最早、最多、进展最快、应用最广的一种新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国外一些工业部门将该技术作为保证产品质量的手段。激光表面合金化技术是材料表面局部改性处理的新方法是未来应用潜力最大的表面改性技术之一适用于航空、航天、兵器、核工业、汽车制造业中需要改善耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能的零件。激

19、光退火技术是半导体加工的一种新工艺效果比常规热退火好得多。激光退火后 杂质的替位率可达到98%99%可使多晶硅的电阻率降到普通加热退火的1/21/3 还可大大提高集成电路的集成度 使电路元件间的间隔缩小到0.5微米。激光冲击硬化技术能改善金属材料的机械性能 可阻止裂纹的产生和扩展 提高钢、铝、钛等合金的强度和硬度 改善其抗疲劳性能。激光上釉技术对于材料改性很有发展前途其成本低 容易控制和复制有利于发展新材料。激光上釉结合火焰喷涂、等离子喷涂、离子沉积等技术在控制组织、提高表面耐磨、耐腐蚀性能方面有着广阔的应用前景。电子材料、电磁材料和其它电气材料经激光上釉后用于测量仪表极为理想。激光在电子工业

20、中也得到广泛应用。可以用它来进行微型仪器的精密加工，可以对脆弱易碎的半导体材料进行精细的划片，也可以用来调整微型电阻的阻值。随着激光器性能的改善和新型激光器的出现，激光在超大规模集成电路方面的应用已经成为许多其他工艺所无法取代的关键性技艺，为超大规模集成电路的发展展现出令人鼓舞的前景。激光技术是高科技的产物，其产生又推动了科学研究的深入发展，并开拓出许多新的学科领域，如非线性光学、激光光谱学、激光化学、激光生物学等。激光被用来研究与生命密切相关的光合作用、血红蛋白、DNA等的机制。激光还将成为时间和长度的新标准，以后任何高精度的钟表和米尺都可以用某一特定波长的激光束来标定。激光在核能应用上也将

21、大显身手。乐观的专家们估计，到2020年强大的激光会产生安全经济的热核聚变，这类似恒星内部的核反应过程。如果实现，热核聚变将带来巨大无比的社会和经济效益，能源危机亦将不复存在。到那时，一桶水中的氢聚变后所产生的电力足够一个城市使用。三、 激光加工技术的现状及其发展趋势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70-80%。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 1.5kW-2kW范围内，而以热处理为主的约占1

22、5%，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

23、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。 到了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。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。 新一代工业激光器研究，目前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发展及应用；加工系统智能化，系统集成不仅是加工

24、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30多年的发展，取得了上千项科技成果，许多已用于生产实践，激光加工设备产量平均每年以20%的速度增长，为传统产业的技术改造、提高产品质量解决了许多问题，如激光毛化纤技术正在宝钢、本钢等大型钢厂推广，将改变我国汽车覆盖件的钢板完全依赖进口的状态，激光标记机与激光焊接机的质量、功能、价格符合国内目前市场的需求，市场占有率达90%以上。 存在的主要问题：科研成果转化为商品的能力差，许多有市场前景的成果停留在实验室的样机阶段；激光加工系统的核心部件激光器的品种少、技术落后、可靠性差。国外不仅二级

25、管泵浦的全固态激光器已用于生产过程中，而且二级管激光器也被应用，而我国二极管泵浦的全固态激光器还处在刚开始研究开发阶段。对加工技术的研究少，尤其对精细加工技术的研究更为薄弱，对紫外波激光进行加工的研究进行的极少。激光加工设备的可靠性、安全性、可维修性、配套性较差，难以满足工业生产的需要。“十五”的主要工作是促进激光加工产业的发展，保持激光器年产值20%的平均增长率，实现年产值200亿元以上；在工业生产应用中普及和推广加工技术，重点完成电子、汽车、钢铁、石油、造船、航空等传统工业应用激光技术进行改造的示范工程；为信息、材料、生物、能源、空间、海洋等六大高科技领域提供崭新的激光设备和仪器。 主要研究内容： （1）激光加工用大功率CO2和固体激光器及准分子激光器的引进机型研究，提高国产机水平；同时开发和研制专用配套的激光加工机床，提高激光器产品在生产线上稳定运行的周期，力争在国内建立较全面的加