畢業(yè)論文--激光加工技術(shù)在模具制造工業(yè)的應(yīng)用分析

1、<p>　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 激光加工技術(shù)在模具制造工業(yè)中的應(yīng)用分析姓 名 所在系部 機(jī)械技術(shù)系 專業(yè)班級 模具設(shè)計(jì)與制造1021班 指導(dǎo)教師 2013 年 4 月</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p><b>　　中

2、 文 摘 要</b></p><p>　　近年來，我國模具以平均15%以上的速度增長，高于國內(nèi)GDP的平均增值一倍多。其中，鑄造模具約占各類模具總產(chǎn)值5%，每年增長速度高達(dá)25%，發(fā)展十分活躍。模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給予制造業(yè)以有力支撐,同時,制造業(yè)的發(fā)展也推動了模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國也成為模具生產(chǎn)大國。但是，我國的模具機(jī)床業(yè)產(chǎn)業(yè)仍“大而不強(qiáng)”。據(jù)資料顯示，雖然目前我國模具行業(yè)以每年巨大的進(jìn)出口總額被譽(yù)為全球“

3、制造大國”，但由于技術(shù)人才等因素的制約，都相對集中在中低端領(lǐng)域，因而高端市場對國內(nèi)模具企業(yè)而言，經(jīng)濟(jì)誘惑力無疑是巨大的。</p><p>　　而激光加工技術(shù)一直是國家重點(diǎn)支持和推動應(yīng)用的一項(xiàng)高新技術(shù)，特別是政府強(qiáng)調(diào)要振興制造業(yè)，這就給激光加工技術(shù)應(yīng)用帶來發(fā)展機(jī)遇。在國家制定中長遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃時，又將激光加工列為關(guān)鍵支撐技術(shù)，因?yàn)樗婕皣野踩?、國防建設(shè)、高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和科技前沿的發(fā)展，這就把激光加工提升到很高的重

4、視程度，也必將給激光加工機(jī)的制造和升級帶來很大的商機(jī)。，目前激光加工在模具行業(yè)就已經(jīng)獲得較好的應(yīng)用。</p><p>　　隨著激光加工技術(shù)的日趨成熟和工業(yè)用大功率激光設(shè)備價格的逐漸下降，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會需求的多樣化，產(chǎn)品的競爭越來越激適時生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。</p><p>　　本文在模具制造、模具表面強(qiáng)化與維修、取代模具等幾個方面,就激光優(yōu)

5、化模具制造工藝作了較為詳細(xì)的分析和探討。烈，更新?lián)Q代的周期也越來越短給模具的制造工藝帶來了新的變革。激光加工技術(shù)儼然成為了企業(yè)實(shí)行</p><p>　　關(guān)鍵詞：模具；激光；工藝優(yōu)化</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In recent years, China's mold at an avera

6、ge growth rate of more than 15%, higher than the average GDP value more than doubled. Among them, the casting mould is about 5%, total output value of various types of mold growth rate as high as 25% a year, are active d

7、evelopment. Mold industry gives strong support to the manufacturing, at the same time, the development of manufacturing industry and promote the development of the mould industry. Also become mould producer in China.Howe

8、ver, our mold machi</p><p>　　And laser processing technology has been a national key support and promote the application of a high and new technology, especially the government stressed the revitalization of

9、 manufacturing industry, this creates opportunities for development for laser processing technology application. In the state formulates plans for the development of long forwards, and laser processing as a key support t

10、echnology, because it involves national security, national defense construction, high-tech industriali</p><p>　　With the maturing of the laser processing technology and the decreasing of price of the industr

11、ial large-power laser equipment, a new innovation was brought to the manufacturing technology of the diea and moulds. Laser processing technology has become the enterprises to timely production , the key technologies for

12、 the machining of the high quality, high efficiency and low cost production opened up a broad prospect.</p><p>　　A relatively detailed analysis and discussion was made on the laser optimized manufacturing pr

13、ocess for dies and moulds from several aspects of manufacturing, surface reinforcement and maintenance, and substitutive dies or moulds.</p><p>　　Key words : die and mould; laser; technological process op

14、timization</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章模具制造工藝1</p><p>　　第2章激光加工技術(shù)2</p><p>　　2.1激光加工原理及特點(diǎn)2</p><p>　　2.2激光技術(shù)應(yīng)用4</p><p>　

15、　2.3激光加工的發(fā)展前景9</p><p>　　第3章工業(yè)加工激光器10</p><p>　　第4章模具制造11</p><p>　　4.1模具的激光疊加制造11</p><p>　　4.2快速模具制造12</p><p>　　4.3激光成模工藝13</p><p>　　4.

16、4模具激光熱處理15</p><p>　　第5章模具表面強(qiáng)化與修復(fù)16</p><p>　　5.1激光相變硬化17</p><p>　　5.2激光涂覆17</p><p>　　5.3激光堆焊18</p><p>　　5.4模具激光清洗19</p><p>　　第6章激光加工替代模

17、具沖壓加工20</p><p>　　6.1激光切割替代薄板件的沖裁模20</p><p>　　6.2激光打標(biāo)替代沖模打標(biāo)21</p><p>　　6.3激光成形替代彎曲模成形21</p><p>　　結(jié)論…………………………………………………………………………………………22</p><p>　　參考文獻(xiàn)………

18、……………………………………………………………………………23</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………………24</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　整體來看，中國塑料模具無論是在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都有了很大進(jìn)步，但與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求、世界先進(jìn)水平相

19、比，差距仍很大。在總量供不應(yīng)求的同時，一些低檔塑料模具卻供過于求，市場競爭激烈，還有一些技術(shù)含量不太高的中檔塑料模具也有供過于求的趨勢。</p><p>　　激光加工技術(shù)一直是國家重點(diǎn)支持和推動應(yīng)用的一項(xiàng)高新技術(shù)，特別是政府強(qiáng)調(diào)要振興制造業(yè)，這就給激光加工技術(shù)應(yīng)用帶來發(fā)展機(jī)遇。在國家制定中長遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃時，又將激光加工列為關(guān)鍵支撐技術(shù)，因?yàn)樗婕皣野踩?、國防建設(shè)、高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和科技前沿的發(fā)展，這就把激光加工

20、提升到很高的重視程度，也必將給激光加工機(jī)的制造和升級帶來很大的商機(jī)。，目前激光加工在模具行業(yè)就已經(jīng)獲得較好的應(yīng)用。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會需求的多樣化，產(chǎn)品的競爭越來越激烈，更新?lián)Q代的周期也越來越短。為此，要求不但能根據(jù)市場的要求盡快設(shè)計(jì)出新產(chǎn)品，而且能在盡可能短的時間內(nèi)制造出原型，從而進(jìn)行性能測試和修改，最終形成定型產(chǎn)品。而在傳統(tǒng)制造系統(tǒng)中，需要大量的模具設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試等工作，成本高，周

21、期長，已不能適應(yīng)日新月異的市場變化。為了提高研發(fā)和生產(chǎn)速度，快速而精確地制作出高質(zhì)量、低成本的模具和產(chǎn)品，能對市場變化做出敏捷響應(yīng)，人們作了大量的研究和探索工作。隨著工業(yè)激光器價格的不斷下降和工業(yè)激光加工技術(shù)的日益成熟，給模具制造和產(chǎn)品生產(chǎn)工藝帶來了重大變革。本文首先介紹了工業(yè)加工激光器，然后在模具激光制造、模具表面強(qiáng)化與維修、取代模具、模具激光清洗等幾個方面，就激光加工在模具制造中的應(yīng)用作一些探討。</p><p&

22、gt;　　全文共分為6章，主要內(nèi)容有模具制造工藝介紹、激光加工技術(shù)介紹、模具激光制造、模具表面強(qiáng)化與修復(fù)、激光加工替代模具沖壓加工等。本文精練簡潔系統(tǒng)地介紹了激光加工技術(shù)在模具制造工業(yè)中的應(yīng)用，目標(biāo)明確。</p><p><b>　　模具制造工藝</b></p><p>　　模具是大批量生產(chǎn)各種產(chǎn)品和日用品的重要工藝裝備，它以其特定的現(xiàn)狀通過一定的方式使原料成形。利用

23、模具生產(chǎn)零件的方法已成為工業(yè)上進(jìn)行成批或大批生產(chǎn)的主要技術(shù)手段，它對于保證制品質(zhì)量，縮短試制周期，進(jìn)而爭先占領(lǐng)市場，以及產(chǎn)品更新?lián)Q代和新產(chǎn)品開發(fā)都具有決定性意義。</p><p>　　模具制造的基本要求：</p><p>　　制造精度高。工作部分一般比制品精度高2-4倍級；配合精度高，因此組成模具的零件必須有足夠的精度。</p><p>　　使用壽命長。模具是比較昂

24、貴的工藝裝備，其使用壽命長短直接影響產(chǎn)品成本的高低。</p><p>　　模具周期短。新產(chǎn)品的更新速度是越來越快，在保證質(zhì)量的前提下盡量縮短模具的制造周期，提高產(chǎn)品的競爭能力。</p><p>　　模具成本低。模具成本與模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、模具材料、制造精度要求及加工方法有關(guān)，必須根據(jù)制品要求合理設(shè)計(jì)模具和制定其加工工藝。</p><p>　　在設(shè)計(jì)與制造模具時，應(yīng)

25、根據(jù)實(shí)際情況作全面考慮，即在保證制品質(zhì)量的前提下，選擇與制品生產(chǎn)量相適應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)和制造方法，使模具成本將到最低限度。</p><p><b>　　模具制造工藝規(guī)程</b></p><p>　　模具制造工藝規(guī)程的作用是用于組織、指導(dǎo)、管理和控制模具的各個工序。</p><p>　　制定工藝規(guī)程的目的就是為了能有效地指導(dǎo)并控制各個工序的加工質(zhì)量，

26、使之能有序地按要求實(shí)施，最終能以先進(jìn)而又可靠的技術(shù)和最低的生產(chǎn)成本、最短的時間制造出質(zhì)量符合用戶要求的模具。</p><p>　　模具制造工藝路線的確定</p><p>　　模具零件結(jié)構(gòu)的工藝分析</p><p>　　模具零件技術(shù)要求分析</p><p>　　成形件加工方法的確定原則</p><p><b>

27、　　加工階段的劃分</b></p><p><b>　　工序的集中與分散</b></p><p>　　確定工序內(nèi)容與加工順序的原則</p><p><b>　　激光加工技術(shù)</b></p><p>　　激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進(jìn)行切割、焊接、

28、表面處理、打孔、微加工等的一門技術(shù)。激光加工作為先進(jìn)制造技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機(jī)械制造等國民經(jīng)濟(jì)重要部門，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。</p><p><b>　　激光加工原理及特點(diǎn)</b></p><p>　　激光加工是將激光束照射到工件的表面，以激光的高能量來切除、熔化材料以及改變物體表面

29、性能。由于激光加工是無接觸式加工，工具不會與工件的表面直接磨察產(chǎn)生阻力，所以激光加工的速度極快、加工對象受熱影響的范圍較小而且不會產(chǎn)生噪音。由于激光束的能量和光束的移動速度均可調(diào)節(jié)，因此激光加工可應(yīng)用到不同層面和范圍上。</p><p>　　到20世紀(jì)70年代，隨著大功率二氧化碳激光器、高重復(fù)頻率釔鋁石榴石激光器的出現(xiàn)，以及對激光加工機(jī)理和工藝的深入研究，激光加工技術(shù)有了很大進(jìn)展，使用范圍隨之?dāng)U大。數(shù)千瓦的激光加

30、工機(jī)已用于各種材料的高速切割、深熔焊接和材料熱處理等方面。各種專用的激光加工設(shè)備競相出現(xiàn)，并與光電跟蹤、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制、工業(yè)機(jī)器人等技術(shù)相結(jié)合，大大提高了激光加工機(jī)的自動化水平和使用功能。從激光器輸出的高強(qiáng)度激光經(jīng)過透鏡聚焦到工件上，其焦點(diǎn)處的功率密度高達(dá)10(瓦/厘米)，溫度高達(dá)1萬攝氏度以上，任何材料都會瞬時熔化、氣化。激光加工就是利用這種光能的熱效應(yīng)對材料進(jìn)行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是固體激光器和氣體激光

31、器。如圖1、圖2。</p><p><b>　　激光加工的特點(diǎn)</b></p><p>　　激光具有的寶貴特性決定了激光在加工領(lǐng)域存在的優(yōu)勢：</p><p>　　①由于它是無接觸加工，并且高能量激光束的能量及其移動速度均可調(diào)，因此可以實(shí)現(xiàn)多種加工的目的。</p><p>　　②它可以對多種金屬、非金屬加工，特別是可以加

32、工高硬度、高脆性、及高熔點(diǎn)的材料。 </p><p>　?、奂す饧庸み^程中無“刀具”磨損，無“切削力”作用于工件。</p><p>　　④激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非激光照射部位沒有影響或影響極小。因此，其熱影響區(qū)小，工件熱變形小，后續(xù)加工量小。</p><p>　　⑤它可以通過透明介質(zhì)對密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)行各種加工。&l

33、t;/p><p>　?、抻捎诩す馐子趯?dǎo)向、聚集實(shí)現(xiàn)作各方向變換，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合，對復(fù)雜工件進(jìn)行加工，因此是一種極為靈活的加工方法。</p><p>　?、呤褂眉す饧庸?，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量可靠，經(jīng)濟(jì)效益好。例如：①美國通用電器公司采用板條激光器加工航空發(fā)動機(jī)上的異形槽，不到4H即可高質(zhì)量完成，而原來采用電火花加工則需要9H以上。僅此一項(xiàng)，每臺發(fā)動機(jī)的造價可省5萬美元。②激光切割鋼件工效可提高

34、8-20倍，材料可節(jié)省15-30%，大幅度降低了生產(chǎn)成本，并且加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。雖然激光加工擁有許多優(yōu)點(diǎn)，但不足之處也是很明顯的。</p><p><b>　　激光技術(shù)應(yīng)用</b></p><p>　　用激光束對材料進(jìn)行各種加工，如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。激光加工有許多優(yōu)點(diǎn)：①激光功率密度大，工件吸收激光后溫度迅速升高而熔化或汽化，即使熔點(diǎn)高、硬

35、度大和質(zhì)脆的材料(如陶瓷、金剛石等)也可用激光加工；②激光頭與工件不接觸，不存在加工工具磨損問題；③工件不受應(yīng)力，不易污染；④可以對運(yùn)動的工件或密封在玻璃殼內(nèi)的材料加工；⑤激光束的發(fā)散角可小于1毫弧，光斑直徑可小到微米量級,作用時間可以短到納秒和皮秒,同時,大功率激光器的連續(xù)輸出功率又可達(dá)千瓦至十千瓦量級，因而激光既適于精密微細(xì)加工,又適于大型材料加工；⑥激光束容易控制,易于與精密機(jī)械、精密測量技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)加工的高度自動

36、化和達(dá)到很高的加工精度；⑦在惡劣環(huán)境或其他人難以接近的地方，可用機(jī)器人進(jìn)行激光加工。</p><p><b>　　一、激光打孔 </b></p><p>　　采用脈沖激光器可進(jìn)行打孔,脈沖寬度為0.1～1毫秒,特別適于打微孔和異形孔,孔徑約為0.005～1毫米。如圖2、1，激光打孔已廣泛用于鐘表和儀表的寶石軸承、金剛石拉絲模、化纖噴絲頭等工件的加工。</p>

37、;<p><b>　　圖2、1</b></p><p>　　二、激光切割、劃片與刻字 </p><p>　　在造船、汽車制造等工業(yè)中,常使用百瓦至萬瓦級的連續(xù)CO2激光器對大工件進(jìn)行切割,既能保證精確的空間曲線形狀,又有較高的加工效率。對小工件的切割常用中、小功率固體激光器或CO2激光器。在微電子學(xué)中，常用激光切劃硅片或切窄縫，速度快、熱影響區(qū)小。用激光

38、可對流水線上的工件刻字或打標(biāo)記，并不影響流水線的速度，刻劃出的字符可永久保持。如圖2、2。</p><p><b>　　圖2、2</b></p><p><b>　　三、激光微調(diào) </b></p><p>　　采用中、小功率激光器除去電子元器件上的部分材料，以達(dá)到改變電參數(shù)（如電阻值、電容量和諧振頻率等）的目的。激光微調(diào)精

39、度高、速度快，適于大規(guī)模生產(chǎn)。利用類似原理可以修復(fù)有缺陷的集成電路的掩模，修補(bǔ)集成電路存儲器以提高成品率，還可以對陀螺進(jìn)行精確的動平衡調(diào)節(jié)。如圖2、3。</p><p><b>　　圖2、3 </b></p><p><b>　　四、激光焊接 　</b></p><p>　　激光焊接強(qiáng)度高、熱變形小、密封性好，可以焊接尺寸

40、和性質(zhì)懸殊，以及熔點(diǎn)很高(如陶瓷)和易氧化的材料。激光焊接的心臟起搏器，其密封性好、壽命長，而且體積小。激光熱處理 　用激光照射材料，選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL和控制照射時間、功率密度，可使材料表面熔化和再結(jié)晶，達(dá)到淬火或退火的目的。激光熱處理的優(yōu)點(diǎn)是可以控制熱處理的深度，可以選擇和控制熱處理部位，工件變形小,可處理形狀復(fù)雜的零件和部件,可對盲孔和深孔的內(nèi)壁進(jìn)行處理。例如，氣缸活塞經(jīng)激光熱處理后可延長壽命；用激光熱處理可恢復(fù)離子轟擊所引起損傷的硅材

41、料。如圖2、4。</p><p><b>　　圖2、4</b></p><p><b>　　五、強(qiáng)化處理 </b></p><p>　　激光表面強(qiáng)化技術(shù)基于激光束的高能量密度加熱和工件快速自冷卻兩個過程，在金屬材料激光表面強(qiáng)化中，當(dāng)激光束能量密度處于低端時可用于金屬材料的表面相變強(qiáng)化，當(dāng)激光束能連密度處于高端時，工件表面光

42、斑出相當(dāng)與一個移動的坩堝，可完成一系列的 冶金過程，包括表面重熔、表層增碳、表層合金化和表層熔覆。這些功能在實(shí)際應(yīng)用中引發(fā)的材料替代技術(shù)，將給制造業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　而在刀具材料改性中主要應(yīng)用的是熔化處理，熔化處理是金屬材料表面在激光束照射下成為溶化狀態(tài)，同時迅速凝固，產(chǎn)生新的表面層。根據(jù)材料表面組織變化情況，可分為合金化、溶覆、重溶細(xì)化、上釉和表面復(fù)合化等。</p><

43、;p><b>　　六、激光熔凝</b></p><p>　　用適當(dāng)?shù)膮?shù)的激光輻照材料表面，使其表面快速熔融、快速冷凝，獲得較為細(xì)化均質(zhì)的組織和所需性質(zhì)的表面改性技術(shù)。它具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.表面熔化時一般不添加任何金屬元素，熔凝層與材料基體形成冶金結(jié)合。 2.在激光熔凝過程中，可以排除雜質(zhì)和氣體，同時急冷重結(jié)晶獲得的雜志有較高的硬度、耐磨性和抗腐蝕性。 3.其

44、熔層薄、熱作用區(qū)小，對表面粗糙度和工件尺寸影響不大。有時可不再進(jìn)行后續(xù)磨光而直接使用。 4.提高溶質(zhì)原子在基體中固溶度極限，晶粒及第二相質(zhì)點(diǎn)超細(xì)化，形成亞穩(wěn)相可獲得無擴(kuò)散的單一晶體結(jié)構(gòu)甚至非晶態(tài)，從而使生成的新型合金獲得傳統(tǒng)方法得不到的優(yōu)良性能。</p><p><b>　　七、微細(xì)加工 </b></p><p>　　選擇適當(dāng)波長的激光，通過各種優(yōu)化工藝和逼近

45、衍射極限的聚焦系統(tǒng)，獲得高質(zhì)量光束、高穩(wěn)定性、微小尺寸焦斑的輸出。利用其鋒芒尖利的“光刀”特性，進(jìn)行高密微痕的刻制、高密信息的直寫；也可利用其光阱的“力”效應(yīng)，進(jìn)行微小透明球狀物的夾持操作。例如，高精密光柵的刻制；通過CAD/CAM軟件進(jìn)行仿真圖案（或文字）和控制，實(shí)現(xiàn)高保真打標(biāo)；利用光阱的“束縛力”，對生物細(xì)胞執(zhí)行移動操作（生物光鑷）。</p><p><b>　　微細(xì)加工工藝。</b>&

46、lt;/p><p>　　（l）微細(xì)機(jī)械加工工藝</p><p>　　凸形（外）表面的微細(xì)切削大多采用單晶金剛石車刀或銑刀。刀尖半徑約為100μm。單晶金剛石立銑刀的刀頭形狀，當(dāng)?shù)毒呋剞D(zhuǎn)時，金剛石刀片形成一個45°圓錐的切削面。凹形（內(nèi)）表面的微細(xì)切削時，最小的可加工尺寸受刀具尺寸的限制，如鉆孔用麻花鉆可加工小至50μm的孔，更小的孔則無麻花鉆商品，可采用扁鉆。</p>

47、<p>　　微細(xì)加工中俯—個關(guān)鍵問題是刀具安裝后的姿態(tài)及其與主軸軸線的同軸度是否與坐標(biāo)系一致，否則很難保證微小的切除量。為此可在同一臺機(jī)床上制作刀具后進(jìn)行加工，使刀具的制作和微細(xì)加工采用同一工作條件，避免裝夾的誤差。如果在機(jī)床上采用線放電磨削制作銑刀，可以用它銑出50μm寬的槽。</p><p>　?。?）微細(xì)電加工工藝 </p><p>　　微型軸和異形截面桿的加工可采用線放電

48、磨削法（WEDG）加工。它的獨(dú)特的放電回路使放能僅為一般電火花加工的1/100。如需獲得更為光滑的表面，則可以在WEDG加工后，再采用線電化磨削法（WECG），它是用去離子水在低電流下去除極薄的表面層。微細(xì)電火花加工（MEDM）所用的機(jī)床如日本松下電氣產(chǎn)業(yè)公司的MG-ED71，它的定位控制的分辯率為0.1μm，最小加工孔徑達(dá)5μm，表面粗糙度達(dá)0.1μm。加工節(jié)徑300μm、厚100μm的9齒不銹鋼齒輪時，先用φ24μm的電極連續(xù)打孔加

49、工出粗輪廓，再用φ31mm電極按齒形曲線掃描出輪廓，精度達(dá)±3μm。也可用它加工微型階梯軸，最小直徑為30μm，加工的鍵槽截面為10μm×10μm。</p><p>　　加工微小零件的電極應(yīng)在同一臺電加工機(jī)床上制作，否則由于電極的連接和安裝誤差很難加工出小于直徑100μm微型孔。如在微細(xì)電火花機(jī)床上加工電極或超聲加工工具，就可加工出5～10μm微型孔。微細(xì)電加工與微細(xì)機(jī)械加工相比雖材料切除率較

50、低，但加工尺寸能更細(xì)小，孔的長徑比更大可達(dá)5～10，尤其對于微細(xì)的復(fù)雜凹形內(nèi)腔加工更有其優(yōu)越性。</p><p><b>　　激光加工的發(fā)展前景</b></p><p>　　綜合激光技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及以被廣泛應(yīng)用的技術(shù)的缺點(diǎn)，把激光技術(shù)應(yīng)用于刀具材料表面強(qiáng)化處理，將是提高刀具耐磨性及其使用壽命的重要途徑之一，尤其對于陶瓷、硬質(zhì)合金刀具這種高硬度、耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高加

51、工效率和加工精度，并能對難加工材料如淬火鋼在不利的加工條件下進(jìn)行切削加工。由于它們強(qiáng)度相對較低，韌性較差，嚴(yán)重地限制了它們的應(yīng)用范圍，因此把激光表面強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用于陶瓷、硬質(zhì)合金刀具具有深刻的研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　激光加工用于再制造業(yè)和應(yīng)用于其他制造業(yè)一樣，有其不可替代的優(yōu)點(diǎn)，并優(yōu)于其它加工技術(shù)。激光加工用于再制造業(yè)是由相變硬化發(fā)展到激光表面合金化和激光熔覆，由激光合金涂層發(fā)展到復(fù)合涂層及

52、陶瓷涂層，從而使得激光表面加工技術(shù)成為再制造的一項(xiàng)重要手段。它主要是采用5KW~10KWCO2高功率激光器及其系統(tǒng)。 與國際上激光加工系統(tǒng)相比，我國的激光加工系統(tǒng)差距甚大，僅占全球銷售額的4%左右。主要表現(xiàn)為：高檔激光加工系統(tǒng)很少，甚至沒有；主力激光器不過關(guān)；微細(xì)激光加工裝備缺口較大；而這些領(lǐng)域我國的生產(chǎn) 加工企業(yè)正在積蓄力量穩(wěn)步進(jìn)入，國內(nèi)應(yīng)用市場有很大發(fā)展空間。預(yù)測今后2-3年內(nèi)，我國激光加工銷售額將會由2008年的35億人民幣上升翻

53、一倍，也就是說會達(dá)到70億元產(chǎn)值。 國內(nèi)各類制造業(yè)接受了激光加工技術(shù)，它可使他們的產(chǎn)品增加技術(shù)含量，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，為適應(yīng)21世紀(jì)高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、滿足宏觀與微觀制造的需要，研究和開發(fā)高性能光源勢在必行。目前正在積極研制超紫外、超短脈沖、超大功率、高光束質(zhì)量等特征的激光，尤其是能適應(yīng)微制造技術(shù)要求的激光光源更是倍受關(guān)注，并已形成國際性競爭。</p><p><b>　　工業(yè)加工激光器</b>

54、;</p><p>　　目前，用于激光加工的工業(yè)激光器主要有兩大類：固體激光器和氣體激光器。其中，固體激光器以Nd:YAG激光器為代表；而氣體激光器則以CO2激光器為代表。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，目前人們也開始在某些加工應(yīng)用場合使用大功率光纖激光器和大功率半導(dǎo)體激光器。</p><p>　　（1)Nd:YAG激光器</p><p>　　Nd:YAG激光器的激光工作物質(zhì)為

55、固態(tài)的Nd:YAG棒，其激光波長為1.06μm。由于該種激光器的激光轉(zhuǎn)換效率較低，同時受到Y(jié)AG棒體積和導(dǎo)熱率的限制，其激光輸出平均功率不高。但由于Nd:YAG激光器可以通過Q開關(guān)壓縮激光輸出的脈沖寬度，在以脈沖方式工作時可獲得很高的峰值功率（108W），適用于需要高峰值功率的激光加工應(yīng)用；其另一大優(yōu)點(diǎn)是可以通過光纖傳輸，避免了復(fù)雜傳輸光路的設(shè)計(jì)制作，在三維加工中非常有用。此外，還可以通過三倍頻技術(shù)將激光波長轉(zhuǎn)換為355nm（紫外），在

56、激光立體造形技術(shù)中得到應(yīng)用。</p><p><b>　?。?)CO2激光器</b></p><p>　　CO2激光器的激光工作物質(zhì)為CO2混合氣體，其主要應(yīng)用的激光波長為10.6μm。由于該種激光器的激光轉(zhuǎn)換效率較高，同時激光器工作產(chǎn)生的熱量可以通過對流或擴(kuò)散迅速傳遞到激光增益區(qū)之外，其激光輸出平均功率可以做到很高的水平（萬瓦以上），滿足大功率激光加工的要求。<

57、;/p><p>　　國內(nèi)外用于激光加工的大功率CO2激光器，主要是橫流、軸流激光器。①橫流激光器：橫流激光器的光束質(zhì)量不太好，為多模輸出，主要用于熱處理和焊接。我國目前已能生產(chǎn)各種大功率橫流CO2激光器系列，可滿足了國內(nèi)激光熱處理和焊接的需求。②軸流激光器：軸流激光器的光束質(zhì)量較好，為基?；驕?zhǔn)基模輸出，主要用于激光切割和焊接，我國激光切割設(shè)備市場主要由國外軸流激光器所占領(lǐng)。盡管國內(nèi)激光器廠商在國外軸流激光器上做了許多

58、工作，但由于主要配件還需進(jìn)口，產(chǎn)品價格難以大幅度下降，普及率低。</p><p>　　武漢博萊科技發(fā)展有限公司研制了一種旋流CO2激光器，如圖1所示，以新型的旋轉(zhuǎn)氣體流動方式，使旋流CO2激光器同時具有了軸流CO2激光器光束質(zhì)量好和橫流CO2激光器造價低、體積小的優(yōu)點(diǎn)。該種工業(yè)加工激光器的推廣應(yīng)用，將對我國激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和普及起到積極的促進(jìn)作用</p><p><b>　　模

59、具制造</b></p><p>　　4.1模具的激光疊加制造</p><p>　　1982年，日本東京大學(xué)的中川教授等人提出用薄片疊加法制造拉伸模，1985年，美國加州某公司推出了模具的激光疊加制造法，并獲得專利，其工藝流程見圖4、1，原理為將激光切割的多層薄板疊加，并使其形狀逐漸發(fā)生變化，最終獲得所需的模具立體幾何形狀。日本在沖模的激光疊加制造方面已達(dá)到實(shí)用階段。所制的凸、凹

60、模質(zhì)量高、加工尺寸精度已達(dá)±0.01mm,切割厚度為12mm。經(jīng)激光切割后，在切口表面形成深0.1～0.2mm、硬度為800HV的硬化層，用來沖裁1mm厚的鋼板,單憑自冷硬化層就可沖壓10000件，如在激光切割后再經(jīng)火焰淬火，則可沖壓3～5萬件。由于各薄板間的連接簡單，故用疊加法制作沖模成本可降低一半生產(chǎn)周期大大縮短。用來制造復(fù)合模、落料模和級進(jìn)模等都取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　圖4

61、、1 激光疊加模具制造工藝流程</p><p>　　由模具ＣＡＤ和激光切割相結(jié)合構(gòu)成一個完整的模具ＣＡＤ／ＣＡＭ系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)板料切割的ＦＭＳ，適用于多品種小批量生產(chǎn)。用激光切割的薄板來疊加合成任意三維曲面的制造系統(tǒng)，不僅為在塑性加工和模具領(lǐng)域中實(shí)行ＦＭＳ提供了思路，而且對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具制造，如型孔、中孔體及復(fù)雜的冷卻管道等，也是快速而經(jīng)濟(jì)的制造模具的有效方法，并且能帶動其他技術(shù)如固相擴(kuò)散等的發(fā)展。</p

62、><p><b>　　4.2快速模具制造</b></p><p>　　快速成型制造技術(shù)(ＲＰＭ)是８０年代后期出現(xiàn)的一項(xiàng)制造技術(shù)，目前ＲＰＭ技術(shù)已發(fā)展了十幾種工藝方法?；冢遥校图夹g(shù)快速制造模具的方法多為間接制模法，即利用ＲＰＭ原型間接地翻制模具。</p><p>　　軟質(zhì)簡易模具（如汽車覆蓋件模具）的制作。采用硅橡膠、低熔點(diǎn)合金等將原型準(zhǔn)確復(fù)制成

63、模具，或?qū)υ捅砻嬗媒饘賴娡糠ɑ蛭锢碚舭l(fā)沉積法鍍上一層熔點(diǎn)極低的合金來制作模具。這些簡易模具的壽命為５０～５０００ 件，由于其制造成本低，制作周期短，特別適用于產(chǎn)品試制階段的小批量生產(chǎn)。</p><p>　　鋼質(zhì)模具制作。 ＲＰＭ原型———三維砂輪———整體石墨電極———鋼模，一個中等大小、較為復(fù)雜的電極一般４～８ｈ即可完成。美國福特汽車公司用此技術(shù)制造汽車覆蓋件模具取得了滿意的效果，與傳統(tǒng)機(jī)械加工制作模具相比，

64、快速模具制造省去了耗時、昂貴的ＣＮＣ加工，加工成本及周期大大降低，具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p><b>　　4.3激光成模工藝</b></p><p>　?。?）激光間接成膜工藝</p><p>　?、倭Ⅲw光造形(StereoLithographyApparatus，簡稱SLA)工藝是利用紫外激光束逐層掃描光固化膠的方法形成三維實(shí)體工件

65、的。1986年美國3DSystems公司推出了商品化樣機(jī)SLA-1。SLA工藝的最高加工精度能達(dá)到0.05mm。②薄層疊片制造(LaminatedObjectManufacturing，簡稱LOM)工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等，由美國Helisys公司于1986年研制成功。通過反復(fù)CO2激光器切割和材料粘貼，得到分層制造的實(shí)體工件。LOM工藝的特點(diǎn)是適合制造大型工件，其精度達(dá)到0.1mm。③選擇性激光燒結(jié)(SelectiveLas

66、erSintering，簡稱SLS)工藝是利用粉末狀材料成形的，由美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的于1989年研制成功，通過用高強(qiáng)度的CO2激光器逐層有選擇地掃描燒結(jié)材料粉末而形成三維工件，SLS工藝最大的優(yōu)點(diǎn)在于選材較為廣泛。</p><p>　　上述三種激光快速成形技術(shù)由于發(fā)展時間長，技術(shù)相對比較成熟，在國內(nèi)外都得到了較為廣泛的應(yīng)用。但上述方法形成的三維工件都不能直接作為模具使用，需要進(jìn)行后續(xù)的處理，所以稱之為激

67、光間接成模工藝。主要的處理方法有：①快速成形工件處理后用作模具。LOM制作的紙模經(jīng)表面處理直接代替砂型鑄造木模；或者用LOM制作的紙模具經(jīng)表面處理直接用作低熔點(diǎn)合金鑄模、注塑模；或失蠟鑄造中蠟?zāi)５某尚文！LS制作的工件經(jīng)滲銅后，作為金屬模具使用。②用快速成形件作母模澆注硅橡膠、環(huán)氧樹脂、聚氨脂等材料制作軟模具。③用快速成形件翻制硬模具。一種是直接用LOM制作紙基模具，經(jīng)表面金屬電弧噴鍍和拋光后研成金屬模；另一種是金屬面硬背襯模具。上述

68、硬模具可用于砂型鑄造、消失模的壓型制作、注塑模以及簡易非鋼質(zhì)拉伸模。</p><p>　　用上述激光間接成模工藝制作模具，既避開了復(fù)雜的機(jī)械切削加工，又可以保證模具的精度，還可以大大縮短制模時間、節(jié)省制模費(fèi)用，對于形狀復(fù)雜的精度模具，其優(yōu)點(diǎn)尤為突出。但是，目前還存在著模具壽命相對較短的缺點(diǎn)，所以上述激光間接成形模具較適合于小批量生產(chǎn)。</p><p>　?。?)激光直接成模工藝</p

69、><p>　　選擇性激光熔化(SelectiveLaserMelting，簡稱SLM)技術(shù)是在選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。SLM的特點(diǎn)為：(1)使用高功率密度，小光斑的激光束加工金屬，使得金屬零件具有0.1毫米的尺寸精度；(2)熔化金屬制造出來的零件具有冶金結(jié)合的實(shí)體，相對密度幾乎能達(dá)到100％，大大改善了金屬零件的性能；(3)由于激光光斑直徑很小，因此能以較低的功率熔化高熔點(diǎn)的金屬，使得用單一成

70、分的金屬粉末來制造零件成為可能。</p><p>　　激光多層（或稱三維/立體）熔覆直接快速成形技術(shù)是在快速原型技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合同步送料激光熔覆技術(shù)所發(fā)展起來的一項(xiàng)高新制造技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是計(jì)算機(jī)控制下的三維激光熔覆。由于激光熔覆的快速凝固特征，所制造出的金屬零件具有均勻細(xì)密的枝晶組織和優(yōu)良的質(zhì)量，其密度和性能與常規(guī)金屬零件相當(dāng)。激光多層熔覆發(fā)展出了多種方法，其中最具代表性的是美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室（Sandia

71、NationalLaboratories）研發(fā)的稱作激光工程化凈成形技術(shù)(LaserEngineeredNetShaping，簡稱LENS)的金屬件快速成形技術(shù)。采用該方法已成功制造了不銹鋼，馬氏體時效鋼，鎳基高溫合金，工具鋼，鈦合金，磁性材料以及鎳鋁金屬間化合物工件，零件致密度達(dá)到近乎100%。</p><p>　　選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)和激光工程化凈成形(LENS)技術(shù)由于成形件致密性好，且具有冶金結(jié)合

72、組織及精度高，制成的模具壽命長的特點(diǎn)，已得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的普遍重視，在國外已推出了多種設(shè)備樣機(jī)，有的甚至開始商品化了；而國內(nèi)目前的研究和應(yīng)用還處于起步階段。 </p><p>　　另外，還有一種基于激光精細(xì)切割的金屬零件分層制造技術(shù)（LOM），具有可快速、低成本制造大型、復(fù)雜形狀的模具的特點(diǎn)。日本中川威雄研究室早在80年代就應(yīng)用金屬薄板LOM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了金屬模具的分層快速制造。經(jīng)過發(fā)展，金屬薄板LOM技術(shù)已逐漸

73、應(yīng)用于諸如汽車等大型內(nèi)外飾件模具及具有復(fù)雜流道注塑模的制造。</p><p>　　4.4模具激光熱處理</p><p>　　近年來, 激光熱處理技術(shù)在國內(nèi)外汽車工業(yè)、工模具以及改善金屬材料耐蝕性方面</p><p>　　都得到了較為廣泛的應(yīng)用, 下面是激光熱處理在模具方面的一些應(yīng)用實(shí)例。</p><p><b>　　激光淬火<

74、/b></p><p>　　國內(nèi)用于激光淬火的模具材料有CrWMn、Cr12MoV、Cr12、9CrSi、3Cr2W8V、T10A、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V等, 這些鋼種經(jīng)激光淬火后的組織性能較常規(guī)熱處理普遍改善。例如, CrWMn鋼加熱時易在奧氏體晶界上形成網(wǎng)狀的二次碳化物, 顯著增加工件脆性, 降低沖擊韌性, 耐磨性也不能滿足工模具日益提高的技術(shù)要求, 特別是刃口或關(guān)鍵服役部位。采用激光淬火

75、可獲得細(xì)馬氏體和彌散分布的碳化物顆粒, 清除網(wǎng)狀。在淬火回火態(tài)下激光淬火可獲得最大硬化層深度以及最高硬度1017.2HV。Cr12MoV鋼激光淬火后的硬度、抗塑性變形和抗粘磨損能力均較常規(guī)熱處理有所提高。W6Mo5Cr4V2及W18Cr4V高速鋼激光淬火后具有較常規(guī)淬火更高的硬度, 中溫回火可以進(jìn)一步提高激光硬化層的硬度, 這是由于激光超快速加熱時固溶了更多的碳及合金元素所致。</p><p>　　(2) 激光熔

76、凝硬化</p><p>　　用高能激光照射工件表面, 被照射區(qū)將以極高的速率熔化, 一旦光源消除, 熔區(qū)依靠金屬基體自身冷卻, 冷卻速度極快。5CrNiMo滲硼層在激光熔凝處理后, 與原始滲硼層相比, 強(qiáng)化層深度增加, 強(qiáng)化層硬度趨于平緩,滲硼層的脆性得以改善。</p><p><b>　　(3)激光合金化</b></p><p>　　對T10

77、A以W、Ti 為合金元素的激光表面合金化, 合金化層組織為以馬氏體為基體的胞狀樹枝晶, 以Ni、Cr為合金元素時, 合金化層組織為以奧氏體為基體的胞狀樹枝晶, 以Ti 作為激光表面合金化元素時, 具有組織變質(zhì)作用, 能使合金化層的網(wǎng)狀碳化物變?yōu)閿嗬m(xù)網(wǎng)狀或離散分布的碳化物。T10A以Cr為激光表面合金化元素時, 合金化層硬度可達(dá)900~ 1000HV。</p><p>　　CrWMn復(fù)合粉末激光合金化, 可獲得綜合

78、技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良的合金層, 經(jīng)測定, 體積磨損量為淬火CrWMn的1/ 10, 壽命提高14倍。</p><p>　　M2高速鋼激光表面鈷合金化后, 表面層Co含量可達(dá)2%~ 5%, 合金化層中Co含量的變化受激光工藝參數(shù)和預(yù)沉積Co厚度控制, 合金化層硬度可達(dá)700~800HV, 再經(jīng)過熱處理后硬度可達(dá)1150HV, 明顯高于M2高速鋼基體。</p><p>　　日本利用激光對高速鋼刀具的刃

79、部進(jìn)行WC合金化, 刀具壽命提高2~3倍。</p><p><b>　?。?） 激光熔覆</b></p><p>　　在有送粉器的2kWCO2 激光器上, 對4Cr5MoV1Si 基體表面熔覆一層由Ni 基高溫合金和WC+W2C粒子組成的高溫耐磨合金粉末, 激光熔覆工藝參數(shù)為: 激光功率P=1500W, 送粉量為10g/ min, 試件運(yùn)行速度v=2~ 3mm/ s,

80、 可獲得多道搭接的大面積高溫耐磨合金。該工藝應(yīng)用于軋鋼機(jī)導(dǎo)向板效果顯著, 經(jīng)生產(chǎn)檢驗(yàn), 激光熔覆導(dǎo)向板的壽命較4Cr5MoV1Si 鋼導(dǎo)向板提高4倍以上。另外采用激光熔覆方法還可以將失效的導(dǎo)向板重新熔覆繼續(xù)使用。</p><p>　　對高壓均質(zhì)機(jī)關(guān)鍵耐磨零件——柱塞( Y4模具鋼) 表面進(jìn)行激光熔覆Stellite硬面合金, 并與Y4模具鋼柱塞在相同條件作對比試驗(yàn), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)柱塞經(jīng)激光熔覆Stellite硬面合金

81、后, 平均壽命提高1~ 2倍。美國應(yīng)用激光熔化、粒子注入技術(shù)在4340工具鋼表面注入WC、TiC粒子, 在AISIT2和M2工具鋼表面注入六方BN均有效地改善了耐磨性能。</p><p><b>　　模具表面強(qiáng)化與修復(fù)</b></p><p>　　為提高模具的使用壽命，常常需對模具表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。常用的模具表面強(qiáng)化處理工藝有化學(xué)處理（如滲碳、碳氮共滲等）、表層復(fù)合處

82、理（如堆焊、熱噴涂、電火花表面強(qiáng)化、ＰＶＤ和ＣＶＤ等以及表面加工強(qiáng)化處理（如噴丸等）。這些方法大多工藝較為復(fù)雜，處理周期較長，且處理后存在較大的變形。采用激光技術(shù)來強(qiáng)化和修復(fù)模具，具有柔性大，表面硬度高，工藝周期短，工作環(huán)境潔凈等優(yōu)點(diǎn)，因此具有很強(qiáng)的生命力。</p><p><b>　　5.1激光相變硬化</b></p><p>　　激光相變硬化（激光淬火）是利用激光

83、輻照到金屬表面，使其表面以很高的升溫速度達(dá)到相變溫度（但低于熔化溫度）而形成奧氏體，當(dāng)激光束離開后，利用金屬表面本身熱傳導(dǎo)而發(fā)生自淬火，使金屬表面發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，形成硬度高、抗磨損的表層，從而使金屬表面得到強(qiáng)化。所用設(shè)備為三軸聯(lián)動的數(shù)控激光加工機(jī)。</p><p>　　影響激光強(qiáng)化的主要因素有激光功率、光斑尺寸和掃描速度。在強(qiáng)化過程中要對這些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對具體材料選擇合適的激光處理參數(shù)。對于ＣｒＷＭｎ、Ｃｒ１

84、２ＭｏＶ、Ｃｒ１２、Ｔ１０Ａ及Ｃｒ－Ｍｏ鑄鐵等的常用模具材料，在激光處理后，其組織性能較常規(guī)熱處理普遍改善。例如，ＣｒＷＭｎ鋼在常規(guī)加熱時易在奧氏體晶界上形成網(wǎng)狀的二次碳化物，顯著增加工件脆性，降低沖擊韌性，使用在模具刃口或關(guān)鍵部位壽命較低。采用激光淬火后可獲得細(xì)馬氏體和彌散分布的碳化物顆粒，清除網(wǎng)狀，并獲得最大硬化層深度以及最大硬度１０１７．２ＨＶ。Ｃｒ１２ＭｏＶ鋼激光淬火后的硬度、抗塑性變形和抗粘磨損能力均較常規(guī)熱處理有所提高。對Ｔ

85、８Ａ鋼制造的凸模和Ｃｒ１２Ｍｏ鋼制造的凹模，激光硬化深０．１２ｍｍ，硬度１２００ＨＶ，壽命提高４～６倍，既由沖壓２萬件提高到１０～１４萬件。對于Ｔ１０鋼，激光淬火后可獲得硬度１０２４ＨＶ、深０．５５ｍｍ的硬化層；對于Ｃｒ１２，激光淬火后可獲得硬度１０００ＨＶ、深０．４ｍｍ的硬化層，使用壽命均得到了較大的提高。</p><p><b>　　5.2激光涂覆</b></p><

86、p>　　激光涂覆是用激光在基體表面覆蓋一層薄的具有一定性能的涂覆材料，這類材料可以是金屬或合金，也可以是非金屬，還可以是化合物及其混合物。在涂覆過程中，涂覆層在激光作用下與基體表面通過熔合迅速結(jié)合在一起。它與激光合金化的主要區(qū)別在于經(jīng)激光作用后涂層的化學(xué)成分基本上不變化，基體的成分基本上不進(jìn)入涂層內(nèi)。激光涂覆工藝實(shí)用的材料范圍很廣，正在研究的母體材料有低碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鎳鉻鈦耐熱合金等，研究的添加材料有鈷基合金、鐵基合金和鎳基

87、合金等。</p><p>　　采用激光技術(shù)在有送粉器的2KW CO?激光器上，對4Cr5MoV1Si鋼基體表面涂覆一層由鎳基高溫合金和WC+W?C粒子組成的高溫耐磨合金粉末，在激光功率P=1500W，送粉量為10g/min，工件移動速度為2～3mm/s條件下，獲得多道搭接的大面積高溫耐磨合金。在試驗(yàn)溫度為600℃時，硬度為550～580HV0.2；在溫度為950℃時，硬度為100～200HV0.2?？梢娫?000

88、℃左右高溫下，涂覆層仍有很高的強(qiáng)硬性，是較理想的高溫模具耐磨合金。另外，采用激光涂覆方法來修復(fù)已磨損的沖模及拉伸模等，可大大延長模具的使用壽命，降低模具的使用成本。</p><p><b>　　5.3激光堆焊</b></p><p>　　對于一些汽車覆蓋件沖裁修邊模具，為提高使用壽命，節(jié)省優(yōu)質(zhì)模具材料，刃口往往采用在較差的基體材料上堆焊一層性能優(yōu)異的合金。過去，堆焊大

89、多采用人工氧—乙炔火焰堆焊法，這種方法雖然設(shè)備費(fèi)用低，但功率密度不高（102 ～103W/cm2），且難以進(jìn)行精確控制，因而堆焊質(zhì)量和生產(chǎn)率都較低。70年代以來，開發(fā)成功了等離子粉末堆焊技術(shù)，由于其具有較高的功率密度且控制性能也較好，因而得到了廣泛的應(yīng)用。但等離子堆焊存在著電極壽命短、堆焊層母材稀釋率較高等問題。80年代以來出現(xiàn)的激光堆焊法與使用同一材料的氧—乙炔火焰堆焊法相比，激光堆焊層組織細(xì)微、致密，不良品率僅為前者的1/10。激光

90、堆焊的速度快，生產(chǎn)率比氧—乙炔火焰堆焊高1.75倍，而堆焊的材料使用量僅為其1/2。而且激光堆焊層的室溫硬度比氧—乙炔火焰堆焊的高50HV左右。激光堆焊質(zhì)量與激光的光束模式、功率及堆焊速度等因素有關(guān)。</p><p><b>　　5.4模具激光清洗</b></p><p>　　應(yīng)用高能激光脈沖去除模具在使用過程中產(chǎn)生的表面污物是激光技術(shù)在模具行業(yè)中的又一用途。其清洗機(jī)

91、理有兩個：一是直接利用激光加熱污物，使之氣化揮發(fā)、或瞬間受熱膨脹并被蒸汽帶離模具基體表面；還有就是在高能量密度、高頻率的脈沖激光作用下，污物層內(nèi)產(chǎn)生分裂應(yīng)力，而與模具基體脫離。與傳統(tǒng)的噴沙清洗方法相比，激光清洗具有清洗速度快、不損傷模具表面、在線清洗(可節(jié)約大量拆卸、安裝、調(diào)試時間)的優(yōu)點(diǎn)。目前，德國JET激光系統(tǒng)公司生產(chǎn)的激光清洗設(shè)備相對較為先進(jìn)。</p><p>　　激光加工替代模具沖壓加工</p>

92、;<p>　　6.1激光切割替代薄板件的沖裁模</p><p>　　激光切割替代鈑金件及汽車車身制造中的沖裁修邊模大有可為。三維激光切割技術(shù)，由于其本身具有加工靈活和保證質(zhì)量的特性，在80年代就開始在汽車車身制造中應(yīng)用。切割時只需用平直的支撐塊來支撐工件，因此夾具的制作不僅成本低而且快速。由于與CAD/CAM技術(shù)相結(jié)合，切割過程易于控制，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)和并行加工，從而實(shí)現(xiàn)高效率的切割生產(chǎn)。</

93、p><p>　　切割板材所使用的激光器主要有兩大類，即CO2激光器和Nd：YAG激光器，功率為100～1500W，因?yàn)楣β市∮?500W的激光器其振動模式為單模，切縫寬度為0.1～0.2mm，切割面也很整潔，而輸出功率大于1500W時激光器的振動模式為多模，割縫寬度近1mm，切割面質(zhì)量較差。因Nd：YAG的激光可通過光導(dǎo)纖維輸送，比較靈活方便，適用于機(jī)器人手執(zhí)激光噴嘴配程序控制進(jìn)行精確操作，因此在三維切割時大多采用。

94、影響激光切割工件質(zhì)量的主要因素有切割速度、焦點(diǎn)位置、輔助氣體壓力、激光輸出功率及模式。</p><p>　　美國福特和通用汽車公司以及日本的豐田、日產(chǎn)等汽車公司，在汽車生產(chǎn)線上普遍采用激光切割技術(shù)，它不必采用各種規(guī)格的金屬模具，除了快速方便地切割各種不同形狀的坯料外，還用來大量切割加工因規(guī)格不同需要更改的零件安裝孔位置，如汽車標(biāo)志燈、車架、車身兩側(cè)裝飾線等。通用汽車公司生產(chǎn)的卡車僅車門就有直徑為¢2.8

95、～¢39mm的20種孔,公司采用Rofin-Sinar的500W激光器通過光纖連接到裝在機(jī)械手的焊頭上，用以切割這些孔，1min就完成一扇門開孔的加工，孔邊緣光滑，背面平整。¢2.8mm孔的公差為0.03～0.08mm，¢12mm孔的公差為-0.25mm～+0.03mm。該公司生產(chǎn)的卡車和客車有89種孔徑和孔位配置不同的底盤，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，現(xiàn)在只需要沖壓5種不同的底盤，然后再由激光切割出配置不同的孔，簡化了

96、工藝，提高了效率，降低了成本。</p><p>　　我國自然科學(xué)基金委在1997年把大功率CO2及YAG激光三維焊接和切割理論與技術(shù)作為重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行資助，國家產(chǎn)學(xué)研激光技術(shù)中心的課題組成員對此進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，為在我國汽車車身制造業(yè)中應(yīng)用三維激光立體加工技術(shù)做出了很大貢獻(xiàn)。該中心為一汽轎車公司、寶山鋼鐵公司等國有大型企業(yè)的技術(shù)改造開展了重大工程項(xiàng)目攻關(guān)，其中開發(fā)紅旗加長型轎車覆蓋件的三維激光制造工藝技術(shù)，在我國轎

97、車生產(chǎn)中是首次采用。在汽車用薄厚鋼板激光大拼板拼接工藝試驗(yàn)研究中首次采用了激光切割替代精裁工藝技術(shù)，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。三維激光切割在車身裝配后的加工也十分有用，例如開行李架固定孔、頂蓋滑軌孔、天線安裝孔、修改車輪擋泥板形狀等。在新車試制中用于切割輪廓和修正，既縮短了試制周期又節(jié)省了模具，充分體現(xiàn)出采用激光切割加工的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　6.2激光打標(biāo)替代沖模打標(biāo)</p><p&g

98、t;　　企業(yè)在其生產(chǎn)的零部件上常常需要打上企業(yè)自己的標(biāo)志或特定的符號與數(shù)字，以往的方法是使用沖模打標(biāo)或用鑄模成型，打標(biāo)質(zhì)量不高。采用數(shù)控激光機(jī)打標(biāo)不僅速度快，而且克服了沖模打標(biāo)中常見的毛邊、尖銳的邊緣和畸變。由于采用計(jì)算機(jī)控制，因此可以打出任意復(fù)雜的圖案，省去了模具設(shè)計(jì)、制造及調(diào)試等環(huán)節(jié)，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)制造周期，同時也降低了成本。因激光打標(biāo)機(jī)所需功率小，成本低，打出的標(biāo)記美觀、漂亮，現(xiàn)已為大多數(shù)企業(yè)所采用。</p>

99、<p>　　6.3激光成形替代彎曲模成形</p><p>　　金屬板料的激光成形技術(shù)是一種利用聚焦光束以一定的速度掃描金屬板料表面 掃描速度應(yīng)足夠快以防止表面熔化，使熱作用區(qū)內(nèi)的材料產(chǎn)生明顯的溫度梯度，導(dǎo)致非均勻分布的熱應(yīng)力，從而使板料塑性變形的方法。與常規(guī)成形方法相比，激光成形具有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）屬于無模成形，生產(chǎn)周期短，柔性大，可不受加工環(huán)境限制，通過優(yōu)化激光加工工藝參數(shù)，精確控制熱作用區(qū)域以及熱應(yīng)

100、力的分布，將板料無模成形；（2）因其是一種僅靠熱應(yīng)力而不用模具使板料變形的塑性加工方法，因此屬無外力成形；（3）為非接觸式成形，所以不存在模具制作、磨損和潤滑等問題，也不存在貼模、回彈現(xiàn)象，成形精度高；（4）可使板料通過復(fù)合成形得到形狀復(fù)雜的異形件（如球形件、錐形件和拋物形件等）。</p><p>　　激光成形機(jī)理的實(shí)質(zhì)就是彎曲機(jī)理。當(dāng)激光加熱板料時，一方面在激光作用區(qū)及其周圍產(chǎn)生熱應(yīng)力，同時降低了被加熱區(qū)域板料

101、的屈服極根，從而使熱應(yīng)力作用區(qū)的熱態(tài)材料產(chǎn)生非均勻的塑性變形，實(shí)現(xiàn)板料的彎曲成形。試驗(yàn)表明，激光每掃描一道次，金屬板料可彎曲1度～5度不同的掃描軌跡和工藝參數(shù)組合能夠產(chǎn)生不同的成形效果和不同程度的變形量，即可得到各種復(fù)雜形狀的工件。圖2表示在工藝參數(shù)為激光速功率1.5kw，激光束直徑5.4mm，材料SUS304，厚1mm，碳涂覆面的條件下，激光掃面速度與材料彎曲角之間的變化關(guān)系。</p><p>　　現(xiàn)在世界上許

102、多國家都投入較大的人力、物力對激光成形技術(shù)進(jìn)行專項(xiàng)研究，在某些領(lǐng)域現(xiàn)已開始了初步的工業(yè)應(yīng)用。波蘭基礎(chǔ)技術(shù)研究所的HFrackiew icz教授利用激光成形先后制造出了筒形件、球形件、波紋管和金屬管的擴(kuò)口縮口、彎曲成形等；德國學(xué)者M(jìn) Geiger 等將激光成形與其他加工工序復(fù)合運(yùn)用于汽車制造業(yè)，進(jìn)行了汽車覆蓋件的柔性校平和其他成形件的成形，而且對彎曲成形過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制，提高了成形精度。德國Trumpf公司于1997年開發(fā)了商品化激

103、光成形多用機(jī)床Trumatic L3030。相信隨著研究的不斷深入以及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，激光成形技術(shù)將逐趨成熟，進(jìn)入實(shí)用化階段。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　由此可見，激光加工技術(shù)作為一種先進(jìn)的加工工藝，在國外各行業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用，我國機(jī)械行業(yè)也將其作為十大技術(shù)之一。國家自然科學(xué)基金委也把激光加工工藝和激光加工設(shè)備的研究作為重

104、點(diǎn)研究項(xiàng)目進(jìn)行資助，并明確指出其主要應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)該在汽車制造業(yè)等領(lǐng)域。激光的空間控制性和時間控制性很好，對加工對象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，特別適用于自動化加工。激光加工系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動化加工設(shè)備，已成為企業(yè)實(shí)行適時生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。模具作為一種工具，其生產(chǎn)周期、質(zhì)量和成本直接影響產(chǎn)品的制造過程和銷售。而激光作為一種萬能加工工具，在減少模具制造裝備，縮

105、短模具制造周期，降低制造成本和保證模具質(zhì)量等方面具有很大的優(yōu)勢。如何在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用激光加工技術(shù)來優(yōu)化模具制造工藝，對傳統(tǒng)的模具制造工藝進(jìn)行改進(jìn)和組合，還需要我們做出不斷的努力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 平雪良. 熔覆硬面合金層改性研究金屬熱處理[J],沈陽 機(jī)械工程學(xué)報,1998.</p><p&