激光技术的发展与应用论文选题背景

激光技术的发展与应用论文选题背景

半导体激光器（激光二极管）的工作原理

《模具工业》 No 4 总 242 40激 光 加 工 技 术 在 模 具 制 造 中 的 应 用江苏理工大学(江苏镇江 212013) 张 莹 周建忠 戴亚春[摘要]随着激光加工技术的日趋成熟和工业用大功率激光设备价格的逐渐下降 ，给产品和模具的制造工艺带来了新的变革 ，在模具制造、 模具表面强化与维修、 取代模具等 3个方面 ，就激光优化模具制造工艺作了较为详细的分析和探讨。关键词 模具 激光 工艺优化[ Abstract ]Wi t h t he mat uri ng of t he las e r p r oces si ng t echnology and t he dec r easi ng of p rice of t hei ndus t rial la r ge - p owe r las e r e quipme nt ， a new i nnovat ion was br ought t o t he manuf act uri ngt echnology of t he p r oduct s and t he dies and moulds A r elat ively de t ailed analysis and dis cus sionwas made on t he las e r op t imized manuf act uri ng p r oces s f or dies and moulds f r om t hr e e asp ect s ofmanuf act uri ng ， s urf ace r ei nf orceme nt and mai nt e nance ， and s ubs t i t ut ive dies or moulds Key words die and mould ， las e r ， t echnological p r oces s op t imizat ion1 引 言激烈的市场竞争使制造企业对快速响应市场需求和一次制造成功等要求日益迫切。而在常规制造系统中 ， 产品生产所需大量模具的设计、制造和装配调试不仅耗费大量资金 ， 更严重的是延长了产品生产的准备时间 ， 从而延长了新产品开发周期 ，形成制造过程中的瓶颈。因此 ， 如何快速有效地制造出高质量、低成本的模具及产品 ， 就成为人们不断探索的课题。随着激光加工技术的日趋成熟和工业用大功率激光器设备价格的下降 ， 给产品和模具制造工艺带来了重大变革。本文在模具制造、模具表面强化与维修、取代模具等 3个方面 ， 就激光加工在模具制造中的应用作一些探讨。2 模具制造 1 模具的激光叠加制造1982年 ，日本东京大学的中川教授等人提出用薄片叠加法制造拉伸模 ， 1985年 ， 美国加州某公司推出了模具的激光叠加制造法 ， 并获得专利 ， 其工艺流程见图 1 ，原理为将激光切割的多层薄板叠加 ，并使其形状逐渐发生变化 ， 最终获得所需的模具立体几何形状。日本在冲模的激光叠加制造方面已达到实用阶段 ，所制的凸、 凹模质量高 ，加工尺寸精度— — —— — —— — —— — —— — —— — ——收稿日期:2000年8月10日已达 ± 01mm ，切割厚度为 12mm。 经激光切割后 ，在切口表面形成深 1～ 2mm、 硬度为 800HV 的硬化层 ，用来冲裁 1mm 厚的钢板 ，单凭自冷硬化层就可冲压 10 000 件 ， 如在激光切割后再经火焰淬火 ，则可冲压 3～5万件。 由于各薄板间的连接简单 ，故用叠加法制作冲模 ，成本可降低一半 ，生产周期大大缩短。用来制造复合模、落料模和级进模等都取得了显著的经济效益。图 1 激光叠加模具制造工艺流程由模具 CAD 和激光切割相结合构成一个完整的模具 CAD/ CAM 系统 ，实现板料切割的 FMS ，适用于多品种小批量生产。用激光切割的薄板来叠加合成任意三维曲面的制造系统 ， 不仅为在塑性加工和模具领域中实行 FMS 提供了思路 ， 而且对于内部结构复杂的模具制造 ，如型孔、 中孔体及复杂的冷却管道等 ，也是快速而经济的制造模具的有效方法 ，并且能带动其他技术如固相扩散等的发展。 2 快速模具制造模具 CAD三维设计二维外形NC 程序激光切割去除梯级创层面精加工成形模具装配薄片连结精加工NC 程序模 具 制 造 技 术《模具工业》 No 4 总 242 41快速成型制造技术(RPM)是 80年代后期出现的一项制造技术 ， 目前 RPM 技术已发展了十几种工艺方法。基于 RPM 技术快速制造模具的方法多为间接制模法 ， 即利用 RPM 原型间接地翻制模具。(1) 软质简易模具 (如汽车覆盖件模具) 的制作。采用硅橡胶、低熔点合金等将原型准确复制成模具 ， 或对原型表面用金属喷涂法或物理蒸发沉积法镀上一层熔点极低的合金来制作模具。这些简易模具的寿命为 50～5 000件 ，由于其制造成本低 ，制作周期短 ， 特别适用于产品试制阶段的小批量生产。(2) 钢质模具制作。RPM 原型 — — — 三维砂轮— — — 整体石墨电极 — — — 钢模 ，一个中等大小、 较为复杂的电极一般 4～8h 即可完成。 美国福特汽车公司用此技术制造汽车覆盖件模具取得了满意的效果 ，与传统机械加工制作模具相比 ， 快速模具制造省去了耗时、 昂贵的 CNC加工 ，加工成本及周期大大降低 ，具有广阔的应用前景。3 模具表面强化与修复为提高模具的使用寿命 ， 常常需对模具表面进行强化处理。常用的模具表面强化处理工艺有化学处理 (如渗碳、 碳氮共渗等) 、 表层复合处理 (如堆焊、 热喷涂、 电火花表面强化、 PVD 和 CVD 等) 以及表面加工强化处理(如喷丸等) 。这些方法大多工艺较为复杂 ， 处理周期较长 ， 且处理后存在较大的变形。采用激光技术来强化和修复模具 ， 具有柔性大 ， 表面硬度高 ， 工艺周期短 ， 工作环境洁净等优点 ，因此具有很强的生命力。 1 激光相变硬化激光相变硬化 (激光淬火) 是利用激光辐照到金属表面 ， 使其表面以很高的升温速度达到相变温度 (但低于熔化温度) 而形成奥氏体 ，当激光束离开后 ， 利用金属表面本身热传导而发生自淬火 ， 使金属表面发生马氏体转变 ， 形成硬度高、抗磨损的表层 ， 从而使金属表面得到强化。所用设备为三轴联动的数控激光加工机。影响激光强化的主要因素有激光功率、光斑尺寸和扫描速度。在强化过程中要对这些参数进行优化 ， 并对具体材料选择合适的激光处理参数。对于CrWMn、 Cr12MoV、 Cr12、 T10A 及 Cr-Mo 铸铁等的常用模具材料 ， 在激光处理后 ， 其组织性能较常规热处理普遍改善。 例如 ，CrWMn 钢在常规加热时易在奥氏体晶界上形成网状的二次碳化物 ， 显著增加工件脆性 ，降低冲击韧性 ，使用在模具刃口或关键部位寿命较低。采用激光淬火后可获得细马氏体和弥散分布的碳化物颗粒 ，清除网状 ，并获得最大硬化层深度以及最大硬度 1 2HV。Cr12MoV 钢激光淬火后的硬度、抗塑性变形和抗粘磨损能力均较常规热处理有所提高。对 T8A 钢制造的凸模和Cr12Mo 钢制造的凹模 ，激光硬化深 12mm ，硬度1 200HV ， 寿命提高 4～6倍 ， 既由冲压 2万件提高到 10～14万件。 对于 T10钢 ，激光淬火后可获得硬度 1 024HV、 深 55mm 的硬化层;对于 Cr12 ，激光淬火后可获得硬度 1 000HV、 深 4mm 的硬化层 ，使用寿命均得到了较大的提高。 2 激光涂覆激光涂覆是用激光在基体表面覆盖一层薄的具有一定性能的涂覆材料 ， 这类材料可以是金属或合金 ，也可以是非金属 ，还可以是化合物及其混合物。在涂覆过程中 ， 涂覆层在激光作用下与基体表面通过熔合迅速结合在一起。它与激光合金化的主要区别在于经激光作用后涂层的化学成分基本上不变化 ， 基体的成分基本上不进入涂层内。激光涂覆工艺实用的材料范围很广 ， 正在研究的母体材料有低碳钢、 合金钢、 铸铁、 镍铬钛耐热合金等 ，研究的添加材料有钴基合金、 铁基合金和镍基合金等。采用激光技术在有送粉器的 2kW CO2 激光器上 ， 对 4Cr5MoV1Si 钢基体表面涂覆一层由镍基高温合金和 WC + W2C 粒子组成的高温耐磨合金粉末 ，在激光功率 P = 1 500W ，送粉量为 10g/ min ，工件移动速度为 2～3mm/ s 条件下 ，获得多道搭接的大面积高温耐磨合金。 在试验温度为 600℃ 时 ，硬度为 550～580HV0 2 ; 在温度为 950℃时 ， 硬度为100～200HV0 2。 可见在 1 000℃ 左右高温下 ，涂覆层仍有很高的强硬性 ， 是较理想的高温模具耐磨合金。另外 ， 采用激光涂覆方法来修复已磨损的冲模及拉伸模等 ，可大大延长模具的使用寿命 ，降低模具的使用成本。 3 激光堆焊对于一些汽车覆盖件冲裁修边模具 ， 为提高使用寿命 ，节省优质模具材料 ，刃口往往采用在较差的基体材料上堆焊一层性能优异的合金。 过去 ，堆焊大多采用人工氧 — 乙炔火焰堆焊法 ，这种方法虽然设备《模具工业》 No 4 总 242 42费用低 ，但功率密度不高(102～103W/ cm 2) ，且难以进行精确控制 ， 因而堆焊质量和生产率都较低。70年代以来 ， 开发成功了等离子粉末堆焊技术 ， 由于其具有较高的功率密度且控制性能也较好 ， 因而得到了广泛的应用。但等离子堆焊存在着电极寿命短、 堆焊层母材稀释率较高等问题。80年代以来出现的激光堆焊法与使用同一材料的氧 —乙炔火焰堆焊法相比 ，激光堆焊层组织细微、 致密 ，不良品率仅为前者的 1/ 10。激光堆焊的速度快 ，生产率比氧— 乙炔火焰堆焊高 75倍 ， 而堆焊的材料使用量仅为其 1/ 2。而且激光堆焊层的室温硬度比氧 — 乙炔火焰堆焊的高 50HV 左右。 激光堆焊质量与激光的光束模式、 功率及堆焊速度等因素有关。4 激光加工替代模具冲压加工 1 激光切割替代薄板件的冲裁模激光切割替代钣金件及汽车车身制造中的冲裁修边模大有可为。三维激光切割技术 ， 由于其本身具有加工灵活和保证质量的特性 ， 在 80 年代就开始在汽车车身制造中应用。切割时只需用平直的支撑块来支撑工件 ， 因此夹具的制作不仅成本低而且快速。由于与 CAD/ CAM 技术相结合 ，切割过程易于控制 ， 可实现连续生产和并行加工 ， 从而实现高效率的切割生产。切割板材所使用的激光器主要有两大类 ， 即CO2 激光器和 Nd : YA G激光器 ，功率为 100～1 500W ， 因为功率小于 1 500W 的激光器其振动模式为单模 ， 切缝宽度为 1～ 2mm ， 切割面也很整洁 ，而输出功率大于 1 500W 时激光器的振动模式为多模 ， 割缝宽度近 1mm ， 切割面质量较差。因 Nd :YA G的激光可通过光导纤维输送 ， 比较灵活方便 ，适用于机器人手执激光喷嘴配程序控制进行精确操作 ， 因此在三维切割时大多采用。影响激光切割工件质量的主要因素有切割速度、焦点位置、辅助气体压力、 激光输出功率及模式。美国福特和通用汽车公司以及日本的丰田、日产等汽车公司 ， 在汽车生产线上普遍采用激光切割技术 ， 它不必采用各种规格的金属模具 ， 除了快速方便地切割各种不同形状的坯料外 ， 还用来大量切割加工因规格不同需要更改的零件安装孔位置 ， 如汽车标志灯、 车架、 车身两侧装饰线等。通用汽车公司生产的卡车仅车门就有直径为 < 8～<39mm 的20种孔 ， 公司采用 Rofin- Sinar 的 500W 激光器通过光纤连接到装在机械手的焊头上 ， 用以切割这些孔 ，1min 就完成一扇门开孔的加工 ，孔边缘光滑 ，背面平整 。< 8mm 孔的公差为 03～ 08mm ，<12mm 孔的公差为 - 25mm～ + 03mm。该公司生产的卡车和客车有 89 种孔径和孔位配置不同的底盘 ，经过优化设计 ，现在只需要冲压 5种不同的底盘 ，然后再由激光切割出配置不同的孔 ，简化了工艺 ，提高了效率 ，降低了成本。我国自然科学基金委在 1997 年把大功率 CO2及 YA G激光三维焊接和切割理论与技术作为重点项目进行资助 ， 国家产学研激光技术中心的课题组成员对此进行了系统的研究 ， 为在我国汽车车身制造业中应用三维激光立体加工技术做出了很大贡献。该中心为一汽轿车公司、宝山钢铁公司等国有大型企业的技术改造开展了重大工程项目攻关 ， 其中开发红旗加长型轿车覆盖件的三维激光制造工艺技术 ， 在我国轿车生产中是首次采用。在汽车用薄厚钢板激光大拼板拼接工艺试验研究中首次采用了激光切割替代精裁工艺技术 ， 取得了较好的技术经济效果。三维激光切割在车身装配后的加工也十分有用 ，例如开行李架固定孔、 顶盖滑轨孔、 天线安装孔、修改车轮挡泥板形状等。在新车试制中用于切割轮廓和修正 ，既缩短了试制周期又节省了模具 ，充分体现出采用激光切割加工的优点。 2 激光打标替代冲模打标企业在其生产的零部件上常常需要打上企业自己的标志或特定的符号与数字 ， 以往的方法是使用冲模打标或用铸模成型 ， 打标质量不高。采用数控激光机打标不仅速度快 ， 而且克服了冲模打标中常见的毛边、尖锐的边缘和畸变。由于采用计算机控制 ， 因此可以打出任意复杂的图案 ， 省去了模具设计、 制造及调试等环节 ，大大缩短了产品的开发制造周期 ， 同时也降低了成本。因激光打标机所需功率小 ，成本低 ，打出的标记美观、 漂亮 ，现已为大多数企业所采用。 3 激光成形替代弯曲模成形金属板料的激光成形技术是一种利用聚焦光束以一定的速度扫描金属板料表面 (扫描速度应足够快以防止表面熔化) ，使热作用区内的材料产生明显的温度梯度 ，导致非均匀分布的热应力 ，从而使板料塑性变形的方法。与常规成形方法相比 ， 激光成形《模具工业》 No 4 总 242 43具有许多优点: ① 属于无模成形 ，生产周期短 ，柔性大 ， 可不受加工环境限制 ， 通过优化激光加工工艺参数 ， 精确控制热作用区域以及热应力的分布 ， 将板料无模成形; ② 因其是一种仅靠热应力而不用模具使板料变形的塑性加工方法 ， 因此属无外力成形; ③ 为非接触式成形 ，所以不存在模具制作、 磨损和润滑等问题 ，也不存在贴模、 回弹现象 ，成形精度高; ④ 可使板料通过复合成形得到形状复杂的异形件(如球形件、 锥形件和抛物形件等) 。激光成形机理的实质就是弯曲机理。当激光加热板料时 ， 一方面在激光作用区及其周围产生热应力 ， 同时降低了被加热区域板料的屈服极根 ， 从而使热应力作用区的热态材料产生非均匀的塑性变形 ，实现板料的弯曲成形。试验表明 ，激光每扫描一道次 ，金属板料可弯曲 1° ～5° ，不同的扫描轨迹和工艺参数组合能够产生不同的成形效果和不同程度的变形量 ， 即可得到各种复杂形状的工件。图 2表示在工艺参数为激光速功率 5kW ， 激光束直径 4mm ， 材料 SUS304 ， 厚 1mm ， 碳涂覆面的条件下 ，激光扫面速度与材料弯曲角之间的变化关系。图 2 激光扫描速度对弯曲角的影响现在世界上许多国家都投入较大的人力、物力对激光成形技术进行专项研究 ， 在某些领域现已开始了初步的工业应用。波兰基础技术研究所的HFrackiewicz 教授利用激光成形先后制造出了筒形件、 球形件、 波纹管和金属管的扩口缩口、 弯曲成形等;德国学者 MGeiger 等将激光成形与其他加工工序复合运用于汽车制造业 ， 进行了汽车覆盖件的柔性校平和其他成形件的成形 ， 而且对弯曲成形过程进行计算机闭环控制 ， 提高了成形精度。德国Trumpf 公司于 1997 年开发了商品化激光成形多用机床 Trumat ic L 3030。 相信随着研究的不断深入以及其他相关技术的发展 ， 激光成形技术将逐趋成熟 ，进入实用化阶段。5 结束语激光加工技术作为一种先进的加工工艺 ， 在国外各行业已得到了广泛的应用 ，我国机械行业在 “九五”期间也将其作为十大技术之一。国家自然科学基金委也把激光加工工艺和激光加工设备的研究作为重点研究项目进行资助 ， 并明确指出其主要应用领域应该在汽车制造业。模具作为一种工具 ， 其生产周期、质量和成本直接影响产品的制造过程和销售。而激光作为一种万能加工工具 ， 在减少模具制造装备 ，缩短模具制造周期 ，降低制造成本和保证模具质量等方面具有很大的优势。如何在实际生产中应用激光加工技术来优化模具制造工艺 ， 对传统的模具制造工艺进行改进和组合 ， 需要我们做出不断的努力。参 考 文 献1 陈大明 ，徐有容 模具钢表面激光熔覆硬面合金层改性研究金属热处理 ，1998 ， (1)2 李懦荀 ，平雪良连续激光强化模具刃口的工艺研究电加工 ，1995 ， (6)3 孙中发 我国激光产业发展对策上海交通大学学报 ，1997 ， (10)4 曹 能 ，冯 梅激光加工技术在汽车工业中的应用 ，宝钢技术 ，1998 ， (3)5 管延锦 ，孙升激光快速成形与制造技术及其在汽车工业中的应用汽车工艺与材料 ，1999 ， (9)6 A Domenico 加工汽车车身部件的三维激光切割技术 机电信息 ，1999 ， (6)7 周建忠 ，袁国定应用激光强化技术提高覆盖件模具寿命模具工业 ，2000 ， (4)8 胡晓峰 基于数控激光切割的快速制模方法研究 江苏理工大学硕士论文 ，9 M Geiger ，F Voll tert Flexible St raightening ofcar Body Shells by laser 10 Bob T Welding Tailorde B Welding Jou-rnal ，1995 ， (8)11 M Geiger Synergy of laser Material Porcessing andMetal F Annals of t he CIRP ，1994 ，43(2)12 H Arnet ，F Vollert Extending Laset bendingfor t he generation of convex Porc Inst M E ，1995 ， (209)13 Trumf Lt The heat is on for laser profiler SheetMetal Indust ries ，1997 ， (1)

爱因斯坦在1930年代描述了原子的受激辐射。在此之后人们很长时间都在猜测，这个现象可否被用来加强光场，因为前提是介质必须存在着群数反转(或译居量反转)population inversion的状态。在一个二级系统中，这是不可能的。人们首先想到用三级系统，而且计算证实了辐射的稳定性。1958年，美国科学家肖洛Schawlow和汤斯Townes发现了一种神奇的现象：当他们将氖光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了"激光原理"，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时，都会产生这种不发散的强光--激光。他们为此发表了重要论文。(1964 Nobel Price of Physics)肖洛和汤斯的研究成果发表之后，各国科学家纷纷提出各种实验方案，但都未获成功。1960年5月16日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为6943微米的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。1960年7月7日，梅曼宣布世界上第一台激光器由诞生，梅曼的方案是，利用一个高强闪光灯管，来刺激红宝石。由于红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉，所以当红宝石受到刺激时，就会发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔，使红光可以从这个孔溢出，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使其达到比太阳表面还高的温度。前苏联科学家尼古拉·巴索夫于1960年发明了半导体激光器。半导体激光器的结构通常由p层、n层和形成双异质结的有源层构成。其特点是：尺寸小，p合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可直接调制，相干性好。在1980年代后期，半导体技术使得更高效而耐用的半导体激光二极管成为可能，这些在小功率的CD和DVD光驱和光纤数据线中得到使用。在1990年代，高功率的激光激发原理得到实现，比如片状激光和纤维激光。后者由于新的加工技术和20kW的高功率不断地被应用到材料加工领域中，从而部分的替代了CO2激光和Nd:YAG-激光。2000年代，激光的非线性得到利用，来制造X射线脉冲（来跟踪原子内部的过程）；另一方面，蓝光和紫外线激光二极管已经开始进入市场。在2009年，中国研制出一种名为氟代硼铍酸钾(KBBF)的晶体，可用于激发深紫外线激光，一旦成功应用，可令每片光盘的容量超过1TB，亦使半导体上可存储的电路密度大幅提高[1]。现在，激光器已成为工业，通讯，科学及电子娱乐中的重要设备。

激光技术与应用论文选题背景

《模具工业》 No 4 总 242 40激 光 加 工 技 术 在 模 具 制 造 中 的 应 用江苏理工大学(江苏镇江 212013) 张 莹 周建忠 戴亚春[摘要]随着激光加工技术的日趋成熟和工业用大功率激光设备价格的逐渐下降 ，给产品和模具的制造工艺带来了新的变革 ，在模具制造、 模具表面强化与维修、 取代模具等 3个方面 ，就激光优化模具制造工艺作了较为详细的分析和探讨。关键词 模具 激光 工艺优化[ Abstract ]Wi t h t he mat uri ng of t he las e r p r oces si ng t echnology and t he dec r easi ng of p rice of t hei ndus t rial la r ge - p owe r las e r e quipme nt ， a new i nnovat ion was br ought t o t he manuf act uri ngt echnology of t he p r oduct s and t he dies and moulds A r elat ively de t ailed analysis and dis cus sionwas made on t he las e r op t imized manuf act uri ng p r oces s f or dies and moulds f r om t hr e e asp ect s ofmanuf act uri ng ， s urf ace r ei nf orceme nt and mai nt e nance ， and s ubs t i t ut ive dies or moulds Key words die and mould ， las e r ， t echnological p r oces s op t imizat ion1 引 言激烈的市场竞争使制造企业对快速响应市场需求和一次制造成功等要求日益迫切。而在常规制造系统中 ， 产品生产所需大量模具的设计、制造和装配调试不仅耗费大量资金 ， 更严重的是延长了产品生产的准备时间 ， 从而延长了新产品开发周期 ，形成制造过程中的瓶颈。因此 ， 如何快速有效地制造出高质量、低成本的模具及产品 ， 就成为人们不断探索的课题。随着激光加工技术的日趋成熟和工业用大功率激光器设备价格的下降 ， 给产品和模具制造工艺带来了重大变革。本文在模具制造、模具表面强化与维修、取代模具等 3个方面 ， 就激光加工在模具制造中的应用作一些探讨。2 模具制造 1 模具的激光叠加制造1982年 ，日本东京大学的中川教授等人提出用薄片叠加法制造拉伸模 ， 1985年 ， 美国加州某公司推出了模具的激光叠加制造法 ， 并获得专利 ， 其工艺流程见图 1 ，原理为将激光切割的多层薄板叠加 ，并使其形状逐渐发生变化 ， 最终获得所需的模具立体几何形状。日本在冲模的激光叠加制造方面已达到实用阶段 ，所制的凸、 凹模质量高 ，加工尺寸精度— — —— — —— — —— — —— — —— — ——收稿日期:2000年8月10日已达 ± 01mm ，切割厚度为 12mm。 经激光切割后 ，在切口表面形成深 1～ 2mm、 硬度为 800HV 的硬化层 ，用来冲裁 1mm 厚的钢板 ，单凭自冷硬化层就可冲压 10 000 件 ， 如在激光切割后再经火焰淬火 ，则可冲压 3～5万件。 由于各薄板间的连接简单 ，故用叠加法制作冲模 ，成本可降低一半 ，生产周期大大缩短。用来制造复合模、落料模和级进模等都取得了显著的经济效益。图 1 激光叠加模具制造工艺流程由模具 CAD 和激光切割相结合构成一个完整的模具 CAD/ CAM 系统 ，实现板料切割的 FMS ，适用于多品种小批量生产。用激光切割的薄板来叠加合成任意三维曲面的制造系统 ， 不仅为在塑性加工和模具领域中实行 FMS 提供了思路 ， 而且对于内部结构复杂的模具制造 ，如型孔、 中孔体及复杂的冷却管道等 ，也是快速而经济的制造模具的有效方法 ，并且能带动其他技术如固相扩散等的发展。 2 快速模具制造模具 CAD三维设计二维外形NC 程序激光切割去除梯级创层面精加工成形模具装配薄片连结精加工NC 程序模 具 制 造 技 术《模具工业》 No 4 总 242 41快速成型制造技术(RPM)是 80年代后期出现的一项制造技术 ， 目前 RPM 技术已发展了十几种工艺方法。基于 RPM 技术快速制造模具的方法多为间接制模法 ， 即利用 RPM 原型间接地翻制模具。(1) 软质简易模具 (如汽车覆盖件模具) 的制作。采用硅橡胶、低熔点合金等将原型准确复制成模具 ， 或对原型表面用金属喷涂法或物理蒸发沉积法镀上一层熔点极低的合金来制作模具。这些简易模具的寿命为 50～5 000件 ，由于其制造成本低 ，制作周期短 ， 特别适用于产品试制阶段的小批量生产。(2) 钢质模具制作。RPM 原型 — — — 三维砂轮— — — 整体石墨电极 — — — 钢模 ，一个中等大小、 较为复杂的电极一般 4～8h 即可完成。 美国福特汽车公司用此技术制造汽车覆盖件模具取得了满意的效果 ，与传统机械加工制作模具相比 ， 快速模具制造省去了耗时、 昂贵的 CNC加工 ，加工成本及周期大大降低 ，具有广阔的应用前景。3 模具表面强化与修复为提高模具的使用寿命 ， 常常需对模具表面进行强化处理。常用的模具表面强化处理工艺有化学处理 (如渗碳、 碳氮共渗等) 、 表层复合处理 (如堆焊、 热喷涂、 电火花表面强化、 PVD 和 CVD 等) 以及表面加工强化处理(如喷丸等) 。这些方法大多工艺较为复杂 ， 处理周期较长 ， 且处理后存在较大的变形。采用激光技术来强化和修复模具 ， 具有柔性大 ， 表面硬度高 ， 工艺周期短 ， 工作环境洁净等优点 ，因此具有很强的生命力。 1 激光相变硬化激光相变硬化 (激光淬火) 是利用激光辐照到金属表面 ， 使其表面以很高的升温速度达到相变温度 (但低于熔化温度) 而形成奥氏体 ，当激光束离开后 ， 利用金属表面本身热传导而发生自淬火 ， 使金属表面发生马氏体转变 ， 形成硬度高、抗磨损的表层 ， 从而使金属表面得到强化。所用设备为三轴联动的数控激光加工机。影响激光强化的主要因素有激光功率、光斑尺寸和扫描速度。在强化过程中要对这些参数进行优化 ， 并对具体材料选择合适的激光处理参数。对于CrWMn、 Cr12MoV、 Cr12、 T10A 及 Cr-Mo 铸铁等的常用模具材料 ， 在激光处理后 ， 其组织性能较常规热处理普遍改善。 例如 ，CrWMn 钢在常规加热时易在奥氏体晶界上形成网状的二次碳化物 ， 显著增加工件脆性 ，降低冲击韧性 ，使用在模具刃口或关键部位寿命较低。采用激光淬火后可获得细马氏体和弥散分布的碳化物颗粒 ，清除网状 ，并获得最大硬化层深度以及最大硬度 1 2HV。Cr12MoV 钢激光淬火后的硬度、抗塑性变形和抗粘磨损能力均较常规热处理有所提高。对 T8A 钢制造的凸模和Cr12Mo 钢制造的凹模 ，激光硬化深 12mm ，硬度1 200HV ， 寿命提高 4～6倍 ， 既由冲压 2万件提高到 10～14万件。 对于 T10钢 ，激光淬火后可获得硬度 1 024HV、 深 55mm 的硬化层;对于 Cr12 ，激光淬火后可获得硬度 1 000HV、 深 4mm 的硬化层 ，使用寿命均得到了较大的提高。 2 激光涂覆激光涂覆是用激光在基体表面覆盖一层薄的具有一定性能的涂覆材料 ， 这类材料可以是金属或合金 ，也可以是非金属 ，还可以是化合物及其混合物。在涂覆过程中 ， 涂覆层在激光作用下与基体表面通过熔合迅速结合在一起。它与激光合金化的主要区别在于经激光作用后涂层的化学成分基本上不变化 ， 基体的成分基本上不进入涂层内。激光涂覆工艺实用的材料范围很广 ， 正在研究的母体材料有低碳钢、 合金钢、 铸铁、 镍铬钛耐热合金等 ，研究的添加材料有钴基合金、 铁基合金和镍基合金等。采用激光技术在有送粉器的 2kW CO2 激光器上 ， 对 4Cr5MoV1Si 钢基体表面涂覆一层由镍基高温合金和 WC + W2C 粒子组成的高温耐磨合金粉末 ，在激光功率 P = 1 500W ，送粉量为 10g/ min ，工件移动速度为 2～3mm/ s 条件下 ，获得多道搭接的大面积高温耐磨合金。 在试验温度为 600℃ 时 ，硬度为 550～580HV0 2 ; 在温度为 950℃时 ， 硬度为100～200HV0 2。 可见在 1 000℃ 左右高温下 ，涂覆层仍有很高的强硬性 ， 是较理想的高温模具耐磨合金。另外 ， 采用激光涂覆方法来修复已磨损的冲模及拉伸模等 ，可大大延长模具的使用寿命 ，降低模具的使用成本。 3 激光堆焊对于一些汽车覆盖件冲裁修边模具 ， 为提高使用寿命 ，节省优质模具材料 ，刃口往往采用在较差的基体材料上堆焊一层性能优异的合金。 过去 ，堆焊大多采用人工氧 — 乙炔火焰堆焊法 ，这种方法虽然设备《模具工业》 No 4 总 242 42费用低 ，但功率密度不高(102～103W/ cm 2) ，且难以进行精确控制 ， 因而堆焊质量和生产率都较低。70年代以来 ， 开发成功了等离子粉末堆焊技术 ， 由于其具有较高的功率密度且控制性能也较好 ， 因而得到了广泛的应用。但等离子堆焊存在着电极寿命短、 堆焊层母材稀释率较高等问题。80年代以来出现的激光堆焊法与使用同一材料的氧 —乙炔火焰堆焊法相比 ，激光堆焊层组织细微、 致密 ，不良品率仅为前者的 1/ 10。激光堆焊的速度快 ，生产率比氧— 乙炔火焰堆焊高 75倍 ， 而堆焊的材料使用量仅为其 1/ 2。而且激光堆焊层的室温硬度比氧 — 乙炔火焰堆焊的高 50HV 左右。 激光堆焊质量与激光的光束模式、 功率及堆焊速度等因素有关。4 激光加工替代模具冲压加工 1 激光切割替代薄板件的冲裁模激光切割替代钣金件及汽车车身制造中的冲裁修边模大有可为。三维激光切割技术 ， 由于其本身具有加工灵活和保证质量的特性 ， 在 80 年代就开始在汽车车身制造中应用。切割时只需用平直的支撑块来支撑工件 ， 因此夹具的制作不仅成本低而且快速。由于与 CAD/ CAM 技术相结合 ，切割过程易于控制 ， 可实现连续生产和并行加工 ， 从而实现高效率的切割生产。切割板材所使用的激光器主要有两大类 ， 即CO2 激光器和 Nd : YA G激光器 ，功率为 100～1 500W ， 因为功率小于 1 500W 的激光器其振动模式为单模 ， 切缝宽度为 1～ 2mm ， 切割面也很整洁 ，而输出功率大于 1 500W 时激光器的振动模式为多模 ， 割缝宽度近 1mm ， 切割面质量较差。因 Nd :YA G的激光可通过光导纤维输送 ， 比较灵活方便 ，适用于机器人手执激光喷嘴配程序控制进行精确操作 ， 因此在三维切割时大多采用。影响激光切割工件质量的主要因素有切割速度、焦点位置、辅助气体压力、 激光输出功率及模式。美国福特和通用汽车公司以及日本的丰田、日产等汽车公司 ， 在汽车生产线上普遍采用激光切割技术 ， 它不必采用各种规格的金属模具 ， 除了快速方便地切割各种不同形状的坯料外 ， 还用来大量切割加工因规格不同需要更改的零件安装孔位置 ， 如汽车标志灯、 车架、 车身两侧装饰线等。通用汽车公司生产的卡车仅车门就有直径为 < 8～<39mm 的20种孔 ， 公司采用 Rofin- Sinar 的 500W 激光器通过光纤连接到装在机械手的焊头上 ， 用以切割这些孔 ，1min 就完成一扇门开孔的加工 ，孔边缘光滑 ，背面平整 。< 8mm 孔的公差为 03～ 08mm ，<12mm 孔的公差为 - 25mm～ + 03mm。该公司生产的卡车和客车有 89 种孔径和孔位配置不同的底盘 ，经过优化设计 ，现在只需要冲压 5种不同的底盘 ，然后再由激光切割出配置不同的孔 ，简化了工艺 ，提高了效率 ，降低了成本。我国自然科学基金委在 1997 年把大功率 CO2及 YA G激光三维焊接和切割理论与技术作为重点项目进行资助 ， 国家产学研激光技术中心的课题组成员对此进行了系统的研究 ， 为在我国汽车车身制造业中应用三维激光立体加工技术做出了很大贡献。该中心为一汽轿车公司、宝山钢铁公司等国有大型企业的技术改造开展了重大工程项目攻关 ， 其中开发红旗加长型轿车覆盖件的三维激光制造工艺技术 ， 在我国轿车生产中是首次采用。在汽车用薄厚钢板激光大拼板拼接工艺试验研究中首次采用了激光切割替代精裁工艺技术 ， 取得了较好的技术经济效果。三维激光切割在车身装配后的加工也十分有用 ，例如开行李架固定孔、 顶盖滑轨孔、 天线安装孔、修改车轮挡泥板形状等。在新车试制中用于切割轮廓和修正 ，既缩短了试制周期又节省了模具 ，充分体现出采用激光切割加工的优点。 2 激光打标替代冲模打标企业在其生产的零部件上常常需要打上企业自己的标志或特定的符号与数字 ， 以往的方法是使用冲模打标或用铸模成型 ， 打标质量不高。采用数控激光机打标不仅速度快 ， 而且克服了冲模打标中常见的毛边、尖锐的边缘和畸变。由于采用计算机控制 ， 因此可以打出任意复杂的图案 ， 省去了模具设计、 制造及调试等环节 ，大大缩短了产品的开发制造周期 ， 同时也降低了成本。因激光打标机所需功率小 ，成本低 ，打出的标记美观、 漂亮 ，现已为大多数企业所采用。 3 激光成形替代弯曲模成形金属板料的激光成形技术是一种利用聚焦光束以一定的速度扫描金属板料表面 (扫描速度应足够快以防止表面熔化) ，使热作用区内的材料产生明显的温度梯度 ，导致非均匀分布的热应力 ，从而使板料塑性变形的方法。与常规成形方法相比 ， 激光成形《模具工业》 No 4 总 242 43具有许多优点: ① 属于无模成形 ，生产周期短 ，柔性大 ， 可不受加工环境限制 ， 通过优化激光加工工艺参数 ， 精确控制热作用区域以及热应力的分布 ， 将板料无模成形; ② 因其是一种仅靠热应力而不用模具使板料变形的塑性加工方法 ， 因此属无外力成形; ③ 为非接触式成形 ，所以不存在模具制作、 磨损和润滑等问题 ，也不存在贴模、 回弹现象 ，成形精度高; ④ 可使板料通过复合成形得到形状复杂的异形件(如球形件、 锥形件和抛物形件等) 。激光成形机理的实质就是弯曲机理。当激光加热板料时 ， 一方面在激光作用区及其周围产生热应力 ， 同时降低了被加热区域板料的屈服极根 ， 从而使热应力作用区的热态材料产生非均匀的塑性变形 ，实现板料的弯曲成形。试验表明 ，激光每扫描一道次 ，金属板料可弯曲 1° ～5° ，不同的扫描轨迹和工艺参数组合能够产生不同的成形效果和不同程度的变形量 ， 即可得到各种复杂形状的工件。图 2表示在工艺参数为激光速功率 5kW ， 激光束直径 4mm ， 材料 SUS304 ， 厚 1mm ， 碳涂覆面的条件下 ，激光扫面速度与材料弯曲角之间的变化关系。图 2 激光扫描速度对弯曲角的影响现在世界上许多国家都投入较大的人力、物力对激光成形技术进行专项研究 ， 在某些领域现已开始了初步的工业应用。波兰基础技术研究所的HFrackiewicz 教授利用激光成形先后制造出了筒形件、 球形件、 波纹管和金属管的扩口缩口、 弯曲成形等;德国学者 MGeiger 等将激光成形与其他加工工序复合运用于汽车制造业 ， 进行了汽车覆盖件的柔性校平和其他成形件的成形 ， 而且对弯曲成形过程进行计算机闭环控制 ， 提高了成形精度。德国Trumpf 公司于 1997 年开发了商品化激光成形多用机床 Trumat ic L 3030。 相信随着研究的不断深入以及其他相关技术的发展 ， 激光成形技术将逐趋成熟 ，进入实用化阶段。5 结束语激光加工技术作为一种先进的加工工艺 ， 在国外各行业已得到了广泛的应用 ，我国机械行业在 “九五”期间也将其作为十大技术之一。国家自然科学基金委也把激光加工工艺和激光加工设备的研究作为重点研究项目进行资助 ， 并明确指出其主要应用领域应该在汽车制造业。模具作为一种工具 ， 其生产周期、质量和成本直接影响产品的制造过程和销售。而激光作为一种万能加工工具 ， 在减少模具制造装备 ，缩短模具制造周期 ，降低制造成本和保证模具质量等方面具有很大的优势。如何在实际生产中应用激光加工技术来优化模具制造工艺 ， 对传统的模具制造工艺进行改进和组合 ， 需要我们做出不断的努力。参 考 文 献1 陈大明 ，徐有容 模具钢表面激光熔覆硬面合金层改性研究金属热处理 ，1998 ， (1)2 李懦荀 ，平雪良连续激光强化模具刃口的工艺研究电加工 ，1995 ， (6)3 孙中发 我国激光产业发展对策上海交通大学学报 ，1997 ， (10)4 曹 能 ，冯 梅激光加工技术在汽车工业中的应用 ，宝钢技术 ，1998 ， (3)5 管延锦 ，孙升激光快速成形与制造技术及其在汽车工业中的应用汽车工艺与材料 ，1999 ， (9)6 A Domenico 加工汽车车身部件的三维激光切割技术 机电信息 ，1999 ， (6)7 周建忠 ，袁国定应用激光强化技术提高覆盖件模具寿命模具工业 ，2000 ， (4)8 胡晓峰 基于数控激光切割的快速制模方法研究 江苏理工大学硕士论文 ，9 M Geiger ，F Voll tert Flexible St raightening ofcar Body Shells by laser 10 Bob T Welding Tailorde B Welding Jou-rnal ，1995 ， (8)11 M Geiger Synergy of laser Material Porcessing andMetal F Annals of t he CIRP ，1994 ，43(2)12 H Arnet ，F Vollert Extending Laset bendingfor t he generation of convex Porc Inst M E ，1995 ， (209)13 Trumf Lt The heat is on for laser profiler SheetMetal Indust ries ，1997 ， (1)

你不是吧？你想问的问题，恐怕一句半句很难说明白。

激光技术的发展与应用论文选题

《模具工业》 No 4 总 242 40激 光 加 工 技 术 在 模 具 制 造 中 的 应 用江苏理工大学(江苏镇江 212013) 张 莹 周建忠 戴亚春[摘要]随着激光加工技术的日趋成熟和工业用大功率激光设备价格的逐渐下降 ，给产品和模具的制造工艺带来了新的变革 ，在模具制造、 模具表面强化与维修、 取代模具等 3个方面 ，就激光优化模具制造工艺作了较为详细的分析和探讨。关键词 模具 激光 工艺优化[ Abstract ]Wi t h t he mat uri ng of t he las e r p r oces si ng t echnology and t he dec r easi ng of p rice of t hei ndus t rial la r ge - p owe r las e r e quipme nt ， a new i nnovat ion was br ought t o t he manuf act uri ngt echnology of t he p r oduct s and t he dies and moulds A r elat ively de t ailed analysis and dis cus sionwas made on t he las e r op t imized manuf act uri ng p r oces s f or dies and moulds f r om t hr e e asp ect s ofmanuf act uri ng ， s urf ace r ei nf orceme nt and mai nt e nance ， and s ubs t i t ut ive dies or moulds Key words die and mould ， las e r ， t echnological p r oces s op t imizat ion1 引 言激烈的市场竞争使制造企业对快速响应市场需求和一次制造成功等要求日益迫切。而在常规制造系统中 ， 产品生产所需大量模具的设计、制造和装配调试不仅耗费大量资金 ， 更严重的是延长了产品生产的准备时间 ， 从而延长了新产品开发周期 ，形成制造过程中的瓶颈。因此 ， 如何快速有效地制造出高质量、低成本的模具及产品 ， 就成为人们不断探索的课题。随着激光加工技术的日趋成熟和工业用大功率激光器设备价格的下降 ， 给产品和模具制造工艺带来了重大变革。本文在模具制造、模具表面强化与维修、取代模具等 3个方面 ， 就激光加工在模具制造中的应用作一些探讨。2 模具制造 1 模具的激光叠加制造1982年 ，日本东京大学的中川教授等人提出用薄片叠加法制造拉伸模 ， 1985年 ， 美国加州某公司推出了模具的激光叠加制造法 ， 并获得专利 ， 其工艺流程见图 1 ，原理为将激光切割的多层薄板叠加 ，并使其形状逐渐发生变化 ， 最终获得所需的模具立体几何形状。日本在冲模的激光叠加制造方面已达到实用阶段 ，所制的凸、 凹模质量高 ，加工尺寸精度— — —— — —— — —— — —— — —— — ——收稿日期:2000年8月10日已达 ± 01mm ，切割厚度为 12mm。 经激光切割后 ，在切口表面形成深 1～ 2mm、 硬度为 800HV 的硬化层 ，用来冲裁 1mm 厚的钢板 ，单凭自冷硬化层就可冲压 10 000 件 ， 如在激光切割后再经火焰淬火 ，则可冲压 3～5万件。 由于各薄板间的连接简单 ，故用叠加法制作冲模 ，成本可降低一半 ，生产周期大大缩短。用来制造复合模、落料模和级进模等都取得了显著的经济效益。图 1 激光叠加模具制造工艺流程由模具 CAD 和激光切割相结合构成一个完整的模具 CAD/ CAM 系统 ，实现板料切割的 FMS ，适用于多品种小批量生产。用激光切割的薄板来叠加合成任意三维曲面的制造系统 ， 不仅为在塑性加工和模具领域中实行 FMS 提供了思路 ， 而且对于内部结构复杂的模具制造 ，如型孔、 中孔体及复杂的冷却管道等 ，也是快速而经济的制造模具的有效方法 ，并且能带动其他技术如固相扩散等的发展。 2 快速模具制造模具 CAD三维设计二维外形NC 程序激光切割去除梯级创层面精加工成形模具装配薄片连结精加工NC 程序模 具 制 造 技 术《模具工业》 No 4 总 242 41快速成型制造技术(RPM)是 80年代后期出现的一项制造技术 ， 目前 RPM 技术已发展了十几种工艺方法。基于 RPM 技术快速制造模具的方法多为间接制模法 ， 即利用 RPM 原型间接地翻制模具。(1) 软质简易模具 (如汽车覆盖件模具) 的制作。采用硅橡胶、低熔点合金等将原型准确复制成模具 ， 或对原型表面用金属喷涂法或物理蒸发沉积法镀上一层熔点极低的合金来制作模具。这些简易模具的寿命为 50～5 000件 ，由于其制造成本低 ，制作周期短 ， 特别适用于产品试制阶段的小批量生产。(2) 钢质模具制作。RPM 原型 — — — 三维砂轮— — — 整体石墨电极 — — — 钢模 ，一个中等大小、 较为复杂的电极一般 4～8h 即可完成。 美国福特汽车公司用此技术制造汽车覆盖件模具取得了满意的效果 ，与传统机械加工制作模具相比 ， 快速模具制造省去了耗时、 昂贵的 CNC加工 ，加工成本及周期大大降低 ，具有广阔的应用前景。3 模具表面强化与修复为提高模具的使用寿命 ， 常常需对模具表面进行强化处理。常用的模具表面强化处理工艺有化学处理 (如渗碳、 碳氮共渗等) 、 表层复合处理 (如堆焊、 热喷涂、 电火花表面强化、 PVD 和 CVD 等) 以及表面加工强化处理(如喷丸等) 。这些方法大多工艺较为复杂 ， 处理周期较长 ， 且处理后存在较大的变形。采用激光技术来强化和修复模具 ， 具有柔性大 ， 表面硬度高 ， 工艺周期短 ， 工作环境洁净等优点 ，因此具有很强的生命力。 1 激光相变硬化激光相变硬化 (激光淬火) 是利用激光辐照到金属表面 ， 使其表面以很高的升温速度达到相变温度 (但低于熔化温度) 而形成奥氏体 ，当激光束离开后 ， 利用金属表面本身热传导而发生自淬火 ， 使金属表面发生马氏体转变 ， 形成硬度高、抗磨损的表层 ， 从而使金属表面得到强化。所用设备为三轴联动的数控激光加工机。影响激光强化的主要因素有激光功率、光斑尺寸和扫描速度。在强化过程中要对这些参数进行优化 ， 并对具体材料选择合适的激光处理参数。对于CrWMn、 Cr12MoV、 Cr12、 T10A 及 Cr-Mo 铸铁等的常用模具材料 ， 在激光处理后 ， 其组织性能较常规热处理普遍改善。 例如 ，CrWMn 钢在常规加热时易在奥氏体晶界上形成网状的二次碳化物 ， 显著增加工件脆性 ，降低冲击韧性 ，使用在模具刃口或关键部位寿命较低。采用激光淬火后可获得细马氏体和弥散分布的碳化物颗粒 ，清除网状 ，并获得最大硬化层深度以及最大硬度 1 2HV。Cr12MoV 钢激光淬火后的硬度、抗塑性变形和抗粘磨损能力均较常规热处理有所提高。对 T8A 钢制造的凸模和Cr12Mo 钢制造的凹模 ，激光硬化深 12mm ，硬度1 200HV ， 寿命提高 4～6倍 ， 既由冲压 2万件提高到 10～14万件。 对于 T10钢 ，激光淬火后可获得硬度 1 024HV、 深 55mm 的硬化层;对于 Cr12 ，激光淬火后可获得硬度 1 000HV、 深 4mm 的硬化层 ，使用寿命均得到了较大的提高。 2 激光涂覆激光涂覆是用激光在基体表面覆盖一层薄的具有一定性能的涂覆材料 ， 这类材料可以是金属或合金 ，也可以是非金属 ，还可以是化合物及其混合物。在涂覆过程中 ， 涂覆层在激光作用下与基体表面通过熔合迅速结合在一起。它与激光合金化的主要区别在于经激光作用后涂层的化学成分基本上不变化 ， 基体的成分基本上不进入涂层内。激光涂覆工艺实用的材料范围很广 ， 正在研究的母体材料有低碳钢、 合金钢、 铸铁、 镍铬钛耐热合金等 ，研究的添加材料有钴基合金、 铁基合金和镍基合金等。采用激光技术在有送粉器的 2kW CO2 激光器上 ， 对 4Cr5MoV1Si 钢基体表面涂覆一层由镍基高温合金和 WC + W2C 粒子组成的高温耐磨合金粉末 ，在激光功率 P = 1 500W ，送粉量为 10g/ min ，工件移动速度为 2～3mm/ s 条件下 ，获得多道搭接的大面积高温耐磨合金。 在试验温度为 600℃ 时 ，硬度为 550～580HV0 2 ; 在温度为 950℃时 ， 硬度为100～200HV0 2。 可见在 1 000℃ 左右高温下 ，涂覆层仍有很高的强硬性 ， 是较理想的高温模具耐磨合金。另外 ， 采用激光涂覆方法来修复已磨损的冲模及拉伸模等 ，可大大延长模具的使用寿命 ，降低模具的使用成本。 3 激光堆焊对于一些汽车覆盖件冲裁修边模具 ， 为提高使用寿命 ，节省优质模具材料 ，刃口往往采用在较差的基体材料上堆焊一层性能优异的合金。 过去 ，堆焊大多采用人工氧 — 乙炔火焰堆焊法 ，这种方法虽然设备《模具工业》 No 4 总 242 42费用低 ，但功率密度不高(102～103W/ cm 2) ，且难以进行精确控制 ， 因而堆焊质量和生产率都较低。70年代以来 ， 开发成功了等离子粉末堆焊技术 ， 由于其具有较高的功率密度且控制性能也较好 ， 因而得到了广泛的应用。但等离子堆焊存在着电极寿命短、 堆焊层母材稀释率较高等问题。80年代以来出现的激光堆焊法与使用同一材料的氧 —乙炔火焰堆焊法相比 ，激光堆焊层组织细微、 致密 ，不良品率仅为前者的 1/ 10。激光堆焊的速度快 ，生产率比氧— 乙炔火焰堆焊高 75倍 ， 而堆焊的材料使用量仅为其 1/ 2。而且激光堆焊层的室温硬度比氧 — 乙炔火焰堆焊的高 50HV 左右。 激光堆焊质量与激光的光束模式、 功率及堆焊速度等因素有关。4 激光加工替代模具冲压加工 1 激光切割替代薄板件的冲裁模激光切割替代钣金件及汽车车身制造中的冲裁修边模大有可为。三维激光切割技术 ， 由于其本身具有加工灵活和保证质量的特性 ， 在 80 年代就开始在汽车车身制造中应用。切割时只需用平直的支撑块来支撑工件 ， 因此夹具的制作不仅成本低而且快速。由于与 CAD/ CAM 技术相结合 ，切割过程易于控制 ， 可实现连续生产和并行加工 ， 从而实现高效率的切割生产。切割板材所使用的激光器主要有两大类 ， 即CO2 激光器和 Nd : YA G激光器 ，功率为 100～1 500W ， 因为功率小于 1 500W 的激光器其振动模式为单模 ， 切缝宽度为 1～ 2mm ， 切割面也很整洁 ，而输出功率大于 1 500W 时激光器的振动模式为多模 ， 割缝宽度近 1mm ， 切割面质量较差。因 Nd :YA G的激光可通过光导纤维输送 ， 比较灵活方便 ，适用于机器人手执激光喷嘴配程序控制进行精确操作 ， 因此在三维切割时大多采用。影响激光切割工件质量的主要因素有切割速度、焦点位置、辅助气体压力、 激光输出功率及模式。美国福特和通用汽车公司以及日本的丰田、日产等汽车公司 ， 在汽车生产线上普遍采用激光切割技术 ， 它不必采用各种规格的金属模具 ， 除了快速方便地切割各种不同形状的坯料外 ， 还用来大量切割加工因规格不同需要更改的零件安装孔位置 ， 如汽车标志灯、 车架、 车身两侧装饰线等。通用汽车公司生产的卡车仅车门就有直径为 < 8～<39mm 的20种孔 ， 公司采用 Rofin- Sinar 的 500W 激光器通过光纤连接到装在机械手的焊头上 ， 用以切割这些孔 ，1min 就完成一扇门开孔的加工 ，孔边缘光滑 ，背面平整 。< 8mm 孔的公差为 03～ 08mm ，<12mm 孔的公差为 - 25mm～ + 03mm。该公司生产的卡车和客车有 89 种孔径和孔位配置不同的底盘 ，经过优化设计 ，现在只需要冲压 5种不同的底盘 ，然后再由激光切割出配置不同的孔 ，简化了工艺 ，提高了效率 ，降低了成本。我国自然科学基金委在 1997 年把大功率 CO2及 YA G激光三维焊接和切割理论与技术作为重点项目进行资助 ， 国家产学研激光技术中心的课题组成员对此进行了系统的研究 ， 为在我国汽车车身制造业中应用三维激光立体加工技术做出了很大贡献。该中心为一汽轿车公司、宝山钢铁公司等国有大型企业的技术改造开展了重大工程项目攻关 ， 其中开发红旗加长型轿车覆盖件的三维激光制造工艺技术 ， 在我国轿车生产中是首次采用。在汽车用薄厚钢板激光大拼板拼接工艺试验研究中首次采用了激光切割替代精裁工艺技术 ， 取得了较好的技术经济效果。三维激光切割在车身装配后的加工也十分有用 ，例如开行李架固定孔、 顶盖滑轨孔、 天线安装孔、修改车轮挡泥板形状等。在新车试制中用于切割轮廓和修正 ，既缩短了试制周期又节省了模具 ，充分体现出采用激光切割加工的优点。 2 激光打标替代冲模打标企业在其生产的零部件上常常需要打上企业自己的标志或特定的符号与数字 ， 以往的方法是使用冲模打标或用铸模成型 ， 打标质量不高。采用数控激光机打标不仅速度快 ， 而且克服了冲模打标中常见的毛边、尖锐的边缘和畸变。由于采用计算机控制 ， 因此可以打出任意复杂的图案 ， 省去了模具设计、 制造及调试等环节 ，大大缩短了产品的开发制造周期 ， 同时也降低了成本。因激光打标机所需功率小 ，成本低 ，打出的标记美观、 漂亮 ，现已为大多数企业所采用。 3 激光成形替代弯曲模成形金属板料的激光成形技术是一种利用聚焦光束以一定的速度扫描金属板料表面 (扫描速度应足够快以防止表面熔化) ，使热作用区内的材料产生明显的温度梯度 ，导致非均匀分布的热应力 ，从而使板料塑性变形的方法。与常规成形方法相比 ， 激光成形《模具工业》 No 4 总 242 43具有许多优点: ① 属于无模成形 ，生产周期短 ，柔性大 ， 可不受加工环境限制 ， 通过优化激光加工工艺参数 ， 精确控制热作用区域以及热应力的分布 ， 将板料无模成形; ② 因其是一种仅靠热应力而不用模具使板料变形的塑性加工方法 ， 因此属无外力成形; ③ 为非接触式成形 ，所以不存在模具制作、 磨损和润滑等问题 ，也不存在贴模、 回弹现象 ，成形精度高; ④ 可使板料通过复合成形得到形状复杂的异形件(如球形件、 锥形件和抛物形件等) 。激光成形机理的实质就是弯曲机理。当激光加热板料时 ， 一方面在激光作用区及其周围产生热应力 ， 同时降低了被加热区域板料的屈服极根 ， 从而使热应力作用区的热态材料产生非均匀的塑性变形 ，实现板料的弯曲成形。试验表明 ，激光每扫描一道次 ，金属板料可弯曲 1° ～5° ，不同的扫描轨迹和工艺参数组合能够产生不同的成形效果和不同程度的变形量 ， 即可得到各种复杂形状的工件。图 2表示在工艺参数为激光速功率 5kW ， 激光束直径 4mm ， 材料 SUS304 ， 厚 1mm ， 碳涂覆面的条件下 ，激光扫面速度与材料弯曲角之间的变化关系。图 2 激光扫描速度对弯曲角的影响现在世界上许多国家都投入较大的人力、物力对激光成形技术进行专项研究 ， 在某些领域现已开始了初步的工业应用。波兰基础技术研究所的HFrackiewicz 教授利用激光成形先后制造出了筒形件、 球形件、 波纹管和金属管的扩口缩口、 弯曲成形等;德国学者 MGeiger 等将激光成形与其他加工工序复合运用于汽车制造业 ， 进行了汽车覆盖件的柔性校平和其他成形件的成形 ， 而且对弯曲成形过程进行计算机闭环控制 ， 提高了成形精度。德国Trumpf 公司于 1997 年开发了商品化激光成形多用机床 Trumat ic L 3030。 相信随着研究的不断深入以及其他相关技术的发展 ， 激光成形技术将逐趋成熟 ，进入实用化阶段。5 结束语激光加工技术作为一种先进的加工工艺 ， 在国外各行业已得到了广泛的应用 ，我国机械行业在 “九五”期间也将其作为十大技术之一。国家自然科学基金委也把激光加工工艺和激光加工设备的研究作为重点研究项目进行资助 ， 并明确指出其主要应用领域应该在汽车制造业。模具作为一种工具 ， 其生产周期、质量和成本直接影响产品的制造过程和销售。而激光作为一种万能加工工具 ， 在减少模具制造装备 ，缩短模具制造周期 ，降低制造成本和保证模具质量等方面具有很大的优势。如何在实际生产中应用激光加工技术来优化模具制造工艺 ， 对传统的模具制造工艺进行改进和组合 ， 需要我们做出不断的努力。参 考 文 献1 陈大明 ，徐有容 模具钢表面激光熔覆硬面合金层改性研究金属热处理 ，1998 ， (1)2 李懦荀 ，平雪良连续激光强化模具刃口的工艺研究电加工 ，1995 ， (6)3 孙中发 我国激光产业发展对策上海交通大学学报 ，1997 ， (10)4 曹 能 ，冯 梅激光加工技术在汽车工业中的应用 ，宝钢技术 ，1998 ， (3)5 管延锦 ，孙升激光快速成形与制造技术及其在汽车工业中的应用汽车工艺与材料 ，1999 ， (9)6 A Domenico 加工汽车车身部件的三维激光切割技术 机电信息 ，1999 ， (6)7 周建忠 ，袁国定应用激光强化技术提高覆盖件模具寿命模具工业 ，2000 ， (4)8 胡晓峰 基于数控激光切割的快速制模方法研究 江苏理工大学硕士论文 ，9 M Geiger ，F Voll tert Flexible St raightening ofcar Body Shells by laser 10 Bob T Welding Tailorde B Welding Jou-rnal ，1995 ， (8)11 M Geiger Synergy of laser Material Porcessing andMetal F Annals of t he CIRP ，1994 ，43(2)12 H Arnet ，F Vollert Extending Laset bendingfor t he generation of convex Porc Inst M E ，1995 ， (209)13 Trumf Lt The heat is on for laser profiler SheetMetal Indust ries ，1997 ， (1)

追溯历史：看激光打印机的发展道路2005-7-13 9:38:00 文/无边 编辑整理 出处：IT(IT世界) 任何一项技术的发明与运用通常都是艰辛的，打印机也是如此，从1885年全球第一台打印机出现以后，科学家们不断地探索，从点阵式打印机到针式打印机，再到喷墨打印机、激光打印机，每一步都履步艰辛，但每一次突破都为人类带来新的福音，这也是科学的根本意义所在。今天笔者打开历史的记录本，和朋友们一起去了解激光打印机曾经被遗忘的过去。 一、 概述 激光打印机的研制，起源于施乐（Xerox）公司1948年生产的世界首台静电复印机。从此以后科学家们开始潜心研究激光技术和激光调制技术在打印机的应用。而说到激光打印机的诞生，不能不谈到被人们誉为“激光打印机之父”的盖瑞·斯塔克维。1970年盖瑞·斯塔克伟泽调到帕罗阿图研究中心（PaloAltoResearchCenter简称PARC，即帕克）工作，1971年11月研制出了世界上第一台激光计算机打印机。1977年，施乐公司的9700型激光打印机投放市场，标志着印刷业一个划时代的开始。刚开始的激光打印机的体积庞大，噪声大，预热需要很长时间而且打印的质量也不尽人意，能支付相当昂贵费用的企业也较少，但技术革新的速度很快，随着半导体激光器的发展、微机控制和激光打印机生产技术的日益成熟，成本不断降低，到了上个世纪90年代，生产和销售额突飞猛进，激光打印机也开始走向普及。 激光打印机由于具有打印质量精美、输出效率高及打印成本低的优势，近年在打印机市场上独占鳌头，成为现代办公不可缺少的输出设备。随着互联网的触角深入到世界的每一个角落，政府、企业、家庭信息化建设的加速，激光打印机应用也越来越广泛。 二、技术 无论是黑白激光打印机还是彩色激光打印机，其基本工作原理是相同的。激光打印机的工作原理如复印，利用电子成像转印技术进行打印。具体来说：首先，计算机把需要打印的内容转换成数据序列形式的原始图像，然后再把这些数据传送给打印机。打印机中的微处理器将这些数据破译成点阵的图样，破译后的点阵图样被送到激光发生器，激光发生器根据图样的内容迅速作出开与关的反应，把激光束投射到一个经过充电的旋转鼓上，鼓的表面凡是被激光照射到的地方电荷都被释放掉，而那些激光没有照到的地方却仍然带有电荷，通过带电电荷吸附的碳粉转印在纸张上从而完成打印。彩色激打构造：四次成像彩色激打构造：一次成像 而彩色激光打印机与黑白激光打印机最大的区别是在引擎结构上，彩色激光打印机采用了C（Cyan，蓝色）、M（Magenta，品红）、Y （Yellow，黄色）和K（Black，黑色）4色碳粉来实现全彩色打印，因此对于一页彩色内容中的彩色要经过CMYK调和实现，一页内容的打印要经过 CMYK的4色碳粉各1次打印过程。从理论上讲，彩色激光打印机要有4套与黑白激光打印机完全相同的机构来实现彩色打印过程。在打印控制器方面，内部处理器的速度比黑白激光打印机高，配置内存也要比黑白激光打印机大。 目前主流的激光打印技术纷繁复杂，我们没有必要一一去探索其原理，下面让我们从打印速度、分辨率、色彩处理技术三方面去了解一些主要的有代表性的技术。打印速度技术革新分辨率技术革新色彩处理技术革新彩色同速技术 Tandem高速引擎 imageRET2400技术 精细墨点控制技术 CoLorSmartII智能色彩二代技术 色阶扩展技术Ⅱ 1。打印速度技术革新 彩色同速技术 惠普的彩色同速技术，也就是一次成像技术，四种颜色的都有各自的成像鼓，因此可在同一时间内在四个成像鼓上分别呈现四种颜色的"电子影像"，并吸附各自对应颜色的碳粉形成四个不同颜色的"潜影"，纸张依次通过四种颜色的"潜影"转印到打印介质上，最后通过定影辊实现定影，由于颜色是一遍打印完成而不是四遍，彩色打印性能得到很大的改进，彩色打印速度与黑白打印一样。 Tandem高速引擎 这一技术在Epson Aculaser C4100最新彩色激光打印机中得到充分的发挥，采用先进的4-2-1串联式(Tandem)打印引擎，CMYK四种色彩能够一次成像，使得打印速度比传统彩色激光打印机速度快4倍，获得每分钟24页的彩色黑白同速的高效输出。2。分辨率技术革新 imageRET2400技术 imageRET2400技术也叫图像分辨率增强技术，这里我们以惠普ColorLaserJet4500彩色激光打印机为例，它采用惠普专利的 ImageRet2400色彩分层技术，在引擎的600dpi物理分辨率基础上，使用颗粒直径小至5微米的UltraPrecise超精细碳粉，在每一个物理像素点上进行多层着色，实现2400dpi效果。这种打印过程在单一点上最大限度地融合进四种颜色，并在指定区域内对碳粉进行分配，实现对颜色的精确控制，从而产生出上百万种柔和的色彩。 精细墨点控制技术 爱普生 AcuLaser精细墨点控制技术通过改变应用于曝光单元的脉冲宽度来控制激光发射的时间。对脉冲宽度的精确控制使得打印机能够控制墨点的大小。所以，该技术可以复制平滑的灰度等级，即使是在亮区和暗区。 4。色彩处理技术革新 色彩处理技术当然是针对彩色激光打印机的，是整个打印机质量重要指标之一。由于激光打印机的打印分辨率通常不如喷墨打印机高，所以要实现高质量的图片打印，色彩处理技术至关重要。 HP CoLorSmartII(HP智能色彩二代技术) HP公司创建ColorSmart 技术的目的是使彩色打印轻松自如。ColorSmart 图像处理技术于1994年推出，是消除早期彩色打印和主流打印之间差别的一种方法。ColorSmart智能化分析需打印的文档，然后根据打印机的能力自动确定最佳的亮度和色彩组合以产生最佳打印效果。后来，ColorSmart增加了新的技术特性，输出质量进一步提高彩色。ColorSmart可鉴定需打印的页面，识别页面的各种元素，并自动调整颜色，使打印结果最逼真、最清晰。 色阶扩展技术Ⅱ 色阶扩展技术II(AcuLaserColor2400)以第一代色阶扩展技术以发展而来。在600dpi分辨率的基础上，对墨点尺寸进行52级的精细调整，同时将像素内每个点都进一步细分，从而使打印精度整体跃升至2400dpi级的崭新高度，使文本表现更锐利，而商品目录及产品照片的细节更鲜明。

回答 您好喔 这些是应用方面的喔 1、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。热加工和冷加工均可应用在金属和非金属材料，进行切割，打孔，刻槽，标记等。热加工金属材料进行焊接，表面处理，生产合金，切割均极有利。冷加工则对光化学沉积，激光快速成形技术，激光刻蚀，掺染和氧化都很合适。2、激光快速成型用激光制造模型时用的材料是液态光敏树脂，它在吸收了紫外波段的激光能量后便发生凝固，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作完扫描刻划，将光敏聚合材料逐层固化，精确堆积成样件，造出模型。所以，用这个办法制造模型，速度快，造出来的模型又精致。该技术已在航空航天、电子、汽车等工业领域得到广泛应用。3、激光焊接激光束照射在材料上，会把它加热至融熔，使对接在一起的组件接合在一起，即是焊接。激光焊接，用比切割金属时功率较小的激光束，使材料熔化而不使其气化，在冷却后成为一块连续的固体结构。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。由于激光能量密度高，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。因为用激光焊接是不需要任何焊料的，所以排除了焊接组件受污染的可能;其次，激光束可被光学系统聚成直径很细的光束，换言之，激光可以作成非常精细的焊枪，做精密焊接工作;还有激光焊接与组件不会直接接触，亦即这是非接触式的焊接，因而材料质地脆弱也不打紧，还可以对远离我们身边的组件作焊接，也可以把放置在真空室内的组件焊接起来。因为激光焊接有这些特点，所以它在微电子工业中尤其受欢迎。4、激光雕刻用激光雕刻刀作雕刻，比用普通雕刻刀更方便，更迅速。用普通雕刻刀在坚硬的材料上，比如在花冈巖、钢板上作雕刻，或者是在一些比较柔软的材料，比如皮革上作雕刻，就比较吃力，刻一幅图案要花比较长的时间。如果使用激光雕刻则不同，因为它是利用高能量密度的 提问 谢谢 你太厉害了 回答 不至于哦 也就是普通人喔 更多2条 

激光技术的发展与应用论文选题方向

追溯历史：看激光打印机的发展道路2005-7-13 9:38:00 文/无边 编辑整理 出处：IT(IT世界) 任何一项技术的发明与运用通常都是艰辛的，打印机也是如此，从1885年全球第一台打印机出现以后，科学家们不断地探索，从点阵式打印机到针式打印机，再到喷墨打印机、激光打印机，每一步都履步艰辛，但每一次突破都为人类带来新的福音，这也是科学的根本意义所在。今天笔者打开历史的记录本，和朋友们一起去了解激光打印机曾经被遗忘的过去。 一、 概述 激光打印机的研制，起源于施乐（Xerox）公司1948年生产的世界首台静电复印机。从此以后科学家们开始潜心研究激光技术和激光调制技术在打印机的应用。而说到激光打印机的诞生，不能不谈到被人们誉为“激光打印机之父”的盖瑞·斯塔克维。1970年盖瑞·斯塔克伟泽调到帕罗阿图研究中心（PaloAltoResearchCenter简称PARC，即帕克）工作，1971年11月研制出了世界上第一台激光计算机打印机。1977年，施乐公司的9700型激光打印机投放市场，标志着印刷业一个划时代的开始。刚开始的激光打印机的体积庞大，噪声大，预热需要很长时间而且打印的质量也不尽人意，能支付相当昂贵费用的企业也较少，但技术革新的速度很快，随着半导体激光器的发展、微机控制和激光打印机生产技术的日益成熟，成本不断降低，到了上个世纪90年代，生产和销售额突飞猛进，激光打印机也开始走向普及。 激光打印机由于具有打印质量精美、输出效率高及打印成本低的优势，近年在打印机市场上独占鳌头，成为现代办公不可缺少的输出设备。随着互联网的触角深入到世界的每一个角落，政府、企业、家庭信息化建设的加速，激光打印机应用也越来越广泛。 二、技术 无论是黑白激光打印机还是彩色激光打印机，其基本工作原理是相同的。激光打印机的工作原理如复印，利用电子成像转印技术进行打印。具体来说：首先，计算机把需要打印的内容转换成数据序列形式的原始图像，然后再把这些数据传送给打印机。打印机中的微处理器将这些数据破译成点阵的图样，破译后的点阵图样被送到激光发生器，激光发生器根据图样的内容迅速作出开与关的反应，把激光束投射到一个经过充电的旋转鼓上，鼓的表面凡是被激光照射到的地方电荷都被释放掉，而那些激光没有照到的地方却仍然带有电荷，通过带电电荷吸附的碳粉转印在纸张上从而完成打印。彩色激打构造：四次成像彩色激打构造：一次成像 而彩色激光打印机与黑白激光打印机最大的区别是在引擎结构上，彩色激光打印机采用了C（Cyan，蓝色）、M（Magenta，品红）、Y （Yellow，黄色）和K（Black，黑色）4色碳粉来实现全彩色打印，因此对于一页彩色内容中的彩色要经过CMYK调和实现，一页内容的打印要经过 CMYK的4色碳粉各1次打印过程。从理论上讲，彩色激光打印机要有4套与黑白激光打印机完全相同的机构来实现彩色打印过程。在打印控制器方面，内部处理器的速度比黑白激光打印机高，配置内存也要比黑白激光打印机大。 目前主流的激光打印技术纷繁复杂，我们没有必要一一去探索其原理，下面让我们从打印速度、分辨率、色彩处理技术三方面去了解一些主要的有代表性的技术。打印速度技术革新分辨率技术革新色彩处理技术革新彩色同速技术 Tandem高速引擎 imageRET2400技术 精细墨点控制技术 CoLorSmartII智能色彩二代技术 色阶扩展技术Ⅱ 1。打印速度技术革新 彩色同速技术 惠普的彩色同速技术，也就是一次成像技术，四种颜色的都有各自的成像鼓，因此可在同一时间内在四个成像鼓上分别呈现四种颜色的"电子影像"，并吸附各自对应颜色的碳粉形成四个不同颜色的"潜影"，纸张依次通过四种颜色的"潜影"转印到打印介质上，最后通过定影辊实现定影，由于颜色是一遍打印完成而不是四遍，彩色打印性能得到很大的改进，彩色打印速度与黑白打印一样。 Tandem高速引擎 这一技术在Epson Aculaser C4100最新彩色激光打印机中得到充分的发挥，采用先进的4-2-1串联式(Tandem)打印引擎，CMYK四种色彩能够一次成像，使得打印速度比传统彩色激光打印机速度快4倍，获得每分钟24页的彩色黑白同速的高效输出。2。分辨率技术革新 imageRET2400技术 imageRET2400技术也叫图像分辨率增强技术，这里我们以惠普ColorLaserJet4500彩色激光打印机为例，它采用惠普专利的 ImageRet2400色彩分层技术，在引擎的600dpi物理分辨率基础上，使用颗粒直径小至5微米的UltraPrecise超精细碳粉，在每一个物理像素点上进行多层着色，实现2400dpi效果。这种打印过程在单一点上最大限度地融合进四种颜色，并在指定区域内对碳粉进行分配，实现对颜色的精确控制，从而产生出上百万种柔和的色彩。 精细墨点控制技术 爱普生 AcuLaser精细墨点控制技术通过改变应用于曝光单元的脉冲宽度来控制激光发射的时间。对脉冲宽度的精确控制使得打印机能够控制墨点的大小。所以，该技术可以复制平滑的灰度等级，即使是在亮区和暗区。 4。色彩处理技术革新 色彩处理技术当然是针对彩色激光打印机的，是整个打印机质量重要指标之一。由于激光打印机的打印分辨率通常不如喷墨打印机高，所以要实现高质量的图片打印，色彩处理技术至关重要。 HP CoLorSmartII(HP智能色彩二代技术) HP公司创建ColorSmart 技术的目的是使彩色打印轻松自如。ColorSmart 图像处理技术于1994年推出，是消除早期彩色打印和主流打印之间差别的一种方法。ColorSmart智能化分析需打印的文档，然后根据打印机的能力自动确定最佳的亮度和色彩组合以产生最佳打印效果。后来，ColorSmart增加了新的技术特性，输出质量进一步提高彩色。ColorSmart可鉴定需打印的页面，识别页面的各种元素，并自动调整颜色，使打印结果最逼真、最清晰。 色阶扩展技术Ⅱ 色阶扩展技术II(AcuLaserColor2400)以第一代色阶扩展技术以发展而来。在600dpi分辨率的基础上，对墨点尺寸进行52级的精细调整，同时将像素内每个点都进一步细分，从而使打印精度整体跃升至2400dpi级的崭新高度，使文本表现更锐利，而商品目录及产品照片的细节更鲜明。

《模具工业》 No 4 总 242 40激 光 加 工 技 术 在 模 具 制 造 中 的 应 用江苏理工大学(江苏镇江 212013) 张 莹 周建忠 戴亚春[摘要]随着激光加工技术的日趋成熟和工业用大功率激光设备价格的逐渐下降 ，给产品和模具的制造工艺带来了新的变革 ，在模具制造、 模具表面强化与维修、 取代模具等 3个方面 ，就激光优化模具制造工艺作了较为详细的分析和探讨。关键词 模具 激光 工艺优化[ Abstract ]Wi t h t he mat uri ng of t he las e r p r oces si ng t echnology and t he dec r easi ng of p rice of t hei ndus t rial la r ge - p owe r las e r e quipme nt ， a new i nnovat ion was br ought t o t he manuf act uri ngt echnology of t he p r oduct s and t he dies and moulds A r elat ively de t ailed analysis and dis cus sionwas made on t he las e r op t imized manuf act uri ng p r oces s f or dies and moulds f r om t hr e e asp ect s ofmanuf act uri ng ， s urf ace r ei nf orceme nt and mai nt e nance ， and s ubs t i t ut ive dies or moulds Key words die and mould ， las e r ， t echnological p r oces s op t imizat ion1 引 言激烈的市场竞争使制造企业对快速响应市场需求和一次制造成功等要求日益迫切。而在常规制造系统中 ， 产品生产所需大量模具的设计、制造和装配调试不仅耗费大量资金 ， 更严重的是延长了产品生产的准备时间 ， 从而延长了新产品开发周期 ，形成制造过程中的瓶颈。因此 ， 如何快速有效地制造出高质量、低成本的模具及产品 ， 就成为人们不断探索的课题。随着激光加工技术的日趋成熟和工业用大功率激光器设备价格的下降 ， 给产品和模具制造工艺带来了重大变革。本文在模具制造、模具表面强化与维修、取代模具等 3个方面 ， 就激光加工在模具制造中的应用作一些探讨。2 模具制造 1 模具的激光叠加制造1982年 ，日本东京大学的中川教授等人提出用薄片叠加法制造拉伸模 ， 1985年 ， 美国加州某公司推出了模具的激光叠加制造法 ， 并获得专利 ， 其工艺流程见图 1 ，原理为将激光切割的多层薄板叠加 ，并使其形状逐渐发生变化 ， 最终获得所需的模具立体几何形状。日本在冲模的激光叠加制造方面已达到实用阶段 ，所制的凸、 凹模质量高 ，加工尺寸精度— — —— — —— — —— — —— — —— — ——收稿日期:2000年8月10日已达 ± 01mm ，切割厚度为 12mm。 经激光切割后 ，在切口表面形成深 1～ 2mm、 硬度为 800HV 的硬化层 ，用来冲裁 1mm 厚的钢板 ，单凭自冷硬化层就可冲压 10 000 件 ， 如在激光切割后再经火焰淬火 ，则可冲压 3～5万件。 由于各薄板间的连接简单 ，故用叠加法制作冲模 ，成本可降低一半 ，生产周期大大缩短。用来制造复合模、落料模和级进模等都取得了显著的经济效益。图 1 激光叠加模具制造工艺流程由模具 CAD 和激光切割相结合构成一个完整的模具 CAD/ CAM 系统 ，实现板料切割的 FMS ，适用于多品种小批量生产。用激光切割的薄板来叠加合成任意三维曲面的制造系统 ， 不仅为在塑性加工和模具领域中实行 FMS 提供了思路 ， 而且对于内部结构复杂的模具制造 ，如型孔、 中孔体及复杂的冷却管道等 ，也是快速而经济的制造模具的有效方法 ，并且能带动其他技术如固相扩散等的发展。 2 快速模具制造模具 CAD三维设计二维外形NC 程序激光切割去除梯级创层面精加工成形模具装配薄片连结精加工NC 程序模 具 制 造 技 术《模具工业》 No 4 总 242 41快速成型制造技术(RPM)是 80年代后期出现的一项制造技术 ， 目前 RPM 技术已发展了十几种工艺方法。基于 RPM 技术快速制造模具的方法多为间接制模法 ， 即利用 RPM 原型间接地翻制模具。(1) 软质简易模具 (如汽车覆盖件模具) 的制作。采用硅橡胶、低熔点合金等将原型准确复制成模具 ， 或对原型表面用金属喷涂法或物理蒸发沉积法镀上一层熔点极低的合金来制作模具。这些简易模具的寿命为 50～5 000件 ，由于其制造成本低 ，制作周期短 ， 特别适用于产品试制阶段的小批量生产。(2) 钢质模具制作。RPM 原型 — — — 三维砂轮— — — 整体石墨电极 — — — 钢模 ，一个中等大小、 较为复杂的电极一般 4～8h 即可完成。 美国福特汽车公司用此技术制造汽车覆盖件模具取得了满意的效果 ，与传统机械加工制作模具相比 ， 快速模具制造省去了耗时、 昂贵的 CNC加工 ，加工成本及周期大大降低 ，具有广阔的应用前景。3 模具表面强化与修复为提高模具的使用寿命 ， 常常需对模具表面进行强化处理。常用的模具表面强化处理工艺有化学处理 (如渗碳、 碳氮共渗等) 、 表层复合处理 (如堆焊、 热喷涂、 电火花表面强化、 PVD 和 CVD 等) 以及表面加工强化处理(如喷丸等) 。这些方法大多工艺较为复杂 ， 处理周期较长 ， 且处理后存在较大的变形。采用激光技术来强化和修复模具 ， 具有柔性大 ， 表面硬度高 ， 工艺周期短 ， 工作环境洁净等优点 ，因此具有很强的生命力。 1 激光相变硬化激光相变硬化 (激光淬火) 是利用激光辐照到金属表面 ， 使其表面以很高的升温速度达到相变温度 (但低于熔化温度) 而形成奥氏体 ，当激光束离开后 ， 利用金属表面本身热传导而发生自淬火 ， 使金属表面发生马氏体转变 ， 形成硬度高、抗磨损的表层 ， 从而使金属表面得到强化。所用设备为三轴联动的数控激光加工机。影响激光强化的主要因素有激光功率、光斑尺寸和扫描速度。在强化过程中要对这些参数进行优化 ， 并对具体材料选择合适的激光处理参数。对于CrWMn、 Cr12MoV、 Cr12、 T10A 及 Cr-Mo 铸铁等的常用模具材料 ， 在激光处理后 ， 其组织性能较常规热处理普遍改善。 例如 ，CrWMn 钢在常规加热时易在奥氏体晶界上形成网状的二次碳化物 ， 显著增加工件脆性 ，降低冲击韧性 ，使用在模具刃口或关键部位寿命较低。采用激光淬火后可获得细马氏体和弥散分布的碳化物颗粒 ，清除网状 ，并获得最大硬化层深度以及最大硬度 1 2HV。Cr12MoV 钢激光淬火后的硬度、抗塑性变形和抗粘磨损能力均较常规热处理有所提高。对 T8A 钢制造的凸模和Cr12Mo 钢制造的凹模 ，激光硬化深 12mm ，硬度1 200HV ， 寿命提高 4～6倍 ， 既由冲压 2万件提高到 10～14万件。 对于 T10钢 ，激光淬火后可获得硬度 1 024HV、 深 55mm 的硬化层;对于 Cr12 ，激光淬火后可获得硬度 1 000HV、 深 4mm 的硬化层 ，使用寿命均得到了较大的提高。 2 激光涂覆激光涂覆是用激光在基体表面覆盖一层薄的具有一定性能的涂覆材料 ， 这类材料可以是金属或合金 ，也可以是非金属 ，还可以是化合物及其混合物。在涂覆过程中 ， 涂覆层在激光作用下与基体表面通过熔合迅速结合在一起。它与激光合金化的主要区别在于经激光作用后涂层的化学成分基本上不变化 ， 基体的成分基本上不进入涂层内。激光涂覆工艺实用的材料范围很广 ， 正在研究的母体材料有低碳钢、 合金钢、 铸铁、 镍铬钛耐热合金等 ，研究的添加材料有钴基合金、 铁基合金和镍基合金等。采用激光技术在有送粉器的 2kW CO2 激光器上 ， 对 4Cr5MoV1Si 钢基体表面涂覆一层由镍基高温合金和 WC + W2C 粒子组成的高温耐磨合金粉末 ，在激光功率 P = 1 500W ，送粉量为 10g/ min ，工件移动速度为 2～3mm/ s 条件下 ，获得多道搭接的大面积高温耐磨合金。 在试验温度为 600℃ 时 ，硬度为 550～580HV0 2 ; 在温度为 950℃时 ， 硬度为100～200HV0 2。 可见在 1 000℃ 左右高温下 ，涂覆层仍有很高的强硬性 ， 是较理想的高温模具耐磨合金。另外 ， 采用激光涂覆方法来修复已磨损的冲模及拉伸模等 ，可大大延长模具的使用寿命 ，降低模具的使用成本。 3 激光堆焊对于一些汽车覆盖件冲裁修边模具 ， 为提高使用寿命 ，节省优质模具材料 ，刃口往往采用在较差的基体材料上堆焊一层性能优异的合金。 过去 ，堆焊大多采用人工氧 — 乙炔火焰堆焊法 ，这种方法虽然设备《模具工业》 No 4 总 242 42费用低 ，但功率密度不高(102～103W/ cm 2) ，且难以进行精确控制 ， 因而堆焊质量和生产率都较低。70年代以来 ， 开发成功了等离子粉末堆焊技术 ， 由于其具有较高的功率密度且控制性能也较好 ， 因而得到了广泛的应用。但等离子堆焊存在着电极寿命短、 堆焊层母材稀释率较高等问题。80年代以来出现的激光堆焊法与使用同一材料的氧 —乙炔火焰堆焊法相比 ，激光堆焊层组织细微、 致密 ，不良品率仅为前者的 1/ 10。激光堆焊的速度快 ，生产率比氧— 乙炔火焰堆焊高 75倍 ， 而堆焊的材料使用量仅为其 1/ 2。而且激光堆焊层的室温硬度比氧 — 乙炔火焰堆焊的高 50HV 左右。 激光堆焊质量与激光的光束模式、 功率及堆焊速度等因素有关。4 激光加工替代模具冲压加工 1 激光切割替代薄板件的冲裁模激光切割替代钣金件及汽车车身制造中的冲裁修边模大有可为。三维激光切割技术 ， 由于其本身具有加工灵活和保证质量的特性 ， 在 80 年代就开始在汽车车身制造中应用。切割时只需用平直的支撑块来支撑工件 ， 因此夹具的制作不仅成本低而且快速。由于与 CAD/ CAM 技术相结合 ，切割过程易于控制 ， 可实现连续生产和并行加工 ， 从而实现高效率的切割生产。切割板材所使用的激光器主要有两大类 ， 即CO2 激光器和 Nd : YA G激光器 ，功率为 100～1 500W ， 因为功率小于 1 500W 的激光器其振动模式为单模 ， 切缝宽度为 1～ 2mm ， 切割面也很整洁 ，而输出功率大于 1 500W 时激光器的振动模式为多模 ， 割缝宽度近 1mm ， 切割面质量较差。因 Nd :YA G的激光可通过光导纤维输送 ， 比较灵活方便 ，适用于机器人手执激光喷嘴配程序控制进行精确操作 ， 因此在三维切割时大多采用。影响激光切割工件质量的主要因素有切割速度、焦点位置、辅助气体压力、 激光输出功率及模式。美国福特和通用汽车公司以及日本的丰田、日产等汽车公司 ， 在汽车生产线上普遍采用激光切割技术 ， 它不必采用各种规格的金属模具 ， 除了快速方便地切割各种不同形状的坯料外 ， 还用来大量切割加工因规格不同需要更改的零件安装孔位置 ， 如汽车标志灯、 车架、 车身两侧装饰线等。通用汽车公司生产的卡车仅车门就有直径为 < 8～<39mm 的20种孔 ， 公司采用 Rofin- Sinar 的 500W 激光器通过光纤连接到装在机械手的焊头上 ， 用以切割这些孔 ，1min 就完成一扇门开孔的加工 ，孔边缘光滑 ，背面平整 。< 8mm 孔的公差为 03～ 08mm ，<12mm 孔的公差为 - 25mm～ + 03mm。该公司生产的卡车和客车有 89 种孔径和孔位配置不同的底盘 ，经过优化设计 ，现在只需要冲压 5种不同的底盘 ，然后再由激光切割出配置不同的孔 ，简化了工艺 ，提高了效率 ，降低了成本。我国自然科学基金委在 1997 年把大功率 CO2及 YA G激光三维焊接和切割理论与技术作为重点项目进行资助 ， 国家产学研激光技术中心的课题组成员对此进行了系统的研究 ， 为在我国汽车车身制造业中应用三维激光立体加工技术做出了很大贡献。该中心为一汽轿车公司、宝山钢铁公司等国有大型企业的技术改造开展了重大工程项目攻关 ， 其中开发红旗加长型轿车覆盖件的三维激光制造工艺技术 ， 在我国轿车生产中是首次采用。在汽车用薄厚钢板激光大拼板拼接工艺试验研究中首次采用了激光切割替代精裁工艺技术 ， 取得了较好的技术经济效果。三维激光切割在车身装配后的加工也十分有用 ，例如开行李架固定孔、 顶盖滑轨孔、 天线安装孔、修改车轮挡泥板形状等。在新车试制中用于切割轮廓和修正 ，既缩短了试制周期又节省了模具 ，充分体现出采用激光切割加工的优点。 2 激光打标替代冲模打标企业在其生产的零部件上常常需要打上企业自己的标志或特定的符号与数字 ， 以往的方法是使用冲模打标或用铸模成型 ， 打标质量不高。采用数控激光机打标不仅速度快 ， 而且克服了冲模打标中常见的毛边、尖锐的边缘和畸变。由于采用计算机控制 ， 因此可以打出任意复杂的图案 ， 省去了模具设计、 制造及调试等环节 ，大大缩短了产品的开发制造周期 ， 同时也降低了成本。因激光打标机所需功率小 ，成本低 ，打出的标记美观、 漂亮 ，现已为大多数企业所采用。 3 激光成形替代弯曲模成形金属板料的激光成形技术是一种利用聚焦光束以一定的速度扫描金属板料表面 (扫描速度应足够快以防止表面熔化) ，使热作用区内的材料产生明显的温度梯度 ，导致非均匀分布的热应力 ，从而使板料塑性变形的方法。与常规成形方法相比 ， 激光成形《模具工业》 No 4 总 242 43具有许多优点: ① 属于无模成形 ，生产周期短 ，柔性大 ， 可不受加工环境限制 ， 通过优化激光加工工艺参数 ， 精确控制热作用区域以及热应力的分布 ， 将板料无模成形; ② 因其是一种仅靠热应力而不用模具使板料变形的塑性加工方法 ， 因此属无外力成形; ③ 为非接触式成形 ，所以不存在模具制作、 磨损和润滑等问题 ，也不存在贴模、 回弹现象 ，成形精度高; ④ 可使板料通过复合成形得到形状复杂的异形件(如球形件、 锥形件和抛物形件等) 。激光成形机理的实质就是弯曲机理。当激光加热板料时 ， 一方面在激光作用区及其周围产生热应力 ， 同时降低了被加热区域板料的屈服极根 ， 从而使热应力作用区的热态材料产生非均匀的塑性变形 ，实现板料的弯曲成形。试验表明 ，激光每扫描一道次 ，金属板料可弯曲 1° ～5° ，不同的扫描轨迹和工艺参数组合能够产生不同的成形效果和不同程度的变形量 ， 即可得到各种复杂形状的工件。图 2表示在工艺参数为激光速功率 5kW ， 激光束直径 4mm ， 材料 SUS304 ， 厚 1mm ， 碳涂覆面的条件下 ，激光扫面速度与材料弯曲角之间的变化关系。图 2 激光扫描速度对弯曲角的影响现在世界上许多国家都投入较大的人力、物力对激光成形技术进行专项研究 ， 在某些领域现已开始了初步的工业应用。波兰基础技术研究所的HFrackiewicz 教授利用激光成形先后制造出了筒形件、 球形件、 波纹管和金属管的扩口缩口、 弯曲成形等;德国学者 MGeiger 等将激光成形与其他加工工序复合运用于汽车制造业 ， 进行了汽车覆盖件的柔性校平和其他成形件的成形 ， 而且对弯曲成形过程进行计算机闭环控制 ， 提高了成形精度。德国Trumpf 公司于 1997 年开发了商品化激光成形多用机床 Trumat ic L 3030。 相信随着研究的不断深入以及其他相关技术的发展 ， 激光成形技术将逐趋成熟 ，进入实用化阶段。5 结束语激光加工技术作为一种先进的加工工艺 ， 在国外各行业已得到了广泛的应用 ，我国机械行业在 “九五”期间也将其作为十大技术之一。国家自然科学基金委也把激光加工工艺和激光加工设备的研究作为重点研究项目进行资助 ， 并明确指出其主要应用领域应该在汽车制造业。模具作为一种工具 ， 其生产周期、质量和成本直接影响产品的制造过程和销售。而激光作为一种万能加工工具 ， 在减少模具制造装备 ，缩短模具制造周期 ，降低制造成本和保证模具质量等方面具有很大的优势。如何在实际生产中应用激光加工技术来优化模具制造工艺 ， 对传统的模具制造工艺进行改进和组合 ， 需要我们做出不断的努力。参 考 文 献1 陈大明 ，徐有容 模具钢表面激光熔覆硬面合金层改性研究金属热处理 ，1998 ， (1)2 李懦荀 ，平雪良连续激光强化模具刃口的工艺研究电加工 ，1995 ， (6)3 孙中发 我国激光产业发展对策上海交通大学学报 ，1997 ， (10)4 曹 能 ，冯 梅激光加工技术在汽车工业中的应用 ，宝钢技术 ，1998 ， (3)5 管延锦 ，孙升激光快速成形与制造技术及其在汽车工业中的应用汽车工艺与材料 ，1999 ， (9)6 A Domenico 加工汽车车身部件的三维激光切割技术 机电信息 ，1999 ， (6)7 周建忠 ，袁国定应用激光强化技术提高覆盖件模具寿命模具工业 ，2000 ， (4)8 胡晓峰 基于数控激光切割的快速制模方法研究 江苏理工大学硕士论文 ，9 M Geiger ，F Voll tert Flexible St raightening ofcar Body Shells by laser 10 Bob T Welding Tailorde B Welding Jou-rnal ，1995 ， (8)11 M Geiger Synergy of laser Material Porcessing andMetal F Annals of t he CIRP ，1994 ，43(2)12 H Arnet ，F Vollert Extending Laset bendingfor t he generation of convex Porc Inst M E ，1995 ， (209)13 Trumf Lt The heat is on for laser profiler SheetMetal Indust ries ，1997 ， (1)

先给你点资料看看，写论文还是要自己动脑筋的！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、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为：　　激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。　　激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。　　激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器。　　激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。 　　激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。　　激光打孔：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。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。国内目前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、多层印刷线路板等行业的生产中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器。　　激光热处理：在汽车工业中应用广泛，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。我国的激光热处理应用远比国外广泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器为主。　　激光快速成型：将激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合而形成。多用于模具和模型行业。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主。　　激光涂敷：在航空航天、模具及机电行业应用广泛。目前使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器为主。

激光技术的发展与应用论文选题意义

激光的原理早在1916年已被著名的物理学家爱因斯坦发现，但是直到1958年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且在科学技术领域内的应用前景更是不可限量。激光对自然科学领域的渗透和影响，促进了各个学科的发展，并促成许多新学科的形成。可以说，激光技术是现代科学技术中最为活跃的领域之一。

具体应用光纤通信光纤常被电信公司用于传达电话、构建网络等。跟传统的铜线相比光纤的信号衰减小、抗干扰能力高，光纤传播特别是在远距离、大容量传输场合，光纤的优势更为明显。军事科技激光在科技、军事上的应用也有很多。如激光光谱、激光雷达、激光武器(远程击毁导弹)等等。工业生产纤绿激光激光在工业上的应用也非常的广泛。如激光打标、激光打孔、激光裁床、激光切割、激光绣花等等。激光的迅速准确的特性能够更好的在工业生产上发挥重要作用，同时也能够更好的节约成本。医疗卫生在医学、生活中激光的应用也非常广泛。如激光生命科学研究、激光诊断、激光治疗，其中激光治疗又分为：激光手术治疗、弱激光生物刺激作用的非手术治疗和激光的光动力治疗。炫酷流行生活讲究炫酷，镭射就是个很好的激光应用例子，他可以把影像在空中投影，就是我们常说的空气投影，手表上就可以没有表面，中间悬空显示时间，保准你回头率高！日常生活随着科技的发展，激光也走入了人们的日常生活。便有了激光灭蚊的产品推出，利用激光消灭蚊子。激光器每秒可击毙50只到100只蚊子。除了速度快之外，该激光器还很精准，还能区别蝴蝶和蚊子，也能分辨雌蚊子和雄蚊子之类。激光治疗激光技术作为一种新的科学技术有着广阔的应用前景。快速、精准是其最大的优势，激光不仅能够在精密仪器上打标，还可以对地毯等快速的切割。激光机在现代的工业事业上功不可没。推进工业的快速发展。激光走进了人们的生活同时也加速了人类社会的进步。

关于把光速减慢到比自行车还慢的技术