激光制造技术及应用.doc

《激光制造技术及应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、随着激光制造技术的快速发展，激光技术已经在工业领域得到广泛的应用。通过介绍激光制造技术在汽车、航空航天、钢铁冶金等工业领域的应用，展示其在低能耗、短流程、绿色环保等发展理念方面的先进性和广泛性。介绍大功率半导体激光器和光纤激光器这两种代表未来激光制造系统发展方向的新型激光器，希望能够改变工业用激光制造装备主要依赖进口的现状，最终形成我国新一代激光制造产业链。　　1激光技术在运输机械制造中的先进性　　1.1汽车工业　　以汽车工业为例，在样车的开发和小批量试生产时，用高度柔性的激光三维切割取代冲孔和修边模具，不仅可以节省大量模具，同时极

2、大地缩短了新车型的开发周期。传统方法研制开发一代新车一般需要5～7年的时间，采用计算机辅助设计和辅助制造技术后，新车型的开发周期缩短到了3年，在此基础上应用激光技术，新车型的开发周期缩短到7个月。由于激光三维切割取代模具的优势显著，德国大众汽车公司早在1986年就采用了激光柔性机器手切割系统，逐步发展成为汽车制造业巨头。　　在汽车零部件制造方面，激光焊接的变速器齿轮替代了花键联接的齿轮，极大地减少了零部件的数量，提高了变速器的整体质量与性能，降低了变速器齿轮的制造成本;根据车身不同部位的承重和使用要求，利用激光焊接将不同材质、不同厚

3、度和不同表面状态的坯板拼焊在一起，然后一次压制成形制造车身部件，极大地简化了生产工艺流程，节省了大量材料，显著降低了车身重量。汽车工业发达的欧、美等国家和地区都建立了生产激光拼焊板的专业公司。　　在车身总装上，激光焊接取代了电阻点焊工艺(图1)，使得汽车设计师可以自由地发挥其想象力和创造性，设计出独特风格的车型。同时激光焊接较之电阻点焊具有更高的效率、更优异的性能、更小的材料消耗等优势.　　 　　图1激光焊接取代电阻点焊　　由于激光制造技术所具有的无与伦比的优势，在欧洲，几乎所有汽车制造厂在汽车研制开发和生产中都无一例外的大量采用激

4、光加工。德国大众公司2002年一次性就订购了260台4kW大功率YAG激光器，主要用于车身的总装。德国博世(Bosch)公司的生产线上总共安装了不同类别的大功率激光加工设备400余台套，主要用于汽车零部件的加工。实际上，激光制造技术在汽车制造中应用的广度和深度已经成为汽车工业先进性的重要标志。　　和发达国家相比，我国激光制造技术应用的水平和规模虽然还存在很大差距，但市场潜力巨大。中小功率焊接已在企业应用，形成了一批激光加工站，一些大型企业也建立了激光加工工位，如一汽轿车股份公司建立了汽车覆盖件的激光三维制造生产线(图2)，新一代大“

5、红旗”CA7460轿车仅用了ll套成形模具，所有覆盖件的切孔和修边均由激光切割来完成，节省模具几百套。同时，在我国，蒂森接缝公司与中人公司合资于2002年在武汉建设了中国第一条激光拼焊板生产线，为德国汽车企业在中国的合资公司提供拼焊板(图3)。　　 　　图2“一汽”的激光三维加工样车生产工位　　 　　图3在武汉建立的激光车用集成拼焊板生产线　　1.2航空工业　　空中客车公司拥有35年设计和建造飞机的历史，空客A380将整体制造工艺向前推进了一大步，是欧洲空中客车公司设计生产的运输力最大的民用飞机，全机最高载客量为840人，面积多出4

6、0%以上，机身重量减轻18%，成本下降21.4%～24.3%。空客A380之所以能大大减轻飞机重量，减少油耗排放，降低营运成本的主要原因就是采用激光焊接技术应用于飞机机身、机翼的内隔板与加强筋的全部连接(图4)，取代原有的铆接工艺，被德国宇航界称为航空制造业中的一大技术革命。　　 　　图4飞机机身、机翼筋板与蒙皮粘接、铆接和激光焊接结构对比　　2钢铁行业中的绿色短流程制造技术　　高速线材轧机被称为钢铁行业的“印钞机”。据统计，到2004年底，中国的大型(年产量45万t以上)高速线材生产线发展到77条，高速线材年产量为3705万t，占

7、当年国内线材产量的75%。我国高速线材生产线以每年2～3条的速度增加，已成为拥有高速线材生产线最多、产量最高的国家。高速线材行业消耗量最大、价格昂贵的关键部件是硬质合金轧辊(辊环)。对于高速线材来说，线材的轧制温度为9001100℃，最终轧制速度为50～130m/s，辊环工作时受到每秒高达300次的交变外应力和热应力，辊环常出现热疲劳裂纹(表面龟裂)且磨损严重。传统的硬质合金辊环采用热等静压烧结技术生产，制造工艺流程相当复杂，工序较多，生产周期比较长，耗时耗能巨大。高速线材辊环在表面磨损量达到6～10mm左右时就整体报废，造成了大量

8、昂贵硬质合金材料的浪费，且钨的回收污染比较严重，费时、费力、耗能源。每年国内的高速线材行业花费大量外汇购买国外的硬质合金辊环。　　我国是钢铁第一大国，.钢铁行业对国民经济发展起着重要的支撑作用，但同时又是能源、资源消耗和环境污染大户，