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1、,激光机工技术的运用,从一辆汽车看激光加工,Contents,目录,激光切割,激光焊接,激光淬火,激光熔覆,激光打标,Part One,激光切割技术,01,1-1在汽车生产中的应用,原理：利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的（如01mm左右）切缝，完成对材料的切割。,应用：激光切割技术主要应用在车身覆盖件的生产上，如顶棚、车门、前盖、挡风玻璃等,1-2在汽车生产中的优势,激光切割产生的切口平整、无毛边，基本不需要进一步做处理切割速度快，精度高，而且可重复性强可数控编程，使用机器人操作总的来说，激光切割的使用极
2、大地提高了生产效率，节省时间、材料、人力,1-3在汽车研发中的应用,在汽车的研发中，激光切割最大的应用就是无模具生产零部件,1-4在汽车研发中的优势,免去了制造模具的成本，节省研发成本效率高，可大量生产，缩短研发周期加速了研发进程，促进汽车行业的高速发展使得私人订制成为可能,Part Two,激光焊接技术,02,2-1 激光焊接原理,激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效的精密焊接方法,2-2 焊接工艺对比,焊缝深宽比大，光亮美观,1）.由于激光在聚焦以后，光斑细小，使得焊接过程中工件之间接合板宽度减小，能够让两块材料之间的粘合度更好，不会引起材料的表面的损伤以及变形，所以焊接完成
3、以后，也无需对焊缝做后期处理，提高了车体的刚度。2）.扩大了焊接材料的可选性：既可焊接同种材料，也可焊接异种材料，实现不同材质的金属和非金属之间的连接。尤其是激光焊接能够连接航空与汽车工业中比较难焊的薄板合金材料，如铝合金等，并且构件的变形小，接头质量高，重现性好。还可透过玻璃进行焊接。3）热影响区(热性变)小，无须焊丝且焊接质量高.,车身强度提高30%以上（与电阻焊相比）,1）.减小了工件连接之间的接合面宽度，降低了板材使用量2）.非接触式焊接过程，无机械应力。无需使用电极，无点击受损或污染的顾虑。,节约材料，减少耗材，降低重量，降低成本,能量转换效率太低，通常低于10%；,高反射性及高导热
4、性材料如铝、铜及其合金等，焊接性会受激光所改变,设备昂贵,改进：为了消除或减少激光焊接的缺陷,更好地应用这一优秀的焊接方法,提出了一些用其它热源与激光进行复合焊接的工艺,主要有激光与电弧、激光与等离子弧、激光与感应热源复合焊接、双激光束焊接以及多光束激光焊接等。此外还提出了各种辅助工艺措施，如激光填丝焊（可细分为冷丝焊和热丝焊）、外加磁场辅助增强激光焊、保护气控制熔池深度激光焊、激光辅助搅拌摩擦焊等。,2-3 激光焊接发展与前景,我国的现状,汽车工业尚不发达汽车零部件的激光焊接技术已经相当成熟结论：激光焊接技术还没有得到广泛应用,中国的激光焊接处于世界先进水平，具备了使用激光成形超过12平方米
5、的复杂钛合金构件的技术和能力，并投入多个国产航空科研项目的原型和产品制造中。2013年10月，中国焊接专家获得了焊接领域最高学术奖-布鲁克奖，中国激光焊接水平得到了世界的肯定。,Part Three,激光淬火技术,03,3-1 激光淬火原理,将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms（马氏体转变的起始温度）以下防止冷却时内应力使工件变形或开裂保持零件的尺寸和形状精度,钢的激光淬火,激光淬火是利用激光将材料表面加热到相变点以上，随着材料自身冷却，奥氏体转变为马氏体，从而使材料表面硬化的淬火技术。,钢的淬火,3-1 激光淬火原理,3-2 激光淬
6、火的优势,由于激光加热速度快，被处理的模具变形很小激光 淬火清洁、高效不需要水或油等冷却介质淬火硬度比常规方法高 淬火层组织细密、强韧性好由于激光束发散角很小，具有很好的指向性，能够通过导光系统对模具表面进行精确的局部淬火,易变形，甚至开裂工件需要在一种介质中冷却，如水淬、油淬，以使其快速冷却,激光淬火的优势,传统方式的局限,3-3 在汽车中运用,汽车换向器壳体内壁经激光淬火后硬度耐磨性大幅提高，使用寿命提高10倍，其激光淬火费用是高频淬火的1/5柴油机曲轴的激光强化，发动机台架试验证明，强化后的曲轴颈平均磨损比普通淬火减少90%，汽车行驶4.51045104km，曲轴耐磨性提高1倍以上发动机
7、凸轮轴、排气阀及落座、气缸套内壁等部件耐磨性能大大强化，寿命明显增加,作用效果,汽缸类发动机汽缸套壁面,曲轴类曲轴轴颈表面,Part four,激光熔覆技术,04,4-1 激光熔覆原理,基材表面预处理（除去油污与锈蚀，防止熔覆层裂纹，脱落）高能激光束(104106W/cm2)表面辐照迅速冷却（102106/s）形成添料熔覆层,材料表面改性,轧辊表面强化,4-2 在汽车中的运用,汽车零件表面精加工,发动机的排气门：Stellite合金（钴基合金,抗高温氧化）变速器：含钛、镧系元素复合合金（质量轻，硬度高，光泽度好，抗冲击性强）活塞环、曲轴、套缸.换向器、齿轮.,发动机,变速器,齿轮,4-3激光熔
8、覆的优势,耐磨损：排气门熔覆Stellite合金，耐磨性能提高5倍.耐腐蚀：表面熔覆层均匀，抗氧化，发动机寿命提高至300w公里.熔覆层厚度精确可控：镀膜厚度在50m-2mm之间。热影响区域在1mm内，明显小于热喷涂的5mm.降低生产成本（表面合金取代整体），易实现自动化,工件表面熔覆钛锰合金,Part Five,激光打标技术,05,5-1 激光打标原理,激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，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如各种文字、符号、图案的一种打标方法。,5-2 在汽车中的应用,激光加工的最大应用领域之一,5-3 激光打标的优势,激光打标,传统方法,非接触性加工，具有无切削力,热影响小的优点,保证了工件原有的高精度高精度加工，线条可以达到毫米到微米量级，加强了产品防伪性与数控系统结合，形成高自由度的自动化加工系统无污染源，为高环保加工技术,接触性加工，如腐蚀、机械刻划、印刷等加工精度低操作自由度小易造成环境污染，如印刷、腐蚀等,工业需要激光加工,激光加工技术的发展与应用大大地改善了汽车零部件的性能及外观，延长了汽车的使用寿命。,Thank you,
