浅谈特种加工技术及其应用

摘 要：本文首先概述了什么是特种加工技，重点介绍了各种特种加工方法及其应用，并简要分析了其发展趋势。

关键词：特种加工；应用；发展趋势

20世纪以来，随着科学技术的飞速发展一些尖端科学和新兴工业领域的许多设备要求在各种工况下工作，各种具有特殊物理、机械性能的材料愈来愈多地被使用，有些材料的硬度已超过现有刀具材料的硬度，使用普通刀具已无法加工。 此外，各种形状复杂、尺寸精密微小或特大、难以处理的薄壁或弹性元件等应用亦愈来愈多，在零件的结构工艺性上对制造加工技术提出了更加高的要求，这对传统的加工方法是难以甚至无法实现的。为此，研发人员一方面通过研究高效加工刀具和刀具材料、研制新型自动机床等途径，进一步改善切削状态，提高切削加工水平；另一方面，则突破传统加工方式的束缚，探索新的加工方法，于是本质上区别于传统切削加工的特种加工便应运而生。

1特种加工概述

特种加工是相对传统切削加工而言，直接或复合利用电能、电化学能、化学能、光能、物质动能等对工件进行加工的工艺方法总称。传统切削加工的本质与特点：一是刀具材料比工件材料有更高的硬度：二是靠机械能切除工件上多余的材料。特种加工是对传统机械加工方法的有力补充和延伸，现已成为模具和工具行业不可缺少的重要加工方法，并正向着精密化、智能化方向发展。特种加工技术在国内外各行各业的应用中取得了巨大成效，它们有着各自的特点，使特殊材料或特殊结构工件的加工工艺性发生了根本变化，解决了传统加工方法所遇到的一些难题，已经成为现代工业领域中不可缺少的重要加工手段和关键制造技术。 2特种加工方法及其应用

特种加工技术所包含的范围非常广，随着科学技术的发展，特种加工技术的内容也不断丰富。就目前而言，各种特种加工方法已达数10种，一般按能量来源和作用形式以及加工原理可分为如下形式。

2.1电火花成形（穿孔）加工

该法可加工任何导电材料。它是利用火花放电腐蚀金属原理，用工具电极（纯铜或石墨）对工件进行复制加工的工艺方法，可用于加工型腔模（锻模、压铸模、

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注塑模等）和型腔零件；加工冲模、粉末冶金模、挤压模型孔零件、小异型孔、小深孔等、其中最为典型的应用是在、YG8(硬质合金)工件上，加工一个直径1mm深80mm的孔，只需12分钟；电火花双轴回转展成法加工凹凸球面、球头；电火花共轭同步回转可加工精密螺纹、齿轮等复杂表面；目前已能加工出0.005mm的短微细轴和、0.008mm的浅微细孔以及直径小于1mm的齿轮。

2.2电火花线切割加工

电火花线切割加工是利用移动的细金属丝（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电腐蚀，实现切割成形的加工方法、它同样可以加工任何导电材料；加工各种形状的冲模、切割电火花成形加工用的电极、切割零件等、典型的应用。例如：试制切割特殊微电机硅钢片定转子铁心芯；切割斜度锥面、上下异形面工件；工件倾斜数控回转切割加工双曲面零件；数控三轴联动加分度切割加工扭转四方锥台超声波加工：它是利用加工工具的超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种成形方法、超声波加工的尺寸精度可达0.05～0.01mm，表面粗糟度Ra值可达0.8～0.1μm，它适宜加工任何脆硬材料，可加工各种孔和型腔，也可进行套料切割、开槽和雕刻等、由于超声波加工的生产效率比电火花加工低，而加工精度和表面粗糟度相对较好，所以常用于对工件的抛磨和光整加工激光加工：是利用经过透镜聚焦的能量密度极高的激光焦点（高温和冲击波），使工件材料被熔化或蒸发去除的加工方法、合理选用激光参数，可实现激光切割、打孔、焊接，激光打标、激光表面处理，还可用于电子元器件的封装等、激光加工的尺寸精度可达0.01、0.001mm，表面粗糟度Ra值可达0.4、0.1、m，无需使用工具，加工速度极高，适于任何材料，特别适于深径比大的（深径比50～100）小孔和微孔（孔径0.01～0.1）。激光表面处理是结合高功率激光技术及粉末冶金技术，对工件进行表面加工处理，从而改变工件表面组织结构、成分及特性，提高其物理性能，使其恢复或超过原技术性能和应用价值的工艺技术，具有较高的实用价值、激光法（应用激光）还是制造纳米材料的重要手段。

2.3电化学加工

该法包括从工件去除金属的阳极电解蚀除加工和向工件上沉积金属的阴极电镀沉积加工两大类、它可以加工复杂成型模具和零件，例如汽车、拖拉机连杆等各种型腔锻模，航空、航天发动机的扭曲叶片等、电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面、刷镀可修复磨损的零件，改变原表面的物理性能，有很大实用价值

2.4电子束加工

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电子束加工是利用高速电子冲击动能加工金属的、其原理是在真空条件下，用电流加热阴极发射电子束，再用静电使电子束加速至光速的一半左右，通过电磁透镜聚焦，使电子束以极高的速度轰击在工件表面的微小面积上、电子束大部分能量都变成了热能，能量密度高达109W/cm2，被轰击表面将瞬时熔化和气化，从而去除局部材料，达到加工目的、电子束加工适于任何材料，控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，便可实现打孔、切割等加工目的。

典型应用：用于专用塑料打孔机，将电子枪发射的片状电子束分成数百条小电子束同时打孔，其速度可达每秒50000孔，孔径0.04～0.12mm可调；用于加工人造纤维喷丝头的异型孔，出丝口的窄缝宽度为0.03～0.07mm，长度约为0.8mm，喷丝板厚度为0.6mm；用于焊接铜和不锈钢、钢和硬质合金、铬镍和钼等异种不相亲和的金属。

2.5离子束加工

该法原理和电子束加工基本类似，也是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之打到工件表面、不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍、离子束加工适于任何材料，用不同的加速电压，可获得不同能量的离子束、若改变离子束相对于工件表面的入射方向，就可实现离子注入、离子切削溅射镀覆等离子束加工等离子弧加工：它是利用电弧放电使气体电离成过热的等离子高温气体流束，靠局部熔化和气化来去除材料的、等离子体是指正负带电粒子数量大体相等的高温气体，它能受电磁场的约束、等离子体加工可通过控制高温等离子流，实现切割、熔化、焊接、喷镀以及粉末制造和材料精炼等。

2.6水射流切割

水射流切割又称液体喷射加工，是利用（从孔径为0.1～0.5mm的人造蓝宝石喷嘴喷出的）高压（70～400Mpa）高速(300～900m/s)的喷射水流对工件的冲击作用来去除材料的，有时也称水切割或俗称水刀、水射流切割主要用于加工很薄很软的金属和非金属材料，包括铜、铝、铅等材料及其制品，可代替硬质合金切槽刀具，而且切边的质量很好、例如：汽车制造业中用于切割石棉刹车片等；还可切割19mm、厚的吸音天花板10、mm厚的有机玻璃。

2.7化学加工

化学加工是利用酸、碱、盐等化学溶液与金属产生化学反应，使金属腐蚀溶解，改变工件尺寸和形状（甚至表面性能）的加工方法。其属于成形加工的化学加工法主要有化学铣切（化学蚀刻）照相制版和光刻。

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2.8快速成型技术

该技术通过计算机辅助设计（CAD）或者三维数字测量仪，将所需要的零件转化为计算机内的电子模型，利用计算机，根据用分层软件获得的零件的CAD模型某一截面的几何信息，选择性地固化、粘结或熔结特定材料（粉末、层片、熔丝等）某一区域，从而变为一个构成零件实体的水平方向层面，后续的材料与已固化层黏结，逐渐堆积成一个三维实体--零件。

目前具有代表性的快速成型工艺有：光敏树脂液相固化成型、选择性粉末烧结成型、薄片分层叠加成型和熔丝堆积成型。该技术主要用于模型制造，模具加工以及单件小批量复杂零件制作。

2.9电磁成形加工

该方法是利用磁场力使金属坯料变形的高效率成形方法、因为在成型过程中载荷是以脉冲的方式作用于毛坯的，因此又称为磁脉冲成形、电磁成型可广泛应用于管材的胀形、缩径、冲孔、翻边和连接；板材冲裁、压印和成型；组装件的装配；粉末压实；电磁铆接及放射性物质的封存等，对一些特殊零件是优先选用的方法。

2.10液电冲压成形加工

该方法是利用液电效应对金属进行冲压成形的工艺方法、当高压脉冲放电在液体中发生时，液体内会产生强烈的爆炸，其冲击压力可达102～104MPa，这就是所谓的液电效应，也叫电水锤效应。该法具有成形速度高，可用于高强高硬的金属材料；工件回弹小，加工精度高；能同时完成拉伸、冲孔、剪切、压印、翻边等多种工序等优点、该法适合形状复杂及高强高硬金属工件的冲压成形。

液电冲压成形法在国外的机械加工行业中已有应用，并已有这种成形设备的 系列产品面世。

2.11爆炸加工

爆炸加工是以炸药（火药或可燃气体）为能源把金属毛坯加工成型或焊接在一起的加工工艺、爆炸加工过程是炸药化学能转化为机械能的过程、由于炸药爆炸是快速过程，与常规加工方法(液压、冲压)相比，爆炸加工具有压力大、变形速度快、加工时间短、功率大等特点。例如，把直径一米的毛坯加工成为封头，用水压机生产时，作用于毛坯的平均压力为几十个大气压（1气压-101325Pa），成型时间为十几秒；而在爆炸成型时，作用于毛坯的平均压力为几千个大气压，成型时间约为1/100秒。

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爆炸加工应用范围较广，主要有爆炸成形、爆炸焊接、爆炸硬化、高速（爆炸）模锻等几个方面。

3特种加工技术的发展趋势

特种加工技术近十几年来得到了快速发展，在世界范围内越来越受到人们的重视，发挥的作用也越来越大。特种加工采用不同的能量形式加工零件，相对于传统的切削加工技术，特种加工普遍具有以柔克刚 、加工力影响较小等优势。

为进一步提高特种加工技术水平及扩大其应用范围，当前特种加工技术的发展趋势主要包括以下几点：

? 采用自动化技术；

? 趋向精密化研究；

? 开发新工艺方法及复合工艺；

? 污染问题是影响和限制有些特种加工应用发展的严重障碍；

? 进一步开拓特种加工技术。

细微化是特种加工技术发展的重要趋势，由于当前的工业产品越来越追求小型化和微型化，微细结构和微细零件的加工需求不断增长，同时带动了各种制造技术向小型化、微细化发展，比如细微的电火花加工、微细电化学加工、微细的激光加工、微细离子束加工等技术可以实现很小尺度内的加工，这些技术在国内外都发展得很快而且将得到越来越广泛的应用。

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第二篇：特种加工技术的应用及发展趋势

特种加工摘要随着我国机械制造业的快速发展，电火花加工技术在民用和国防工业中的应用越来越多，特别是数控电火花成形加工机床和数控电火花线切割加工机床不仅在模具制造业中广泛应用，而且在一般机械加工企业中逐渐普及.电火花加工技术是实践性与理论性都很强的一门技术，用户既要掌握电火花工艺方面的知识，又要充分熟悉电火花机床的功能与编程知识。目前，我国的电火花机床操作者中，大多只经过短期培训，缺乏系统的理论知识，只能进行简单加工的程序编制，严重影响了加工设备的高效使用。为适应现代化加工技术的要求，电火花机床操作者，要全面掌握所需的专业知识；从事电火花加工的技术人员也需要提高自身的技术水平；企业也急需一批电火花加工方面懂工艺、会编程，能够熟练操作和维护机床的应用型技术人才。 针对上述现状，作者对高职高专目前常见的电火花加工技术方面的教材进行了认真研究，并对国内数十家企业进行了调研，根据电火花加工技术人才知识结构的市场需求，从培养学生必备的基础知识和操作技能出发，汇集多年的教学和在企业的实践经验，编写了本书。本书由电火花加工技术基础，电火花成形加工机床、加工工艺及编程，电火花线切割加工机床、加工工艺及编程三部分组成。学生在学习本课程前，已学过“机械制造技术”和“数控原理及其应用”课程，并已进行过金工实习或生产实习，对机械加工工艺和数控机床已有初步了解。关键字：电火花 加工 技术1.激光加工技术原理1.1激光加工技术简介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、微加工等的一门技术。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。 1.2激光技术分类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：1）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。2）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。3）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。 　4）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。　5）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。6）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。7）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。8）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。9）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 1.3激光加工技术工作原理激光加工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化气化而进行穿孔、切割和焊接等的特种加工。2.激光加工技术发展过程早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、 气体激光器加工原理高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。固体激光器加工原从激光器输出的高强度激光经过透镜聚焦到工件上，其焦点处的功率密度高达10(～10(瓦/厘米(，温度高达1万摄氏度以上，任何材料都会瞬时熔化、气化。激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进

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体激光器和气体激光器。技术特性　激光加工技术与传统加工技术相比具有很多优点，所以得到如此广泛的应用。尤其适合新产品的开发：一旦产品图纸形成后，马上可以进行激光加工，可以在最短的时间内得到新产品的实物。 1、光点小，能量集中，热影响区小； 　2、不接触加工工件，对工件无污染； 3、不受电磁干扰，与电子束加工相比应用更方便； 4、激光束易于聚焦、导向，便于自动化控制。 　5、范围广泛：几乎可对任何材料进行雕刻切割。 　6、安全可靠：采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或机械应力。 　7、精确细致：加工精度可达到0.1mm 　8、效果一致：保证同一批次的加工效果几乎完全一致。 9、高速快捷：可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割，且激光切割的速度与线切割的速度相比要快很多。 10、成本低廉：不受加工数量的限制，对于小批量加工服务，激光加工更加便宜。 　11、切割缝细小：激光切割的割缝一般在0.1-0.2mm。 12、切割面光滑：激光切割的切割面无毛刺。 13、热变形小：激光加工的激光割缝细、速度快、能量集中，因此传到被切割材料上的热量小，引起材料的变形也非常小。 　14、适合大件产品的加工：大件产品的模具制造费用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成本提高产品的档次。 　15、节省材料：激光加工采用电脑编程，可以把不同形状的产品进行材料的套裁，最大限度地提高材料的利用率，大大降低了企业材料成本。应用范围：激光加工技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，它的范围一般可分为：1．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。2．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。聚焦后的极细的激光光束如同刀具，可将物体表面材料逐点去除，其先进性在于标记过程为非接触性加工，不产生机械挤压或机械应力，因此不会损坏被加工物品；由于激光聚焦后的尺寸很小，热影响区域小，加工精细，因此，可以完成一些

常规方法无法实现的工艺。 　激光加工使用的“刀具”是聚焦后的光点，不需要额外增添其它设备和材料，只要激光器能正常工作，就可以长时间连续加工。激光加工速度快，成本低廉。激光加工由计算机自动控制，生产时不需人为干预。 作用激光能标记何种信息，仅与计算机里设计的内容相关，只要计算机里设计出的图稿打标系统能够识别，那么打标机就可以将设计信息精确的还原在合适的载体上。因此激光打标软件的功能实际上很大程度上决定了激光打标系统的功能。激光切割技术简介激光切割分类: 1、汽化切割 　工件在激光作用下快速加热至沸点，部分材料化作蒸汽逸去，部分材料为喷出物从切割缝底部吹走。这种切割机是无融化材料的切割方式。 2、熔化切割 激光将工件加热至熔化状态，与光束同轴的氩、氦、氮等辅助气流将熔化材料从切缝中吹掉。 3、氧助熔化切割 　金属被激光迅速加热至燃点以上，与氧发生剧烈的氧化反应（即燃烧），放出大量的热，又加热下一层金属，金属被继续氧化，并借助气体压力将氧化物从切缝中吹掉。 作用　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。现代的激光成了人们所幻想追求的“削铁如泥”的“宝剑”。 以CO2激光切割机为例，整个系统由控制系统、运动系统、光学系统、水冷系统、排烟和吹气保护系统等组成，采用最先进的数控模式实现多轴联动及激光不受速度影响的等能量切割，同时支持DXP、PLT、CNC等图形格式并强化界面图形绘制处理能力；采用性能优越的进口伺服电机和传动导向结构实现在高速状态下良好的运动精度。激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下，通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率的脉冲激光，形成一定频率，一定脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬间高温熔化或气化被加工材料。每一个高能量的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机控制下，激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点，这样就会把物体加工成想要的形状。切割时,一股与光束同轴气流由切割头喷出，将熔化或气化的材料由切口的底部吹出(注：如果吹出的气体和被切割材料产生热效反应,则此反应将提供切割所需的附加能源；气流还有冷却已切割面，减少热影响区和保证聚焦镜不受污染的作用)。与传统的板

材加工方法相比,激光切割其具有高的切割质量(切口宽度窄、热影响区小、切口光洁) 、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状) 、广泛的材料适应性等优点。 激光焊接技术简介　激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功地应用于微、小型零件焊接中。高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔接，在机械、汽车、钢铁等工业部门获得了日益广泛的应用。与其它焊接技术比较，激光焊接的主要优点是：激光焊接速度快、深度大、变形小。能在室温或特殊的条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。便如，将铜和钽两种性质截然不同的材料焊接在一起，合格率几乎达百分之百。也可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精密定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型元件的组焊中，例如，集成电路引线、钟表游丝、显像管电子枪组装等由于采用了激光焊，不仅生产效率大、高，且热影响区小，焊点无污染，大大提高了焊接的质量。 作用可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。在YAG激光技术中采用光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广与应用。 激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。激光热处理技术（激光相变硬化、激光淬火）简介　激光热处理是利用高功率密度的激光束对金属进行表面处理的方法，它可以对金属实现相变硬化（或称作表面淬火、表面非晶化、表面重熔粹火）、表面合金化等表面改性处理，产生用其大表面淬火达不 到的表面成分、组织、性能的改变。经激光处理后，铸铁表面硬度可以达到HRC60度以上，中碳及高碳的碳钢，表面硬度可达HRC70度以上,从而提高起抗磨性,耐腐蚀,抗氧化等性能,延长其使用寿命。作用激光热处理技术与其它热处理如高频淬火,渗碳,渗氮等传统工艺相比,具有以下特点：1.无需使用外加材料,仅改变被处理材料表面的组

织结构.处理后的改性层具有足够的厚度,可根据需要调整深浅一般可达0.1-0.8mm 。 　2.处理层和基体结合强度高.激光表面处理的改性层和基体材料之间是致密的冶金结合,而且处理层表面是致密的冶金组织,具有较高的硬度和耐磨性。 　3.被处理件变形极小，由于激光功率密度高，与零件的作用时间很短（10-2-10秒），故零件的热变形区和整体变化都很小。故适合于高精度零件处理，作为材料和零件的最后处理工序。 　　4．加工柔性好，适用面广。利用灵活的导光系统可随意将激光导向处理部分，从而可方便地处理深孔、内孔、盲孔和凹槽等，可进行选择性的局部处理。 其他技术激光打孔技术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。 激光熔覆技术利用激光高功率密度，由激光加工系统在数控控制下，在基材表面指定部位形成一层很薄的微熔层，同时添加特定成分的自熔合金粉，如镍基、钴基和铁基合金等，使它们以熔融状态均匀地铺展在零件表层并达到预定厚度，与微熔的基体金属材料形成良好的冶金结合，并且相互间只有很小的稀释度，在随后的快速凝固过程中，在零件表面形成与基材完全不同的、具有预定特殊性能的功能熔覆材料层，从而可以完全改变材料表面性能，可以使价廉的材料表面获得极高的耐磨、耐蚀、耐高温等性能。该工艺可以修复材料表面的孔洞和裂纹，可以恢复已磨损零件的几何尺寸和性能。激光快速成形技术 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。 现状及国内外发展趋势作为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，激光技术和激光产业的发展受到世界先进国家的高度重视。 　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。据1997~19xx年的最新激光市场评述和预测，19xx年全世界总

激光器市场销售额达32.2亿美元，比19xx年增长14%，其中材料加工为8.29亿美元，医疗应用4亿美元，研究领域1.5亿美元。19xx年总收入预计增长19%，可达到38.2亿美元。其中占第一位的材料加工预计超过10亿美元，医用激光器是国外第二大应用。 　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15%，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。 　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。通常认为YAG激光器切割可以得到好的切割质量和高的切割精度，但在切割速度上受到限制。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。 　目前，国外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。打孔峰值功率高达30~50kw，打孔用的脉冲宽度越来越窄，重复频率越来越高，激光器输出参数的提高，很大程度上改善了打孔质量，提高了打孔速度，也扩大了打孔的应用范围。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手表宝石轴承的生产中。

研究开发的重点　目前激光加工技术研究开发的重点可归纳为：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的发展及应用； 　精细激光加工，在激光加工应用统计中微细加工19xx年只占6%，19xx年翻了一倍达12%，19xx年已增加到20%； 　加工系统智能化，系统集成不仅是加工本身，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。 技术与科学的关系　　科学的任务是认识世界，技术的任务是改造世界，技术是从科学到生产的中间环节，是把科学理论转化为生产力的桥梁，技术来源于实验经验的总结和科学原理的指导。 技术特性　当技术的使用在现代社会无所不在，一套共同的特性可以用来现代技术上。许多的作者，如McGinn (1991)和Winston (2003)列了下列一些关键的特性：复杂度，指大多现今的工具都很难以了解的特性(即需要一连串对制造或使用的事先训练)。一些较相对简单使用，但却相对困难去理解其来源和制造方法，如餐刀、棒球及高加工食品等。另外也有很难使用且很难理解的，如拖拉机、电视、电脑等。 　依赖性，指现今工具多依赖著其他的现代工具，而其他的现代工具又依赖着另外的其他现代工具的事实，不论是在制造、使用上面。例如，车子便有一巨大且复杂的制造及维护工业持撑著。而使用也需要有一复杂的公路、街道、高速公路、加油站、保养厂和废弃物收集等设备。 　　多样性，指相同工具的不同类型和变异。想像今日所存在的众多汤

匙和剪刀。即使是更复杂的工具也通常有许多的形状和样式，如建筑起重机或车子。 　　普及性，规模，指现代技术的普及。简单地说，技术似乎在每一个角落。它支配了现代的生活。另外，规模亦指许多现代技术计划的范围，如手机网络、因特网、飞机航行、通讯卫星及其对地球上人们的影响。 国外激光加工技术的发展和应用　激光是本世纪的重大发明之一，具有巨大的技术潜力，专家们认为，现在是电子技术的全胜时期，其主角是计算机，下一代将是光技术时代，其主角是激光。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，国外已开发出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。 　激光加工技术的应用 　　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。 　　激光切割技术可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。 　　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

毫米量到微米量级，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0.125～1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(0.01～0.6微米厚)与厚膜电阻(20～50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15～25微米，槽深为5～200微米)，加工速度快(可达200毫米/秒)，成品率可达99.5%以上。 　　激光清洗技术的采用可大大减少加工器件的微粒污染，提高精密器件的成品率。 　　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。 　　激光包覆技术是在工业中获得广泛应用的激光表面改性技术之一, 具有很好的经济性,可大大提高产品的抗腐蚀性。 　　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1/2～1/3, 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。 　　激光强化电镀技术可提高金属的沉积速度, 速度比无激光照射快1000倍, 对微型开关、精密仪器零件、微电子器件和大规模集成电路的生产和修补具有重大义意。使用改技术可使电度层的牢固度提高昂100～1000倍。 　　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。 　　激光加工技术的发展趋势 　　1.数控化和综合化 　　把激光器与计算机数控技术、先进的光学系统以及高精度和自动化的工件定位相结合，形成研制和生产加工中心，已成为激光加工发展的一个重要趋势。 　　2.小型化和组合化 　　国外已把激光切割和模具冲压两种加工方法组合在一台机床上，制成激光冲床，它兼有激光切割的多功能性和冲压加工的高速高效的特点，可完成切割复杂外形、打孔、打标、划线等加工。 　3.高频度和高可靠性 　　目前，国外YAG激光器的重复频度已达2000次/秒，二极管阵列泵浦的Nd：YAG激光器的平均维修时间已从原来的几百小时提高到1～2万小时。 　　4.采用激元激光器进行金属加工 　　这是国外激光加工的一个新课题。激元激光器能发射出波长157～350纳米的紫外激光, 大多数金属对这种激光的反射率很低, 吸收率相应很高, 因此, 这种激光器在金属加工领域有很大的应用价值。　　三、应用于牙科的激光系统 依据激光在牙科应用的不同作用，分为几种不同的激光系统。区别激光的重要特征之一是：光的波长，不同波长的激光对组织的作用不同，在可见光及近红外光谱范围的光线，吸光性低，穿透性强，可以穿透到牙体组织较深的部位，例如氩离子激光、二极管激光或Nd：YAG激光(如图1)。而Er：YAG激光和CO，激光的光线穿透性差，仅能穿透牙体组织约0．01毫米。区别激光的重要特征之二是：激光的强度(即功率)，如在诊断学中应用的二极管激光，其强度仅为几个毫瓦特，它有时也可用在激光显示器上。 用于治疗的激光，通常是几个瓦特中等强度的激光。激光对组织的作用，还取决于激光脉冲的发射方式，以典型的连续脉冲发射方式的激光有：氩离子激光、二极管激光、CO2，激光；以短脉冲方式发射的激光有：Er：YAG激光或许多

Nd：YAG激光，短脉冲式的激光的强度(即功率)可以达到1,000瓦特或更高，这些强度高、吸光性也高的激光，只适用于清除硬组织。 激光在龋齿的诊断方面的应用 1．脱矿、浅龋 2．隐匿龋 激光在治疗方面的应用 1．切割 2．充填物的聚合，窝洞处理 市场展望　　与国际上激光加工系统相比，我国的激光加工系统差距甚大，仅占全球销售额的2%左右。主要表现为:高档激光加工系统很少，甚至没有;主力激光器不过关;微细激光加工装备缺口较大;而这些领域我国的生产企业正在积蓄力量稳步进入，国内应用市场有很大发展空间。 　　预测今后2-3年内，我国销售额将会由20xx年的15亿人民币上升翻一倍，也就是说会达到30亿元产值。其原因: 　　一、国家重视，各级政府部门都在积极关注、规划、立项，多方面资金正在注入。特别是国家强调立项主体由大专院校，科研部门料转到以企业为主，这就促进了企业产品的自主创新，技术升级。 　　二、国内各类制造业接受了激光加工技术，它可使他们的产品增加技术含量，加快产品更新换代，采用它可达到“敏捷制造”的水平，满足市场对“个性化”产品的要求。 　　三、国内已逐步形成了产业群体激光零部件配套企业慢慢补齐，各类具有特色的激光加工系统制造商纷纷建立，国内已形成四个激光加工装备制造的产业带，它们主要分布在华中;珠江三角洲;长江三角洲和京津环渤海经济发达地区。 　　四、国际上知名的激光加工制造商有的在华投资建厂;有的以国内合资生产，总趋势是纷纷进入，形成国际竞争国内化。 　　五、国内在主力激光器方面逐步过关，进入市场应用。如大功率轴流CO2激光器，中小功率金属腔射频CO2激光器，半导体泵浦全固态激光器、光纤激光器、及倍频DPL、大功率二极管模块等，正蓄势待发，进入产品化初期，进入市场。为国产激光加工的升值开拓新应用创造条件。 　　在国内已创立的一片大好形势下，我们殷切期望业内各企业努力创造具有自主创新的产品，尽力避免低价位、低利润率的竞争，使国产设备走上越来越健康发展局势。电火花技术发展过程