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激光打孔是一项非常重要的激光加工应用技术，相对于传统的机械钻孔方式，具有独特的优势和不可替代的作用，如效率高、精度高、无机械应力及无工具损耗等，已成为现代微小孔加工领域的关键技术之一。本文基于目前国内外对在耐热钢20Cr13上进行激光打孔的研究还很少，且大多关于激光打孔的研究仅采用单因素试验方法分析工艺参数对小孔质量影响的现状，从激光与金属材料作用的机理、有限元数值仿真和工艺试验研究三个方面对耐热钢20Cr13材料的激光微孔加工进行深入研究。 首先，本文在激光与材料作用的一般规律的基础上，研究激光与金属材料作用的机理，分析激光打孔的物理过程，并介绍现有的激光打孔方式及其各自的特点与适用范围。其次，基于有限元和热分析理论，建立激光微孔加工过程的温度场数学模型，对微孔加工过程中的瞬态非线性相变问题及其处理方法进行深入分析;应用有限元热分析软件ANSYS12.0运行APDL程序进行数值仿真，分析不同脉冲个数作用下激光微孔加工过程中的温度场变化规律;在温度场分析的基础上，进一步对不同脉冲个数作用下微孔轮廓的形成过程进行数值仿真，求解计算孔径和孔深的仿真值，得出上孔径和孔深随脉冲个数变化的曲线图，发现其变化规律均与实际激光打孔的作用相符，为试验研究提供指导。 再次，选用0.8mm的耐热钢20Cr13为试验材料，采用Nd∶YAG激光器进行激光微孔加工的试验研究，并运用OLYMPUS BX51M光学显微镜进行观察微小孔的质量（上、下孔径、孔口堆积物、飞溅和热影响区）;选择脉冲能量、脉冲个数、脉冲宽度、重复频率和离焦量为研究对象，并采用单因素试验方法系统研究各工艺参数对小孔质量的影响，比较分析不同脉冲能量和不同脉冲个数作用下小孔尺寸的仿真值与试验值，对有限元数值仿真结果的准确性进行验证。 最后，在单因素试验法的基础上，设计五因素五水平的正交试验方案，以小孔的上、下孔径和锥度为性能指标，采用极差分析方法，研究各工艺参数对小孔质量的影响程度;并对工艺参数进行优化，得出能够获取较小上、下孔径和小孔锥度的最优工艺参数组合为:脉冲能量0.9 J，脉冲个数3，脉冲宽度1.1 ms，重复频率45 Hz，离焦量+1.0 mm。