激光沖擊波碾壓LY2鋁合金表面完整性研究
發(fā)布時間：2020-12-27 03:23
本文提出了一種基于激光沖擊波效應(yīng)的金屬表面碾壓技術(shù)（Laser shock wave planishing,LSWP）。該技術(shù)在常規(guī)激光沖擊處理中的約束層和基體表面間增加了一層接觸膜,利用激光沖擊波波壓作用于接觸膜,對金屬粗糙表面進行“碾壓”,從而獲得集光整與強化為一體的表面,解決常規(guī)激光沖擊處理技術(shù)在粗糙度控制方面的缺點。本文以航空LY2鋁合金為研究對象,探索了表面微特征在LSWP作用下的變形規(guī)律以及數(shù)控銑削表面的LSWP作用效果,獲得的主要成果如下:（1）利用皮秒激光系統(tǒng)在LY2鋁合金試樣表面構(gòu)造出微米級環(huán)形槽微特征,并通過實驗分析了微特征在不同激光能量LSWP處理后的截面形貌變化。發(fā)現(xiàn)微特征在LSWP作用下頂部被鐓粗變形,顯示出平頂形狀;隨著激光功率密度的增加,微特征峰點的高度持續(xù)下降,而底部則先隆起,然后下沉。（2）利用有限元分析技術(shù)進一步探討了微特征在LSWP作用下的動態(tài)變形過程以及其他工藝參數(shù)的影響,發(fā)現(xiàn):在LSWP過程中,微特征底部受到周圍材料向下拖拽和向上擠壓的共同作用,且較優(yōu)的激光能量可以使最終的擠壓量大于拖拽量;微特征在一次LSWP沖擊下的動態(tài)演化過程可以分成靜止-...
【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
(a)葉片表面積垢(b)葉片粗糙壁面氣流Fig.1.1(a)Foulingonbladesurface(b)Airflowinroughbladewallsurface
圖 1.2 激光沖擊處理葉片示意圖Fig. 1.2 Schematic diagram of blade treated by laser shock peening光沖擊波技術(shù)的研究概況激光沖擊波技術(shù)的特點光沖擊波技術(shù)是利用高功率短脈沖激光誘導(dǎo)高壓等離子體產(chǎn)生，等工件內(nèi)部形成激光沖擊波，對工件造成強大的力效應(yīng)。除了最主要用外，激光沖擊波技術(shù)還廣泛用于金屬表面的織構(gòu)毛化[24-27]、板材微零件沖裁[32-34]等等。與傳統(tǒng)機械加工的技術(shù)相比，激光沖擊波技點：)高壓。激光誘導(dǎo)的沖擊波峰值壓力高達到 GPa 甚至 TPa 量級[35]，械加工的范圍(如機械噴丸僅能產(chǎn)生 MPa 級的壓力)。高壓激光沖擊表面，可以細化晶粒[19]，并引起高幅值、大深度殘余壓應(yīng)力，促
單點內(nèi)的表面粗糙度隨著激光沖擊次數(shù)的增加而減小，而多點搭接的形貌產(chǎn)生周期性塑性變形，呈波浪起伏狀。Dai 等人[61]對不同初始表面形貌的 LY2 鋁合金進行了激光沖擊強化處理(如圖 1.3 所示)，發(fā)現(xiàn)激光沖擊波一方面會平整凸起，一方面又會增加粗糙度，因此在粗糙度較大時可以降低粗糙度而在粗糙度較小時會增加粗糙度，并且粗糙度存在一個最終的穩(wěn)定值。之后，Dai 等人[62]進一步研究了剛性接觸激光沖擊處理技術(shù)(Rigid Contact Laser Shock Processing, RCLSP)，此技術(shù)的作用過程如圖 1.4 所示，發(fā)現(xiàn)相比于一般 LSP 技術(shù)，RCLSP 可以快速有效地降低 LY2 鋁合金的最終粗糙度，且接觸膜的動態(tài)屈服強度越大，粗糙度極限值越小。本文的研究是此技術(shù)的延續(xù)，采用強度更高的接觸膜，以提高表面光整性能為主要目標提出一種基于激光沖擊波效應(yīng)的金屬表面碾壓技術(shù)(LSWP)，并深入研究了 LSWP 作用中表面微特征的變形過程和數(shù)控銑削表面的平整效果，將此作為激光沖擊波技術(shù)的新應(yīng)用。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]激光沖擊強化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 吳嘉俊,趙吉賓,喬紅超,陸瑩,孫博宇,胡太友,張旖諾. 光電工程. 2018(02)
[2]智能制造在航空發(fā)動機企業(yè)的探索與實踐[J]. 孟震威,秦新冰. 智能制造. 2017(07)
[3]葉片表面粗糙度對壓氣機特性影響的研究[J]. 王冠超. 科技資訊. 2015(36)
[4]航空發(fā)動機原理及進展研究[J]. 周賀,張志軒. 南方農(nóng)機. 2015(10)
[5]舉全國之力,打贏航空發(fā)動機“翻身仗”——專訪中國工程院院士劉大響[J]. 莊敏. 大飛機. 2014(06)
[6]激光驅(qū)動飛片復(fù)雜輪廓多孔微沖裁實驗及模擬[J]. 陸萌萌,劉會霞,沈宗寶,王霄,顧春興. 中國激光. 2014(04)
[7]低塑性拋光技術(shù)在壓氣機葉片上的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 孫明霞,梁春華. 航空制造技術(shù). 2014(07)
[8]航空發(fā)動機風(fēng)扇/壓氣機葉片激光沖擊強化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 梁春華. 航空制造技術(shù). 2012(Z2)
[9]Aero-engine Blade Fatigue Analysis Based on Nonlinear Continuum Damage Model Using Neural Networks[J]. LIN Jiewei,ZHANG Junhong,ZHANG Guichang,NI Guangjian,and BI Fengrong* State Key Laboratory of Engines,Tianjin University,Tianjin 300072,China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2012(02)
[10]發(fā)動機整體葉盤的激光沖擊強化技術(shù)(邀請論文)[J]. 鄒世坤,鞏水利,郭恩明,李斌. 中國激光. 2011(06)
博士論文
[1]激光噴丸強化鋁合金的疲勞裂紋擴展特性及延壽機理研究[D]. 黃舒.江蘇大學(xué) 2012
碩士論文
[1]整體葉盤數(shù)控砂帶磨削關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 曹思林.重慶理工大學(xué) 2018
[2]航空發(fā)動機葉片數(shù)控砂帶磨削方法[D]. 謝樂.重慶理工大學(xué) 2017
本文編號：2941004
【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
(a)葉片表面積垢(b)葉片粗糙壁面氣流Fig.1.1(a)Foulingonbladesurface(b)Airflowinroughbladewallsurface
圖 1.2 激光沖擊處理葉片示意圖Fig. 1.2 Schematic diagram of blade treated by laser shock peening光沖擊波技術(shù)的研究概況激光沖擊波技術(shù)的特點光沖擊波技術(shù)是利用高功率短脈沖激光誘導(dǎo)高壓等離子體產(chǎn)生，等工件內(nèi)部形成激光沖擊波，對工件造成強大的力效應(yīng)。除了最主要用外，激光沖擊波技術(shù)還廣泛用于金屬表面的織構(gòu)毛化[24-27]、板材微零件沖裁[32-34]等等。與傳統(tǒng)機械加工的技術(shù)相比，激光沖擊波技點：)高壓。激光誘導(dǎo)的沖擊波峰值壓力高達到 GPa 甚至 TPa 量級[35]，械加工的范圍(如機械噴丸僅能產(chǎn)生 MPa 級的壓力)。高壓激光沖擊表面，可以細化晶粒[19]，并引起高幅值、大深度殘余壓應(yīng)力，促
單點內(nèi)的表面粗糙度隨著激光沖擊次數(shù)的增加而減小，而多點搭接的形貌產(chǎn)生周期性塑性變形，呈波浪起伏狀。Dai 等人[61]對不同初始表面形貌的 LY2 鋁合金進行了激光沖擊強化處理(如圖 1.3 所示)，發(fā)現(xiàn)激光沖擊波一方面會平整凸起，一方面又會增加粗糙度，因此在粗糙度較大時可以降低粗糙度而在粗糙度較小時會增加粗糙度，并且粗糙度存在一個最終的穩(wěn)定值。之后，Dai 等人[62]進一步研究了剛性接觸激光沖擊處理技術(shù)(Rigid Contact Laser Shock Processing, RCLSP)，此技術(shù)的作用過程如圖 1.4 所示，發(fā)現(xiàn)相比于一般 LSP 技術(shù)，RCLSP 可以快速有效地降低 LY2 鋁合金的最終粗糙度，且接觸膜的動態(tài)屈服強度越大，粗糙度極限值越小。本文的研究是此技術(shù)的延續(xù)，采用強度更高的接觸膜，以提高表面光整性能為主要目標提出一種基于激光沖擊波效應(yīng)的金屬表面碾壓技術(shù)(LSWP)，并深入研究了 LSWP 作用中表面微特征的變形過程和數(shù)控銑削表面的平整效果，將此作為激光沖擊波技術(shù)的新應(yīng)用。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]激光沖擊強化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 吳嘉俊,趙吉賓,喬紅超,陸瑩,孫博宇,胡太友,張旖諾. 光電工程. 2018(02)
[2]智能制造在航空發(fā)動機企業(yè)的探索與實踐[J]. 孟震威,秦新冰. 智能制造. 2017(07)
[3]葉片表面粗糙度對壓氣機特性影響的研究[J]. 王冠超. 科技資訊. 2015(36)
[4]航空發(fā)動機原理及進展研究[J]. 周賀,張志軒. 南方農(nóng)機. 2015(10)
[5]舉全國之力,打贏航空發(fā)動機“翻身仗”——專訪中國工程院院士劉大響[J]. 莊敏. 大飛機. 2014(06)
[6]激光驅(qū)動飛片復(fù)雜輪廓多孔微沖裁實驗及模擬[J]. 陸萌萌,劉會霞,沈宗寶,王霄,顧春興. 中國激光. 2014(04)
[7]低塑性拋光技術(shù)在壓氣機葉片上的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 孫明霞,梁春華. 航空制造技術(shù). 2014(07)
[8]航空發(fā)動機風(fēng)扇/壓氣機葉片激光沖擊強化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 梁春華. 航空制造技術(shù). 2012(Z2)
[9]Aero-engine Blade Fatigue Analysis Based on Nonlinear Continuum Damage Model Using Neural Networks[J]. LIN Jiewei,ZHANG Junhong,ZHANG Guichang,NI Guangjian,and BI Fengrong* State Key Laboratory of Engines,Tianjin University,Tianjin 300072,China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2012(02)
[10]發(fā)動機整體葉盤的激光沖擊強化技術(shù)(邀請論文)[J]. 鄒世坤,鞏水利,郭恩明,李斌. 中國激光. 2011(06)
博士論文
[1]激光噴丸強化鋁合金的疲勞裂紋擴展特性及延壽機理研究[D]. 黃舒.江蘇大學(xué) 2012
碩士論文
[1]整體葉盤數(shù)控砂帶磨削關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 曹思林.重慶理工大學(xué) 2018
[2]航空發(fā)動機葉片數(shù)控砂帶磨削方法[D]. 謝樂.重慶理工大學(xué) 2017
本文編號：2941004
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/hangkongsky/2941004.html
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