金屬零件加工制造過程中,零部件邊緣往往存在毛刺、飛邊、掛渣等多余材料,導致邊緣加工質(zhì)量低需進行精整工序,在如今高精密制造要求下傳統(tǒng)工藝難以滿足精整需求。激光加工技術由于其非接觸加工、易柔性化、去除材料速度快等獨特的優(yōu)勢,有望改善金屬零件邊緣加工質(zhì)量,因此提出一種金屬零件邊緣激光精整技術,利用激光微細加工的能力,快速掃描去除多余材料以提高邊緣質(zhì)量。針對上述問題與解決思路,本文首先對激光與金屬相互作用進行數(shù)值模擬,然后在金屬試樣表面進行微凹槽加工工藝試驗研究,分別利用納秒、皮秒兩種激光對軸承鋼GCr15和鈦合金TC11試樣進行邊緣精整試驗并優(yōu)化,最后對金屬激光作用后的組織和硬度進行檢測,主要內(nèi)容及結(jié)論如下:（1）基于激光與金屬相互作用機理,利用COMSOL Multiphysics軟件分別建立納秒激光、皮秒激光與鈦合金TC11相互作用模型,得到納秒、皮秒單個脈沖燒蝕深度分別為2.9μm、0.7μm,預測兩種激光去除精度分別是微米級、亞微米級。納秒激光會使作用區(qū)域周圍形成凸起,與實際試驗形貌吻合。詳細研究皮秒激光不同激光功率、掃描速度、重復次數(shù)對微凹槽燒蝕深度的影響規(guī)律,模擬值偏大于試驗值,... 

【文章來源】：江蘇大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

激光精整工藝示意圖

激光輻照在加工面上，在微小區(qū)域產(chǎn)生巨大的功率密度，導致晶粒的暴露和組織的改變，從而改善了表面形貌以及組織。將試驗結(jié)果與未修整過的砂輪比較，如圖 示，發(fā)現(xiàn)砂輪激光修整后不僅表面較為光滑，而且表現(xiàn)出較高的磨削效率，這取決光修整砂輪導致表層硬化，并有較好的組織演變。圖 1.1 激光精整工藝示意圖Fig. 1.1 Sketch of laser finishing technology

從而輸送至材料并產(chǎn)生沖擊波。水也比氣體更有效地冷卻工件，在某些情況下，水或其分解產(chǎn)物還能與材料發(fā)生化學反應，并提出除水以外的液體輔助激光加工也可以考慮的指導思想，但水是最常見、最便宜和最安全的介質(zhì)[40]。除此之外，有研究發(fā)現(xiàn)在金屬表面涂抹相應的液態(tài)涂料能夠增強激光的吸收，改善表面加工質(zhì)量[41]。Yu L[42]等提出了一種有效的激光表面加工去熔渣方法。研究了三種加工條件（室溫空氣下加工、冷凍樣品加工、表面添加冷凍水層加工）對激光表面加工質(zhì)量的影響。發(fā)現(xiàn)激光微加工技術與冷凍水層相結(jié)合，能夠改善加工質(zhì)量抑制熔渣的產(chǎn)生，并降低了燒蝕區(qū)域材料的拉伸模量和硬度，同時摩擦學性能試驗驗證了這種加工方法能夠降低摩擦系數(shù)和磨損。Hu J[43]等對比水下和空氣中在不銹鋼表面激光織構(gòu)加工質(zhì)量，并研究了水深、脈寬、重復頻率等工藝參數(shù)對微凹坑形貌的影響規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)激光在水中的熱效應可以被抑制，同時蒸發(fā)水的反沖壓力可以增加微凹坑的深度。水深太小，水膜容易破裂致使不銹鋼暴露在空氣中，水深過大，大部分能量在到達不銹鋼之前就被水吸收，如圖 1.3 所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]短脈沖及超短脈沖激光對金屬的燒蝕及微加工研究[D]. 王曉東.華中科技大學 2009

碩士論文
[1]基于激光復合微織構(gòu)技術的滑動導軌減摩防爬行研究[D]. 解玄.江蘇大學 2018
[2]飛秒激光加工的軸承鋼表面微織構(gòu)潤滑減摩特性研究[D]. 何江濤.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[3]鋁合金表面激光加工熱效應仿真與實驗研究[D]. 張金琪.山東大學 2015
[4]超聲去除小孔交叉孔處毛刺加工方法的研究[D]. 任翠紅.太原理工大學 2014
[5]規(guī)則表面微造型的激光加工和摩擦特性研究[D]. 孟小霞.江蘇大學 2007
[6]金屬材料脈沖激光刻蝕微加工的基礎研究[D]. 劉院省.北京工業(yè)大學 2007



本文編號：3432651