短电弧车削蜂窝环重铸层影响实验研究

蜂窝密封结构是当代航空发动机的先进高效密封结构,传统加工难以满足其加工质量要求,且一般电加工效率低,因此选择短电弧车削。针对材料为GH3536的蜂窝密封环进行实验,为研究不同参数对其加工后重铸层的影响,设置单因素试验,以重铸层厚度和微观形貌作为检测指标,分析电流及电压波形图、工件表面扫描电镜图、截面金相图和表面能谱图。结果证明:重铸层厚度随电压和进给速度增加而增加,随工件和电极转速增加而减小,且表面质量有相同的趋势,多槽挡板电极可以得到更好的冲液效果,重铸层更薄且表面质量更好。因此,适当降低电压和进给速度、提高工件和电极转速,以及采用多槽挡板电极,可减少微裂纹、冲蚀凹坑、褶皱和熔滴颗粒等现象,提高工件表面质量,降低重铸层厚度。

电火花加工钛合金电参数对重铸层的影响规律研究

电火花加工(Electric Discharge Machining,EDM)后工件表面产生的重铸层(recast layer)严重影响工件的表面完整性和机械性能。重铸层厚度(Recast Layer Thickness,RLT)是电火花加工的一项重要工艺指标,特别是在电火花加工钛合金中更为关键,重铸层厚度主要受电参数的影响。以钛合金Ti6Al4V为试验对象,首先讨论主要电参数(峰值电流、脉宽、占空比和间隙电压)对重铸层厚度的影响规律;然后基于重铸层对表面粗糙度和材料去除率带来的影响,在考虑重铸层厚度、表面粗糙度和材料去除率等多目标下优化电参数组合;最后,结合不同重铸层厚度的加工要求,总结电参数选择原则。经试验验证,最优电参数组合在满足薄重铸层厚度和低表面粗糙度的同时,材料去除率提升了2.76倍。

毫秒激光加工小孔与重铸层的后处理工艺

利用钇铝石榴石晶体(Nd:YAG)毫秒激光器以正交实验法在1Cr13不锈钢材料上进行加工实验,得出在现有条件下具有最小重铸层微小孔的脉冲激光优化参数(如脉宽、峰值功率、频率、离焦量).采用一种化学酸溶液对按此优化参数加工出来的微小孔进行腐蚀,发现腐蚀后孔壁上激光加工形成的重铸层已被完全去除,表明由脉冲激光优化参数加工出的微小孔能够很好地配合化学酸溶液的腐蚀.该复合加工方法具有成本低、效率高、操作简单的特点,不仅解决了高能束热源在金属上加工微小孔时常有重铸层及微裂纹缺陷的问题,而且得到了孔壁光滑、轮廓清晰的高质量微小孔.

Al_2O_3陶瓷YAG激光切割重铸层的研究

针对激光切割陶瓷产生的重铸层和裂纹，设计了超音速喷嘴，采用侧吹高速辅助气流与同轴切割气流复合技术，研究了激光加工工艺参数对重铸层及裂纹的影响规律。

Al_2O_3陶瓷激光打孔重铸层的研究

重铸层及重铸层中产生的微裂纹是影响陶瓷激光打孔质量的主要原因 ,本文采用 YAG激光器对 Al2 O3打孔 ,研究了脉冲频率、平均功率对重铸层的影响 ,并采用准分子激光器进行打孔的对比试验 ,讨论了准分子打孔时 ,消除重铸层及重铸层裂纹的机理 .

激光打孔孔壁重铸层的电解去除工艺研究

针对激光加工微小孔存在重铸层和微裂纹的问题,利用电解后处理进行去除。研制了激光-电解复合加工实验系统,并在GH4169镍基高温合金上进行了电解去除激光打孔孔壁重铸层的工艺研究,主要分析了电解电流、NaNO3溶液浓度和脉冲电解参数对电解速率和重铸层去除效果的影响。实验结果表明:当电流密度大于13.8A/cm2时,电解速率与电流成正比例关系;恒流电解时,NaNO3溶液浓度对电解速率无影响,故可根据电流和电压确定其浓度;脉冲电解加工中低频宽脉冲、高频窄脉冲有利于电解速率的提高,且频率为1kHz,占空比为40%～60%的电解速率最大,这是由于脉冲电解加工中产生氢气压力波,对加工间隙的电解液起到了良好的搅拌作用,提高了电流效率,电解速率随之增大。通过合适的电解加工参数,实现了激光制孔孔壁重铸层的完全去除。

靶材背面辅助材料影响激光打孔重铸层分布的实验研究

针对激光直冲加工微小孔时,孔出口重铸层较厚、毛刺较多的问题,提出了在靶材背面增加辅助材料的方法,探究不同吸光能力的材料对激光打孔重铸层分布的影响。辅助材料按照吸光能力分为透射光材料、吸收光材料和散射光材料,选择的3种典型代表材料为石英玻璃、石蜡和NaCl,分别对3种材料激光打孔孔口形貌和重铸层厚度的影响进行实验研究,并对其作用机理进行了深入分析。实验结果显示:背面增加辅助材料可以有效地减小出口的重铸层厚度和出口毛刺,但入口重铸层厚度有不同程度的增加,且脉宽对打孔结果有明显影响;相比之下,NaCl的作用效果最佳,其入口重铸层增量较小,出口干净圆整,重铸层厚度减小了60%以上,减至10~15μm。

激光参量对血管支架重铸层及热影响区的影响

为了探究光纤微秒激光加工中关键工艺参量对心血管支架重铸层和热影响区的形成机理及变化趋势,采用了基于不同单因素参量下光纤微秒激光切割316L医用不锈钢的实验方法.通过进行理论分析和实验验证,得到了单因素参量下316L心血管支架的实物模型及其热影响区及重铸层的检测数据.结果表明,重铸层厚度主要受脉冲宽度及激光功率影响,随脉冲宽度和脉冲功率的增大而增大,当脉宽为20μs时,最小重铸层厚度为3.0μm;热影响区厚度与脉冲宽度、脉冲频率、激光功率、切割速率有关,即随脉冲宽度及脉冲频率的增大而增大,随功率的增大先增大后减小,随切割速率的增大先减小后增大,当脉冲频率为5000Hz时,最小热影响区厚度为0.2μm.通过研究316L心血管支架重铸层及热影响区的形成机理及变化趋势,为后续的正交实验及抛光实验奠定了基础.

飞秒激光能量密度对镍基合金重铸层和加工效率的影响

以航空发动机叶片制孔为导向,结合飞秒激光对单晶镍基高温合金材料的非热熔性损伤阈值(Φth1)和热熔性损伤阈值(Φth2)特征,研究了飞秒激光能量密度(0<Φ<44.2J/cm2)对制孔重铸层和加工效率的影响规律。研究结果表明:在Φth1<Φ<Φth2时,镍基合金经飞秒激光加工后加工侧壁没有出现明显的重铸物;在Φ>Φth2时,加工侧壁开始出现重铸物,并随着能量密度的增加,重铸层厚度增大。在试验结果的基础上,建立了飞秒激光单脉冲加工深度与能量密度的定量关系。能量密度越高,飞秒激光单脉冲加工深度越大,加工效率越高。

激光加工气膜孔重铸层的研究进展

气膜冷却孔是航空发动机涡轮叶片上的重要冷却结构,激光可以在涡轮复杂曲面上制备出高精度气膜孔。激光作用过程中产生的重铸层会降低气膜冷却效果。虽然超快激光通常视为“冷”加工,但大功率高重频的超快激光也会出现热损伤。激光加工气膜孔技术的重点是多方面的,重铸层形成机理及其抑制方法是激光加工气膜孔技术的重点之一。目前对激光加工气膜孔重铸层的研究集中于加工参数的影响。激光加工气膜孔重铸层的研究已经取得了一定的成果,但是尚未解决重铸层形成机理问题。从重铸层的金相组织、元素组成等方面对重铸层进行表征分析是一种可能的研究方向,介绍激光加工气膜孔的加工原理与现状,并对激光加工微孔时重铸层的相关研究进行综述,总结了目前关于重铸层形成机理的相关理论研究。

SiCp/Al复合材料厚板皮秒激光制孔重铸层影响研究

为了探究激光加工高体积分数碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料厚板的成孔特征,采用激光旋切法对厚度为4mm的SiCp/Al复合材料进行直径为1mm的制孔实验,分析紫外皮秒激光制孔中重铸层及其表面裂纹的形成机理,获得了关键激光加工参数(激光功率百分比和扫描速率)对孔重铸层的影响规律。结果表明,SiCp/Al复合材料厚板皮秒激光加工中存在百微米级别的重铸层,重铸层厚度不随激光功率的增加而单调变化,在100%的激光功率下厚度最小,其值为99.5μm;而随激光扫描速率的增加而增加,在100mm/s的扫描速率下厚度最小,其值为71.2μm;厚板紫外皮秒激光加工SiCp/Al复合材料的重铸层呈现“月牙型”的弧状形貌特征,同时重铸层表面显著存在横向和纵向等多种裂纹。该研究为实现SiCp/Al复合材料皮秒激光低损伤微小孔加工提供了一定的理论指导。

微细电火花加工及表面重铸层电解去除装置的设计

微细电火花加工工件表面的重铸层影响加工精度和使用性能,为此设计了具有微细电火花加工及电解去除表面重铸层功能的集成装置。该装置由运动平台、伺服控制、脉冲电源等关键部分组成,集成了微细电火花和微细电解加工功能。针对不同加工方法采用不同的控制策略,解决了微细电火花加工与电解加工在同一设备上的集成问题。通过实验验证,该装置可以很好地实现微细电火花加工表面重铸层的在线去除,且去除厚度可通过改变加工参数的形式来控制。

Ti6Al4V合金毫秒激光打孔重铸层的形成机制

Ti6Al4V合金在毫秒激光打孔过程中,沿孔壁会形成严重影响成品性能的重铸层。考虑熔体受到的热学和力学等方面的影响,基于修改的流体力学方程和改进的水平集法,建立了激光打孔的固/液/气三相二维数值计算模型,在单脉冲能量为3J的条件下,对不同脉宽参数的激光打孔进行数值研究。运用后处理技术提取了打孔过程中重铸层的温度场、流场和厚度分布情况。结果表明,蒸发和喷溅是熔体排除的主要方式,重铸层是在热-力耦合作用下形成的。重铸层的厚度随激光脉宽的增大而增加,并呈现从孔口到孔底逐渐变薄的特征。

厚板高功率激光切割重铸层微观组织研究

本文研究了18 mm厚316L不锈钢激光切割重铸层宏微观成形特征,基于扫描电镜和电子背散射衍射仪,分析了重铸层表面和截面晶粒的形态和尺寸。结果表明:重铸层表面的Fe元素少量蒸发,从上部到下部重铸层表面由紊流向层流转变,厚度逐渐增大,组织呈现为分层的针状晶形态;对于晶体取向,切缝顶部晶粒的外延生长比例低于底部,前者生长方向的随机分布由熔体紊流引起,后者的外延生长由熔体层流引起;母材中的γ相为等轴晶形态,δ相呈带状分布;重铸层中γ相的晶粒形态不规则,粗化至母材的2倍左右,而δ相则弥散分布,细化至母材中δ相尺寸的1/6~1/2;组织转变的原因是激光切割过程中极大的温度梯度大幅缩短了δ相形成温度的持续时间,同时,熔体扰动促使δ相弥散分布。

CVD金刚石涂层工具的水膜辅助脉冲激光加工技术研究

为了揭示水膜层在CVD金刚石涂层磨削工具脉冲激光加工过程中的重铸层抑制作用,基于皮秒脉冲激光加工实验,研究水膜辅助对激光加工重铸层的影响。并在此基础上,采用激光烧蚀实验与理论建模相结合的方法,研究水膜辅助激光功率和扫描速度等加工参数对烧蚀沟槽几何尺寸和形貌特征的影响规律,并验证激光加工理论模型的准确性。结果表明,材料表面形成的水膜层能有效抑制脉冲激光加工重铸层的形成,加工后的材料表面与内部均未发现重铸物质。水膜辅助激光加工实验结果与单纯激光加工理论计算模型吻合度较高,说明水膜层能够有效消除由重铸层引起的激光烧蚀阻碍作用,从而提高激光加工效率。因此,水膜辅助脉冲激光加工技术为新型CVD金刚石涂层磨削工具提供了精密高效的加工方法。

基于胡麻油工作液电火花成形加工可行性研究

传统的电火花工作液煤油或碳氢矿物油等,存在加工效率低、表面质量差且环境污染和资源消耗等问题。而绿色可持续制造也是当今发展的主要趋势。因此文章提出利用植物油胡麻油为工作液在电火花成形加工中的实验研究,旨在实现绿色可持续电火花加工。研究响应参数电流、脉冲宽度和间隙电压对材料去除率,表面粗糙度值,表面质量的影响规律。实验结果表明,胡麻油在电火花加工过程中表现出显著的性能优势。胡麻油为工作液时,材料去除率显著提高,可获得更好的加工表面,表面裂纹明显减少,重铸层厚度更薄。说明胡麻油具有代替传统工作液的潜质,有望进一步促进绿色电火花加工技术的发展和应用。

基于曲面响应法的短电弧磨削蜂窝环工艺研究

蜂窝密封结构是当代航空发动机的先进高效密封结构,传统加工难以满足加工质量的要求,需要采用短电弧加工技术加工此类零部件。为获得最优的加工参数,以重铸层厚度和微观形貌为指标,分析电流及电压波形、表面能谱、工件表面和截面形貌,并进行响应曲面分析。结果表明:对重铸层厚度和加工时间影响的显著性为:进给速度>工件转速>电极转速,重铸层厚度随进给速度增加而增加,随工件和电极转速增加而减小,且表面质量有相同的趋势。多目标优化获得最佳参数为:工件转速5.863 r/min,电极转速287.114 r/min,进给速度0.087 mm/min。因此,适当降低进给速度,提高工件和电极转速,可减少微裂纹、冲蚀凹坑和熔滴颗粒等现象,提高工件表面质量,降低重铸层厚度。

激光旋切法加工高质量微小孔工艺与理论研究

针对激光微小孔加工中微小孔几何形貌和孔壁重铸层这2个影响微小孔加工质量的关键因素,利用大功率Nd:YAG毫秒脉冲激光器,分别在304不锈钢和DZ445定向结晶镍基合金上进行孔加工实验,主要研究了激光旋切法加工微小孔的工艺特点,对旋切法所涉及的3个关键参数(旋切路径、旋切速度、旋切圈数)对孔质量的影响规律进行了深入探讨。结果显示:边缘起点的旋切路径易导致孔缘出现缺口,而圆心起点的旋切路径可以避免这种现象;旋切速度和旋切圈数对孔壁重铸层厚度影响显著,重铸层厚度随着旋切速度的降低和旋切圈数的增加而减小,其机理在于,孔壁重铸层在旋切过程中会因激光的重复照射再次发生熔化,并在气化压力与辅助气压等驱动力的共同作用下克服黏滞力发生质量迁移,进而从孔出口排出,在其他工艺条件不变的情况下,重铸层的厚度与质量迁移的持续时间成反比。

氧化铝陶瓷基板过孔的新型激光打孔工艺

陶瓷基板激光打孔一固有缺点即孔周围会形成大量不规则堆溅物。提出一种直接在凝胶注模成型陶瓷素坯上激光打孔的新工艺。Nd:YAG激光在氧化铝上打孔的研究表明,该方法能大大减少堆溅物的形成,从而得到分布致密、形状规则的微孔。

激光微织构发动机缸孔的后处理工艺研究

针对激光微织构技术在工件表面附带形成重铸层,影响工件表面质量的问题,基于激光脉冲功率分布曲线分析了重铸层的形成机理及特性;采用"单脉冲同点间隔多次"优化工艺抑制了重铸层的形成。确定了针对发动机缸孔的后处理工艺:第一阶段中软砂条去除重铸层余量15 s,第二阶段超软砂条修复织构表面的抛光工艺20 s。珩磨头定压进给约1.5 MPa。结果表明:该工艺能高效、稳定的去除灰铸铁缸孔表面凹腔激光微织构的重铸层,表面Rpk值显著降低,对微织构形貌及未织构化区域均无破坏。