电火花-激光复合加工减摩钛合金表面试验

采用电火花-激光复合加工方法在钛合金表面加工出微米-纳米多尺度微结构,对表面微结构形貌及摩擦性能进行了测试和分析。结果表明,电火花-激光复合加工形成的微结构可有效降低钛合金表面摩擦系数。当电火花脉冲宽度为8μs,脉冲间距为40μs,激光功率为10W,结构间距为60μm时,微坑半径约为20μm,钛合金微纳米表面摩擦系数为0.1748,较基体降低40%以上,实现了低成本钛合金减摩擦表面制造。

激光复合加工硬脆性材料研究进展综述

玻璃、半导体、蓝宝石、陶瓷和硬质合金等硬脆性材料被广泛应用于建筑、生物医疗、航空航天、集成电路、新能源、光电显示、轨道交通、海洋等领域。但是其高硬度、大脆性、高耐磨性和耐腐蚀等特性也给它们的加工带来巨大挑战。目前,机械加工、离子束加工、化学蚀刻、激光加工等方式是加工硬脆性材料的主要方法。但是这些加工方式依然存在加工效率和加工质量不可兼得的瓶颈问题。为此,研究人员提出了将激光加工和其他加工方式结合起来的复合加工方法,旨在实现硬脆性材料的高质量和高效率加工。概述了主流的基于激光复合的硬脆材料加工方法,主要包括其他方式辅助激光加工、激光辅助其他方式加工、激光辅助激光加工;重点阐述了这些激光复合加工技术的加工原理、研究现状和加工效果;总结了不同激光复合加工方法的优势、局限性和应用场景,最后对激光复合加工硬脆性材料的未来发展趋势提出了展望。

UV+CO_(2)复合激光微盲孔加工工艺研究

UV激光为紫外短波光源,CO_(2)激光为红外长波光源,两者作用于玻纤、树脂等材料的激光能量被吸收率均较高,但作用于铜的激光能量被吸收率则有极大差异。在高频产品领域微盲孔加工中,由于高频材料填充物种类繁多(PTFE、陶瓷、碳氢化合物等),传统CO_(2)激光钻孔机目前无法达到理想加工效果,普遍存在微盲孔品质不良、加工效率低及生产成本较高等问题。文章通过研究传统CO_(2)激光钻孔和复合激光钻孔的差异,寻找更先进、适用性更强的印制电路板微盲孔加工工艺.

激光复合去除加工技术研究综述

激光具有加工宏观至微观尺度简单或复杂形状零件的能力,几乎可用于所有的工程材料,但是激光加工工艺还有一些不足,如加工的热应力、加工毛刺与热损伤。其他的制造工艺如切削加工、电火花加工与电解加工等,加工难加工材料时存在加工效率低、刀具磨损严重等缺点。研究人员一直在寻求解决上述问题的方法,复合加工就是一种解决策略。激光复合加工是在激光加工的基础上复合一种或几种加工工艺而形成的一种新工艺。或者在烧蚀去除材料的过程中通过复合能场提高去除率、改善表面完整性、降低热损伤等;或者激光作为辅助能场,帮助改善材料的可加工性能,从而提升表面质量、增加材料去除率、降低工具的磨损等。激光加热辅助切削、水导激光加工和激光复合探针纳制造是3种典型的激光复合去除加工工艺,从加工技术的原理、仿真与试验研究等方面进行了论述。提高的工艺效率、降低的加工成本与提升的加工零件质量证明了激光复合加工的巨大应用潜力。最后指出了3种激光复合加工工艺目前研究的不足与未来的发展方向。

激光复合加工碳纤维复合材料热损伤控制的研究现状

碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体两种材料复合而成,因为两者的热性能参数差距较大,直接在空气中进行激光加工碳纤维复合材料会出现如较大的热影响区、纤维膨胀、纤维拔出和切面材料分层等损伤问题,所以在激光加工碳纤维复合材料中,对其热损伤的控制成为关键问题。本文对激光复合加工碳纤维复合材料的国内外研究现状进行综述,重点聚焦在气体辅助和水辅助下两种激光加工方法的优缺点,最后对两种情况下的激光加工质量进行分析并总结规律。气体辅助下,不同的气体类型、不同的气压,光气同轴或旁轴辅助会带来不同的加工影响;水辅助有水射流、水层和水导加工三种形式。本文通过总结气/液辅助激光加工碳纤维复合材料的机理,以平衡碳纤维和基体吸收激光能量差异性为目标,为碳纤维复合材料激光低损伤加工提供参考。

氮化硅陶瓷水下激光与超声复合加工方法及其机理研究

陶瓷材料具有强度高、硬度大、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优点,但同时也具有难加工的缺点。研究水下激光去除材料的热学模型与氮化硅水解反应,建立水流辅助超声与激光复合加工试验装置,分别开展不同条件、不同参数下对氮化硅的刻槽加工试验,并采用影像仪和电子显微镜对刻槽深度与表面质量观测比较,应用能谱仪检测生成物成分,综合分析加工机理。研究结果表明在有水辅助激光加工氮化硅过程中,因水的冷却作用减少了激光去除材料的有效能量,刻蚀深度随之变小,但激光作用区的温升加剧氮化硅水解,同时水流带走二氧化硅等生成物,促使加工表面质量明显提高;在水下激光与超声复合加工中,超声振动加大了氮化硅表面水的对流与物质的抛出,提高了刻蚀速率。

脉冲激光电化学复合的定域性研究及三维微细刻蚀加工

在激光电化学复合微细加工系统中,利用透光导电的氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)导电玻璃作为工具阴极,引入激光辐照能量,保证了激光电化学体系的高效复合。采用脉冲激光辐照和电化学溶解蚀除的方法对铝合金进行了加工试验,工件表面在均匀电场作用下所形成的钝化膜,在激光定域辐照的热力冲击作用下被破坏,使基体材料发生电化学反应,而非辐照区域则不发生反应,从而提高了电化学反应的定域性。研究了复合加工定域性受激光热力冲击和气泡折射影响的机理,根据试验结果分析了激光能量,加工电流以及不同加工方式对复合加工定域性的影响,采用优化的工艺参数,有效抑制了激光热影响区和电化学杂散腐蚀,实现了成形精度和表面质量均较好的三维槽腔加工。

纤维增强复合材料激光加工研究进展

对纤维增强复合材料(FRP)激光加工国内外的研究现状进行了梳理。从激光加工中材料的去除过程、去除机理以及热吸收特性等方面综述了FRP激光加工机理;从激光加工热影响区对材料性能影响、影响热影响区因素、热影响区预测等方面梳理了FRP热影响区的研究现状;概述了FRP激光辅助加工技术的研究进展。大量研究表明,由于FRP的各向异性,FRP激光加工与均质材料的激光加工存在显著差异。目前,FRP激光加工的热影响区能有效的降至几微米,显著降低了热影响区对构件性能的影响。为最大限度的融合激光加工的优势,FRP激光复合加工技术在FRP加工领域的应用逐渐受到关注,成为FRP加工技术提升的一个重要发展方向。

高合金钢的激光诱导低压射流复合加工研究

分析激光诱导低压射流复合加工的理论可行性,设计一种激光诱导低压射流复合加工试验装置,并用其进行W18Cr4V高合金钢的精密加工试验研究,分析不同的激光工艺参数和射流加工参数对试样材料的刻蚀量以及截面加工质量的影响,最终得到一组相对较优的复合加工工艺参数.

基于激光束全反射的激光与电解复合小孔加工技术研究

针对高表面质量精密深小孔加工需求,提出了激光与管电极电解复合加工技术(LaserSTEM),利用管电极内激光束全光导效应将激光能量高效传导至加工区域,综合采用激光-材料相互作用、电化学刻蚀及其耦合效应对材料高效去除,实现大深度小孔加工。基于Laser-STEM的加工机理,综合采用几何光学理论计算、光学仿真和试验验证的方法对激光与管电极耦合机制进行了研究,得到了激光功率和加工电压对材料去除速率与加工精度的关系,并利用Laser-STEM技术实现了深度5 mm、直径1.2 mm的小孔高效加工。

复合水介质激光加工对仿生灰铁磨损性能影响

介绍了复合水介质激光加工对仿生灰铁摩擦磨损性能影响的研究。结合材料、形状二元耦合仿生概念,对灰铸铁进行复合水介质激光加工。在摩擦磨损试验中,每5 min测量一次,共测量7次;用光学显微镜观察水介质单元体表面裂纹情况,用扫描电镜观察试样的微观组织,同时进行X-ray扫描,并测量其显微硬度。最终得出结论:(1)复合水介质激光处理可有效改善介质单元体表面的裂纹缺陷情况,且不同的复合水介质激光处理方法提高热裂纹的抵抗作用不同;(2)复合水介质激光处理对单元体的相组成及显微组织影响不大,但能使单元体显微硬度有所降低,且降低幅度有所不同;(3)复合水介质激光处理可有效提高水介质单元体的抗磨损性能。

激光与电解复合加工技术研究现状及展望

激光与电解复合加工通过对激光与电化学能量场的时空协同耦合控制,发挥激光加工和电解加工的优势,避免激光加工壁面热损伤和表面溅射,提升局部电解加工效率,实现难加工材料的高表面质量、高效率精密加工,是当前特种加工和先进制造领域的研究热点。提出了激光与电解复合加工的技术内涵及分类,从同步和异步复合两方面介绍了当前国内外激光与电解复合加工技术的发展现状,揭示了激光与电化学能量场时空协同耦合作用机理,阐述了激光与电解复合加工技术的优势和不足,分析了激光与电解复合加工技术面临的挑战和发展趋势。

激光电解复合加工电解液循环控制系统研究

为解决金属材料微结构的高精度、高效率和高质量的微细加工问题,提出了一种激光电解复合加工新方法.分析了激光电解复合加工电解液流体的冷却效应以及气液两相流的影响原理.设计了基于激光电解复合加工的电解液循环控制系统,分析了控制系统原理,搭建了控制系统硬件结构,并对其软件系统进行详细设计.系统通过柱塞液压泵和电动调节阀对电解液增压并控制其流量,通过温度传感器和离子选择电极检测数据,实时控制电动调节阀、加热器等元件的启闭,实现电解液循环控制系统的自动控制.

微细电解加工及其复合加工技术

结合近几年微细电解加工技术的发展状况,阐述了常规微细电解加工技术、微细电火花电解复合加工技术、微细超声电解复合加工技术、微细激光电解复合加工技术等方面的最新研究进展,研究表明微细电解加工及其复合加工技术是实现难加工材料或具有复杂特殊结构微细金属零件的理想加工制造方法。

水环境下激光超声复合加工实验研究

提出并研究了水环境下激光超声复合加工方法,利用该方法对氮化硅陶瓷进行刻蚀加工,加工时对试样施以高频振动。通过实验对比分析激光能量、脉冲宽度、重复频率和超声振动功率等工艺参数对Si3N4在超声振动辅助与无振动辅助情况下激光刻蚀后的深度及表面质量的影响。研究结果表明,在一定工艺参数范围内,超声振动的加入可明显增加激光超声复合刻蚀的深度,提高光洁度及表面质量。

激光-磨削复合加工2.5维C/SiC复合材料凹槽

针对2.5维碳纤维增强碳化硅陶瓷基(C/SiC)复合材料凹槽在激光加工后存在一定的烧蚀氧化层、侧壁倾斜、底面不平坦和磨削加工后易出现破碎、纤维断裂、刀具磨损、形状精度低、效率低等问题,提出激光-磨削复合加工的方法。为探索激光-磨削复合加工2.5维C/SiC复合材料凹槽的可行性,进行了激光加工、磨削加工和激光-磨削复合加工凹槽的对比实验。研究表明:激光加工后的凹槽侧壁倾斜约23°,底面和侧壁表面质量均较差,但加工效率高;磨削加工后的凹槽表面质量得到一定提升,但是由于砂轮磨损剧烈,使磨削后的凹槽形状精度极差,且加工效率较低;而激光-磨削复合加工后的凹槽侧壁倾斜度被去除,砂轮磨损大幅降低,表面质量显著提升,凹槽表面粗糙度比磨削后的表面粗糙度提高了1.27~1.96倍,加工时间约为磨削加工的0.3倍。因此,激光-磨削复合加工不仅能克服激光加工和磨削加工的缺点,还能发挥激光加工效率高和磨削加工精度高的特点,同时兼顾了2.5维C/SiC复合材料凹槽加工的质量和效率。该研究结果可为2.5维C/SiC复合材料凹槽的高效、精密、低损伤加工提供理论支持。

Al_2O_3陶瓷低压水射流激光复合打孔形貌的研究

针对Al2O3陶瓷激光打孔存在重铸层、微裂纹等问题,提出了Al2O3陶瓷低压水射流激光复合打孔的方法。通过对比分析,研究了水射流流速对Al2O3陶瓷直接激光打孔与低压水射流激光复合打孔形貌的影响规律。研究结果表明,该复合打孔技术利用射流速的冲蚀作用,可以大大减少材料表面熔渣的堆积,从而减少甚至避免重铸层和微裂纹的产生。

Al_2O_3陶瓷低压水射流激光复合打孔质量的研究

针对Al2O3陶瓷激光打孔存在孔锥度和相对孔径误差较大等问题,提出了Al2O3陶瓷低压水射流激光复合打孔的方法。通过对比分析,研究了水射流流速对Al2O3陶瓷直接激光打孔和低压水射流复合打孔质量的影响规律。研究结果表明,该复合打孔技术利用水射流的冲击和冷却作用,可以大大减小孔的锥度以及相对孔径误差,也可以减少材料表面和内壁熔渣的堆积,从而改善和提高Al2O3陶瓷打孔的质量。

低压水射流辅助激光刻蚀Al_2O_3陶瓷的试验研究

研究了低压水射流辅助激光加工的方法,利用该复合加工方法对Al2O3陶瓷材料进行刻蚀加工。通过对比分析,系统研究了脉冲能量、脉冲宽度、重复频率等激光参数对Al2O3陶瓷常规激光刻蚀与低压射流辅助激光刻蚀后的表面微观形貌的影响。研究结果表明:这种利用了射流束的冲蚀作用的复合加工方法能够减少再铸层和微裂纹的产生,减少试样表面熔渣的堆积,复合加工的试样质量稳定性有很大的提高。