Al_2O_3陶瓷激光铣削数值模拟与试验

基于ANSYS有限元分析软件建立Al2O3陶瓷激光铣削模型,利用APDL语言对激光铣削过程中的温度场动态分布进行模拟,分析激光功率和扫描速度对铣削宽度和铣削深度的影响,并进行激光铣削试验。结果表明:数值模拟所得的铣削宽度和深度与试验结果一致性较好,所建立的有限元模型可以较为准确地预测Al2O3陶瓷激光铣削效果。激光铣削宽度和深度随激光功率的增大而增大,随扫描速度的增大而减小,且较扫描速度而言,激光功率对铣削效果的影响更为显著。

粒子群优化BP神经网络的激光铣削质量预测模型

为了有效地控制激光铣削层质量,建立了激光铣削层质量(铣削层宽度、铣削层深度)与铣削层参数(激光功率、扫描速度和离焦量)的BP神经网络预测模型。采用粒子群算法优化了BP神经网络的权值和阈值,构建了基于粒子群神经网络的质量预测模型。所提出的PSO-BP算法解决了一般BP算法迭代速度慢,且易出现局部最优的问题,并以Al2O3陶瓷激光铣削质量预测为例,进行算法实现。仿真结果表明:提出的PSO-BP算法迭代次数大大减少,且预测误差明显减少。所构建的质量预测模型具有较高的预测精度和实用价值。

基于变质层的Al_2O_3陶瓷激光铣削试验研究

介绍一种基于变质层控制的氧化铝陶瓷激光铣削方法．在无辅助气体条件下，激光扫描照射陶瓷表面，产生一变质层，对变质层的性质和尺寸进行控制，达到激光铣削Al2O3陶瓷材料的目的；同时，对变质层进行晶相组织分析，指导对激光铣削参数的选择。形成陶瓷材料的激光铣削工艺．试验研究了变质层的形成和脱落机理，分析了激光铣削工艺参数对铣削深度和铣削表面质量的影响规律．利用优化的铣削工艺对Al2O3陶瓷进行了激光多层铣削试验，得到各单层铣削深度为0．35～0．50mm、各层表面粗糙度为2．0～3．2μm的激光铣削效果．试验结果可为Al2O3陶瓷激光铣削提供理论依据与应用指导．

基于生死单元的激光铣削温度场数值模拟与验证

利用ANSYS有限元模拟软件建立了激光铣削过程的三维瞬态有限元模型,并以Al2O3陶瓷材料的激光铣削加工为例,利用ANSYS中的"单元生死"技术对激光铣削过程中温度场的动态分布进行了模拟。选取其中的一组参数,详细分析了铣削件表面某一点温度场的变化规律,确定了沿样件不同的扫描路线上铣削层的宽度和深度,并提出了温度场模拟结果的间接验证方法,即将温度场模拟获得的铣削层宽度和深度与实验测得的数据进行对比,对比结果较吻合,说明建立的有限元模型能够进行激光铣削效果的预测。

单晶硅的激光铣削试验研究

采用Nd∶YAG脉冲激光器对单晶硅片进行铣削加工试验。系统研究了工艺参数对铣削量和铣削面质量的影响规律 。

激光铣削物理过程研究

研究激光铣削物理过程 ,定量分析了喷射物质的反冲压力的大小 ,建立了激光铣削多余物质的排出物理模型 ,通过观察熔体喷射状况 ,并利用高速摄影仪对其喷射过程进行拍摄 ,验证了激光铣削模型的正确性 .在此基础上研究了蒸汽反冲压力和辅助气体对熔体喷射速度的影响 。

模具钢微流道沟槽的激光铣削试验研究

采用Nd∶YAG激光器对预硬高硬度镜面塑胶模具钢HPM75进行了微流道沟槽的铣削试验。通过铣削熔屑的排除量和排屑过程分析,研究了激光工艺参数及激光扫描方向对铣削沟槽质量的影响。结果表明,激光能量,辅助气压,激光扫描方向与排屑方向间的夹角α是影响铣削质量及铣削效率的重要因素。进一步分析了激光铣削圆弧形沟槽时,所遇到的加工方式与路径规划问题,通过路径规划,增大熔屑的排除量,提高铣削加工效率及质量。采用优化参数铣削出宽0.29mm、深0.28mm的微流道沟槽,侧壁表面平整,达到抛光前的要求。ZYGO表面轮廓仪对该沟槽的检测结果表明:不同位置处沟槽的宽度和深度保持很好的一致性。

人工神经网络在Al_2O_3陶瓷激光铣削中的应用研究

为了有效地控制Al2O3陶瓷激光铣削层质量,以人工神经网络(ANN)技术为基础,以MATLAB软件作为开发平台,建立了Al2O3陶瓷激光铣削层质量与铣削参数之间的关系模型。并以激光功率、扫描速度和离焦量作为输入参数,激光铣削层深度和宽度作为输出参数,对激光铣削层质量进行了预测。结果表明,该模型的平均误差小,拟合精度高。并在训练样本之外,选取了5组工艺参数来检验网络模型的可靠性,检验输出值和实验样本值的最大相对误差为7.06%。说明运用该模型可以方便、准确地选择激光工艺参数,提高Al2O3陶瓷激光铣削层的加工质量。

激光铣削技术的发展现状与展望

本文综述了难加工材料激光铣削技术的国内外发展现状,井与其他的加工工艺进行比较,分析了该技术的特点和优势。最后指出了当前研究中的不足之处,并对其发展趋势进行了预测,为其今后的发展提供了一些建议。

硬质合金激光铣削工艺与机理研究

在分析脉冲激光铣削材料去除机理的基础上,系统研究了激光单脉冲能量、重复频率、激光束扫描速度和辅助吹气压力等工艺参数对硬质合金激光铣削量和质量的影响,观察不同工艺参数条件下激光铣削的表面微观形貌。通过激光铣削工艺分析,可利用较优的激光铣削工艺加工各种硬质合金试样。

激光铣削玻璃的试验研究

采用Nd:YAG脉冲激光器对普通玻璃进行铣削加工。系统地研究了工艺参数对铣削量和铣削面质量的影响规律,并利用优化的铣削工艺对玻璃进行多种形状无裂纹铣削加工试验。

脉冲激光铣削的研究与应用

在分析脉冲激光铣削原理的基础上,通过观察分析试样激光铣削表面形貌,简单讨论了激光参数对铣削速度和表面质量的影响规律。着重介绍了利用脉冲激光对难加工材料硬质合金和Al2O3陶瓷等不同材料进行盲孔、盲槽和复杂结构槽的铣削加工应用情况。

激光铣削对铁基粉末激光熔覆层的显微组织影响

研究了激光铣削后Fe313粉末激光熔覆层的显微组织及成分的变化,并测试了熔覆层横截面的硬度。结果表明:激光铣削后的熔覆层有界面明显的晶粒细化区域、热影响区域。平均功率对细化区域影响较大,功率越高,细化区域深度越深;脉宽对其影响较小。细化区域的硼含量为0%,热影响区域析出硼化物。熔覆层的硬度随着功率增大先增大后减小,硬度强化区域随功率增大而增大,热影响区的硬度软化。

基于正交试验的Al_2O_3陶瓷激光铣削试验

Al2O3陶瓷激光铣削工艺受多种因素影响。基于正交试验方法优化陶瓷激光铣削参数组合,采用极差分析得到了各因素对铣削深度的影响程度大小,并以此为基础优化工艺参数,进行Al2O3陶瓷圆形型腔的激光铣削试验。结果表明:各因素对激光铣削深度的影响大小顺序依次为激光功率、扫描速度、搭接量、离焦量。采用优化后的工艺参数进行加工,单层铣削深度可达到0.4mm,铣削效果令人满意;未吹除的表面熔渣大大增加了加工件表面粗糙度,应增加辅吹气体气压来改善加工件表面质量。

金属熔覆件侧面激光铣削整形工艺的研究

为提高激光熔覆件的成形质量,采用激光铣削的处理方式来保证熔覆件侧面的光滑平整。为此,对熔覆件侧面铣削进行整形工艺试验研究,选择点间距、激光功率、脉宽和离焦量作为变量,通过正交试验来探究各工艺参数的权重并进行参数优化。用优化后的参数对熔覆件侧面进行铣削加工,得到铣削宽度为0.075mm,面粗糙度为2.319μm。相比原熔覆件,侧面成形质量得到明显改善,证明用激光铣削的方式提高熔覆件成形时侧面的光滑性和平整度是可行的。

圆凹坑-球凸复合织构的激光铣削加工及其摩擦学性能

圆凹坑织构被广泛应用于各类摩擦副以改善摩擦学性能。为进一步提高圆凹坑织构的摩擦学性能,鉴于球凸织构能产生优异的动压效应,提出圆凹坑-球凸复合织构,使球凸在圆凹坑内产生二次动压来增强圆凹坑织构的减摩效果。为加工出圆凹坑-球凸复合织构,分析其激光铣削加工工艺,并研究复合织构在销-盘面接触下的摩擦磨损特性。结果表明,在变角度直线扫描路径,单脉冲能量23μJ和光斑间距2μm下激光能量分布较均匀,复合织构的加工误差较小。合适的球凸高度可大幅提高圆凹坑织构的摩擦学性能,在一定条件下,圆凹坑-球凸复合织构较圆凹坑织构平均摩擦系数下降41.0%。

镍基高温合金光束耦合纳秒激光铣削表面成型质量研究

激光铣削具有材料适应性广、激光能量密度可调控以及无机械力等特点,可用于难加工材料镍基高温合金的材料去除加工。本团队采用光束整形的多激光束耦合纳秒激光开展了DZ411镍基高温合金微铣削表面的工艺研究,分析了扫描次数N、扫描速度v、扫描间距s、脉冲频率f以及激光功率P等工艺参数对铣削表面形貌、表面粗糙度、铣削效率以及表面元素分布等的影响机制。结果表明:多光束耦合激光对材料的去除机制主要是汽化与重熔,在加工表面形成了凸起与凹坑等周期性多尺度特征;当N=10、v=100 mm/s、s=25μm、P=15 W、f=10 kHz时,面槽底部的粗糙度R_(a)最大(51.75μm),铣削效率也达到最大值(1.87 mm^(3)/min);随着扫描间距s由15μm增大到35μm或激光功率P由5 W增大到15 W,铣削效率逐渐增大;激光铣削过程中材料发生了复杂的物理化学变化,加工表面的凸起结构中可能包含多种金属氧化物和金属间化合物。本研究工作可以拓展激光加工的工艺类型,为新型激光铣削参数优化提供工艺支撑。

复合材料的激光辅助切削加工研究

玻璃纤维增强复合材料(GFRP)与碳纤维增强复合材料(CFRP)在航空航天、汽车制造以及军事装备等领域有着广泛应用。考虑到传统铣削工艺与激光工艺在加工复合材料时均存在一定缺陷,利用激光—微细铣削工艺,针对热固性GFRP与CFRP材料,测量激光辅助微细铣削加工中GFRP与CFRP热影响区的形貌与尺寸,探究激光加工对不同区域基体的影响,分析加工过程与加工可行性。试验表明:GFRP与CFRP材料在激光加工中存在明显的、呈倒三角状的气化区与热影响区;在激光辅助微细铣削加工过程中,材料呈块状脱落,产生较少粉尘,均为脆性剥离;因热影响区的影响,在激光辅助微细铣削加工GFRP与CFRP时,刀具直径应大于热影响区宽度,以便在减少切屑粉末的同时降低刀具的磨损,从而降低材料的加工难度。

基于遗传算法优化反向传播神经网络的激光铣削层质量预测

为了有效地控制激光铣削层质量,建立了激光铣削层质量(铣削层深度、铣削层宽度)与铣削层参数(激光功率、扫描速度和离焦量)之间的反向传播(BP)神经网络预测模型。利用遗传算法(GA)优化了BP神经网络的权值和阈值,构建了基于遗传算法神经网络的质量预测模型。用GA-BP算法对激光铣削层质量进行了仿真预测,并将仿真结果与BP神经网络模型仿真结果进行了对比。仿真结果表明,两种网络模型的平均误差较小,网络训练后检验精度较高,说明两种网络模型用于激光铣削层质量预测是可行的,并且遗传算法优化BP神经网络能够有效地提高网络的收敛性和预测精度。

Al_2O_3陶瓷激光铣削试验研究

采用Nd∶YAG脉冲激光器对Al2 O3陶瓷进行铣削加工试验。系统研究了工艺参数对铣削量和铣削面质量的影响规律 ,并利用优化的铣削工艺对Al2 O3陶瓷进行多种形状的铣削加工。