辅助处理对激光熔覆层组织和性能影响的研究进展

激光熔覆作为一种新兴的材料表面加工技术,相比于其他表面改性技术具有不可比拟的优势,但存在基体热影响区性能恶化,熔覆层组织分布不均匀,熔覆层存在裂纹、气孔等缺陷。随着金属零部件表面性能需求的日益提高,激光熔覆的基体热影响区和熔覆层组织和性能亟待进一步提升。基于此,本文概述了热处理辅助、电磁场辅助、超声辅助等方式对激光熔覆层组织和性能的影响,综述了各种辅助处理方式对组织和性能影响的机理与组织转变机制,为激光熔覆层组织和性能优化提供参考,并指出了激光熔覆层组织和性能优化面临的挑战和未来发展方向。

激光超声复合加工硬质合金的切削特性研究

研究了激光加热与超声椭圆振动复合切削条件下,使用CBN(立方氮化硼)刀具对硬质合金材料进行精密加工的切削特性。利用有限元仿真,分析硬质合金材料在普通切削、一维超声振动切削、超声椭圆振动切削与激光超声复合切削4种切削方式下的切削力变化特征。采用超精密车床与YAG激光器、自主研发的超声振动装置等辅助设备,实验研究了激光超声复合精密加工硬质合金的切削特性。通过一系列的对比实验,分析切削参数,如切削速度、切削厚度,对切削力的影响规律。仿真与实验结果表明,由于加工材料的软化和断续切削,激光超声复合辅助加工显著地降低了切削力,硬质合金的切削加工性能得到显著改善,通过工艺参数的优化,可以实现硬质合金的精密加工。

难加工材料精密切削技术研究

随着材料科学和先进制造技术的发展,难加工材料以其优良的物理机械性能在现代高技术行业的诸多领域得到越来越广泛的应用。针对难加工材料的结构特点,分析了难加工材料的切削加工特性,综述了硬切削加工、超声辅助切削加工、激光加热辅助切削加工及热超声辅助切削加工的国内外研究进展,并指出了精密切削应用于难加工材料切削加工时存在的问题及进一步的研究方向。

PCBN刀具激光超声复合切削硬质合金的磨损机理

结合激光加热辅助切削和超声振动切削提出了激光超声复合切削加工工艺。采用PCBN刀具对YG10硬质合金进行普通切削、超声振动切削、激光加热辅助切削和激光超声复合切削对比试验,采用超景深显微镜观测刀具磨损量及磨损形貌,通过扫描电子显微镜(SEM)对刀具磨损区域进行能谱分析,研究激光超声复合切削条件下刀具的磨损规律、磨损形态及磨损原因。研究结果表明:与普通切削、超声振动切削及激光加热辅助切削相比,激光超声复合切削时刀具后刀面磨损量平均值分别降低57.5%、46%、41.3%,刀具使用寿命明显提高;刀具磨损形态主要表现为前刀面磨损、后刀面磨损和崩刃;激光超声复合切削硬质合金时粘接磨损、氧化磨损、相变磨损和微裂解磨损是引起PCBN刀具磨损的主要原因。

激光超声复合加工硬质合金的切削力理论与试验

为了实现硬质合金的延性域加工,研究激光加热与超声椭圆振动复合切削条件下,使用CBN(立方氮化硼)刀具对硬质合金进行精密加工的切削特性。分析硬质合金在普通切削、超声椭圆振动切削与激光超声复合切削三种切削方式下的切削力变化特征,建立激光超声复合切削的切削力理论模型,采用超精密车床与YAG激光器、自主研发的超声振动装置等辅助设备,试验研究激光超声复合精密加工硬质合金的切削特性。通过一系列的对比试验,分析切削参数,如切削速度、切削厚度对切削力的影响规律。理论模型与试验结果表明,由于硬质合金的软化和断续切削,使得激光超声复合辅助加工显著地降低了切削力,硬质合金的切削加工性能得到显著改善,通过工艺参数的优化,可以实现硬质合金的精密加工。

金刚石砂轮激光-超声振动复合修整试验研究

为解决超硬磨料砂轮修整的效率低、精度差、成本高、工具磨损大等难题,提出激光-超声振动复合的新型修整方法.在超声振动修整方式的优势下,辅助以激光加热,可使砂轮表面软化、塑性增强,修整工具受力减小、磨损率降低,修整效率提高.完成了复合修整系统设计、实验平台的搭建以及试验研究.结果表明:和普通机械修整方式相比,在选择合适工艺参数下的激光-超声复合修整砂轮的砂轮形貌、单颗粒磨粒形态和砂轮磨削特性优于普通修整方式.

超硬磨料砂轮修整技术的新发展

硬脆材料精密超精密磨削加工的质量水平主要取决于砂轮的修整效果,本文论述了超硬磨料砂轮近年来新发展的激光修整、超声振动修整、电火花修整和在线电解修整技术等的修整原理、特点及效果,并且介绍了新发展的在线修整与检测技术的发展.

超声波辅助激光微孔制造研究进展

超声波已被证明在加工领域具有显著促进作用,能够提高加工效率与质量。鉴于此,国内外研究学者对超声波辅助激光微孔制造进行了相应的研究,并取得了一定的研究成果。为了给超声波辅助激光微孔制造的深入研究及实用化提供参考,介绍了超声波辅助激光微孔制造的基本原理,重点阐述了国外的相关研究现状及成果,最后对超声波辅助激光微孔制造技术进行了总结与展望。

激光选区熔化钛合金超声辅助铣削性能研究

目的针对激光选区熔化钛合金开展超声振动辅助铣削性能和作用机理研究,提高增材制造钛合金表面加工质量、加工精度及加工效率,推动增材制造钛合金构件在高端装备业领域的广泛应用。方法在传统铣削和超声振动辅助铣削下,采用聚晶金刚石刀具开展激光选区熔化钛合金铣削试验研究,分析不同条件下的表面硬度、切削力、表面形貌、表面粗糙度和切屑黏结的差异性。结果激光选区熔化钛合金硬度单次测量及其平均值均高于传统钛合金。常规干铣削激光选区熔化钛合金时,切削力随着转速的增大而呈现下降趋势,随着进给速度和切削深度的增加表现出逐渐增大的趋势。在传统铣削下,传统钛合金表面形貌存在明显的刀具划痕,而超声振动铣削时,激光选区熔化钛合金表面形貌总体表现出更加的光滑和平整。激光选区熔化钛合金在常规铣削和超声辅助铣削过程中,刀具前后刀面都出现了严重的钛合金切屑黏结现象。结论激光选区熔化钛合金常规干铣削时,增大转速或降低进给速度和切削深度能够降低切削力。在相同切削参数下,激光选区熔化钛合金超声铣削质量优于传统钛合金常规铣削表面质量。激光选区熔化钛合金表面质量改善的作用机理主要归因于激光选区熔化钛合金的金相组织特性及超声振动时断续切削特性的综合效应。相对于传统铣削方式,超声振动辅助铣削对改善激光选区熔化钛合金加工过程中的刀具抗黏结性效果有限。

超声振动透镜辅助激光打孔实验研究

为研究超声振动透镜辅助对激光打孔加工质量和效率的影响,采用YLR-1000连续激光器和所设计的超声振动透镜辅助装置,以304不锈钢薄片为研究对象,分别在不同离焦量、激光功率、打孔时间、超声振幅情况下进行有无超声振动辅助激光打孔对比实验。实验采用VHX-1000E超景深显微系统对工件进行检测,并以孔径、热影响区半径、孔锥度、孔深和堆砌高度为主要指标分析实验结果。结果表明:超声振动透镜辅助可从总体上提高激光打孔的加工质量和效率。

表面热处理工艺对建筑结构钢耐磨损性能的影响

采用三种不同的工艺对Q235建筑结构钢进行了表面热处理,并分别在25℃(室温)和350℃(高温)进行了耐磨损性能的测试与分析。结果表明:三种表面热处理工艺对其耐磨损性能的改善效果依次为:超声振动激光表面淬火>激光表面淬火>感应加热表面淬火。表面热处理工艺优选为超声振动激光表面淬火。与未表面热处理的试样相比,超声振动激光表面淬火使其室温和高温磨损体积分别减小69%、85%。

热处理制度对新型建筑铝基复合材料力学及耐磨损性能的影响

采用不同热处理制度对石墨烯增强新型建筑铝基复合材料进行了热处理,并进行了材料力学性能及耐磨损性能的测试与分析。结果表明:与常规热处理相比,机械振动辅助热处理材料的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别增大6%、9%、11%,磨损体积减小22%;40Hz超声振动辅助热处理材料的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别增大23%、34%、91%,磨损体积减小53%;20Hz超声振动辅助热处理材料的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别增大9%、14%、32%,磨损体积减小32%;60Hz超声振动辅助热处理材料的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别增大18%、26%、54%,磨损体积减小39%。热处理制度优选为40Hz超声振动辅助热处理。

陶瓷基复合材料构件内嵌孔加工工艺研究进展

陶瓷基复合材料是一种典型的难加工材料,除了各向异性的特点外,其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼。航空发动机热端部件内嵌孔(气膜孔等)是陶瓷基复合材料部件的基本结构,对陶瓷基复合材料构件制备成型和服役性能的发挥具有重要意义。本文给出了陶瓷基复合材料热端部件内嵌孔的分类及用于加工陶瓷基复合材料内嵌孔的方法,包括常规机械加工方法、超声振动辅助加工方法、激光加工方法等,阐述了上述加工方法的加工原理、工艺特征、工艺参数的选取及加工缺陷特征、形成机制等,给出了不同直径、深径比陶瓷基复合材料内嵌孔加工工艺的建议。

基于光热调制检测发动机叶片疲劳裂纹的激光声表面波方法

提出了基于光热调制的激光声表面波检测疲劳裂纹的实验系统和方法,并将其用于发动机叶片疲劳裂纹的检测。Nd∶YAG激光器产生的激光通过凸透镜聚焦在样品表面,同时用半导体激光在激发点同一位置进行光热调制,利用干涉仪在另一位置探测声表面波信号。利用精密平移台在可能的裂纹区扫描激发源和加热源,获得打开光热调制和关闭光热调制时的声表面波信号,也即不同位置处样品加热和冷却时的信号Sheat和Scool,由于光热调制产生的压应力使裂纹闭合,使Sheat产生明显的峰值变化,因此差值信号ΔS=Sheat-Scool即为疲劳裂纹闭合引起的信号变化。对叶片表面裂纹检测的实验结果表明,该方法具有较高的检测灵敏度和可靠性。

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。

硬质合金激光辅助二维超声切削的表面质量

钨钴类硬质合金作为1种典型的难加工材料,具有良好的综合性能,在此类材料的加工中,采用传统的加工方式存在刀具磨损严重、精度低、效率低等缺点,难以满足实际生产的要求。基于正交试验,采用了椭圆超声振动及激光加热复合超精密加工的方法对硬质合金激光超声辅助加工的表面质量进行了研究,分析得到了表面粗糙度受切削加工参数及激光功率的影响规律及趋势,建立了基于响应曲面法的表面粗糙度预测模型。研究表明：对于表面质量的影响程度方面,激光功率和进给速度比背吃刀量及主切削速度起的作用更大,粗糙度的值跟随激光功率和切削速度的增大先减后增,随着背吃刀量和进给速度的增加而增大。

硬质合金激光超声辅助加工切削力特性

钨钴类硬质合金作为一种典型的难加工材料,具有良好的综合性能,在此类材料的加工中,采用传统的加工方式存在刀具极易磨损严重、加工精度低、效率低等缺点,难以满足实际生产的要求。文中将精密切削方法与特种加工理论相结合,提出了采用二维超声振动和激光加热复合辅助精密加工的方法。文中基于正交试验,对硬质合金激光超声辅助加工的切削力特性进行了研究,通过极差分析和趋势图分析,得到了切削用量和激光功率对切削力的影响规律和趋势,采用回归分析的方法 ,建立了三向切削力的经验模型,并对该模型进行显著性分析。研究表明:激光功率和背吃刀量对切削力有较显著的影响,而进给量和主切削速度对切削力的影响相对较小。随着激光功率的增加切削力逐渐降低,随着背吃刀量的增加切削力逐渐升高。运用回归分析方法获得的经验公式显著性强,为复合条件下切削力的控制提供有力的依据。

难加工材料场辅助超精密加工研究

场辅助超精密加工(field-assisted ultra-precision machining,FAUM)是一种先进的制造技术.基于传统的超精密加工技术,通过引入激光、超声振动和磁场等能场进行创新,实现了难加工材料纳米级甚至亚纳米级高精度制造.本文具体阐述了场辅助技术在切削、磨削和铣削等超精密制造领域应用的研究.通过分析加工表面质量、加工效率、切削力和刀具磨损等实验结果,与传统超精密加工技术对比,场辅助超精密制造技术具有明显优势.总结FAUM目前存在的不足及未来面临的挑战,为进一步发展多能场复合辅助超精密制造技术奠定基础.