激光冲击波碾压LY2铝合金表面完整性研究
发布时间：2020-12-27 03:23
本文提出了一种基于激光冲击波效应的金属表面碾压技术（Laser shock wave planishing,LSWP）。该技术在常规激光冲击处理中的约束层和基体表面间增加了一层接触膜,利用激光冲击波波压作用于接触膜,对金属粗糙表面进行“碾压”,从而获得集光整与强化为一体的表面,解决常规激光冲击处理技术在粗糙度控制方面的缺点。本文以航空LY2铝合金为研究对象,探索了表面微特征在LSWP作用下的变形规律以及数控铣削表面的LSWP作用效果,获得的主要成果如下:（1）利用皮秒激光系统在LY2铝合金试样表面构造出微米级环形槽微特征,并通过实验分析了微特征在不同激光能量LSWP处理后的截面形貌变化。发现微特征在LSWP作用下顶部被镦粗变形,显示出平顶形状;随着激光功率密度的增加,微特征峰点的高度持续下降,而底部则先隆起,然后下沉。（2）利用有限元分析技术进一步探讨了微特征在LSWP作用下的动态变形过程以及其他工艺参数的影响,发现:在LSWP过程中,微特征底部受到周围材料向下拖拽和向上挤压的共同作用,且较优的激光能量可以使最终的挤压量大于拖拽量;微特征在一次LSWP冲击下的动态演化过程可以分成静止-...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)叶片表面积垢(b)叶片粗糙壁面气流Fig.1.1(a)Foulingonbladesurface(b)Airflowinroughbladewallsurface
图 1.2 激光冲击处理叶片示意图Fig. 1.2 Schematic diagram of blade treated by laser shock peening光冲击波技术的研究概况激光冲击波技术的特点光冲击波技术是利用高功率短脉冲激光诱导高压等离子体产生，等工件内部形成激光冲击波，对工件造成强大的力效应。除了最主要用外，激光冲击波技术还广泛用于金属表面的织构毛化[24-27]、板材微零件冲裁[32-34]等等。与传统机械加工的技术相比，激光冲击波技点：)高压。激光诱导的冲击波峰值压力高达到 GPa 甚至 TPa 量级[35]，械加工的范围(如机械喷丸仅能产生 MPa 级的压力)。高压激光冲击表面，可以细化晶粒[19]，并引起高幅值、大深度残余压应力，促
单点内的表面粗糙度随着激光冲击次数的增加而减小，而多点搭接的形貌产生周期性塑性变形，呈波浪起伏状。Dai 等人[61]对不同初始表面形貌的 LY2 铝合金进行了激光冲击强化处理(如图 1.3 所示)，发现激光冲击波一方面会平整凸起，一方面又会增加粗糙度，因此在粗糙度较大时可以降低粗糙度而在粗糙度较小时会增加粗糙度，并且粗糙度存在一个最终的稳定值。之后，Dai 等人[62]进一步研究了刚性接触激光冲击处理技术(Rigid Contact Laser Shock Processing, RCLSP)，此技术的作用过程如图 1.4 所示，发现相比于一般 LSP 技术，RCLSP 可以快速有效地降低 LY2 铝合金的最终粗糙度，且接触膜的动态屈服强度越大，粗糙度极限值越小。本文的研究是此技术的延续，采用强度更高的接触膜，以提高表面光整性能为主要目标提出一种基于激光冲击波效应的金属表面碾压技术(LSWP)，并深入研究了 LSWP 作用中表面微特征的变形过程和数控铣削表面的平整效果，将此作为激光冲击波技术的新应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光冲击强化技术的应用现状与发展[J]. 吴嘉俊,赵吉宾,乔红超,陆莹,孙博宇,胡太友,张旖诺. 光电工程. 2018(02)
[2]智能制造在航空发动机企业的探索与实践[J]. 孟震威,秦新冰. 智能制造. 2017(07)
[3]叶片表面粗糙度对压气机特性影响的研究[J]. 王冠超. 科技资讯. 2015(36)
[4]航空发动机原理及进展研究[J]. 周贺,张志轩. 南方农机. 2015(10)
[5]举全国之力,打赢航空发动机“翻身仗”——专访中国工程院院士刘大响[J]. 庄敏. 大飞机. 2014(06)
[6]激光驱动飞片复杂轮廓多孔微冲裁实验及模拟[J]. 陆萌萌,刘会霞,沈宗宝,王霄,顾春兴. 中国激光. 2014(04)
[7]低塑性抛光技术在压气机叶片上的发展与应用[J]. 孙明霞,梁春华. 航空制造技术. 2014(07)
[8]航空发动机风扇/压气机叶片激光冲击强化技术的发展与应用[J]. 梁春华. 航空制造技术. 2012(Z2)
[9]Aero-engine Blade Fatigue Analysis Based on Nonlinear Continuum Damage Model Using Neural Networks[J]. LIN Jiewei,ZHANG Junhong,ZHANG Guichang,NI Guangjian,and BI Fengrong* State Key Laboratory of Engines,Tianjin University,Tianjin 300072,China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2012(02)
[10]发动机整体叶盘的激光冲击强化技术(邀请论文)[J]. 邹世坤,巩水利,郭恩明,李斌. 中国激光. 2011(06)
博士论文
[1]激光喷丸强化铝合金的疲劳裂纹扩展特性及延寿机理研究[D]. 黄舒.江苏大学 2012
硕士论文
[1]整体叶盘数控砂带磨削关键技术研究[D]. 曹思林.重庆理工大学 2018
[2]航空发动机叶片数控砂带磨削方法[D]. 谢乐.重庆理工大学 2017
本文编号：2941004
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)叶片表面积垢(b)叶片粗糙壁面气流Fig.1.1(a)Foulingonbladesurface(b)Airflowinroughbladewallsurface
图 1.2 激光冲击处理叶片示意图Fig. 1.2 Schematic diagram of blade treated by laser shock peening光冲击波技术的研究概况激光冲击波技术的特点光冲击波技术是利用高功率短脉冲激光诱导高压等离子体产生，等工件内部形成激光冲击波，对工件造成强大的力效应。除了最主要用外，激光冲击波技术还广泛用于金属表面的织构毛化[24-27]、板材微零件冲裁[32-34]等等。与传统机械加工的技术相比，激光冲击波技点：)高压。激光诱导的冲击波峰值压力高达到 GPa 甚至 TPa 量级[35]，械加工的范围(如机械喷丸仅能产生 MPa 级的压力)。高压激光冲击表面，可以细化晶粒[19]，并引起高幅值、大深度残余压应力，促
单点内的表面粗糙度随着激光冲击次数的增加而减小，而多点搭接的形貌产生周期性塑性变形，呈波浪起伏状。Dai 等人[61]对不同初始表面形貌的 LY2 铝合金进行了激光冲击强化处理(如图 1.3 所示)，发现激光冲击波一方面会平整凸起，一方面又会增加粗糙度，因此在粗糙度较大时可以降低粗糙度而在粗糙度较小时会增加粗糙度，并且粗糙度存在一个最终的稳定值。之后，Dai 等人[62]进一步研究了刚性接触激光冲击处理技术(Rigid Contact Laser Shock Processing, RCLSP)，此技术的作用过程如图 1.4 所示，发现相比于一般 LSP 技术，RCLSP 可以快速有效地降低 LY2 铝合金的最终粗糙度，且接触膜的动态屈服强度越大，粗糙度极限值越小。本文的研究是此技术的延续，采用强度更高的接触膜，以提高表面光整性能为主要目标提出一种基于激光冲击波效应的金属表面碾压技术(LSWP)，并深入研究了 LSWP 作用中表面微特征的变形过程和数控铣削表面的平整效果，将此作为激光冲击波技术的新应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光冲击强化技术的应用现状与发展[J]. 吴嘉俊,赵吉宾,乔红超,陆莹,孙博宇,胡太友,张旖诺. 光电工程. 2018(02)
[2]智能制造在航空发动机企业的探索与实践[J]. 孟震威,秦新冰. 智能制造. 2017(07)
[3]叶片表面粗糙度对压气机特性影响的研究[J]. 王冠超. 科技资讯. 2015(36)
[4]航空发动机原理及进展研究[J]. 周贺,张志轩. 南方农机. 2015(10)
[5]举全国之力,打赢航空发动机“翻身仗”——专访中国工程院院士刘大响[J]. 庄敏. 大飞机. 2014(06)
[6]激光驱动飞片复杂轮廓多孔微冲裁实验及模拟[J]. 陆萌萌,刘会霞,沈宗宝,王霄,顾春兴. 中国激光. 2014(04)
[7]低塑性抛光技术在压气机叶片上的发展与应用[J]. 孙明霞,梁春华. 航空制造技术. 2014(07)
[8]航空发动机风扇/压气机叶片激光冲击强化技术的发展与应用[J]. 梁春华. 航空制造技术. 2012(Z2)
[9]Aero-engine Blade Fatigue Analysis Based on Nonlinear Continuum Damage Model Using Neural Networks[J]. LIN Jiewei,ZHANG Junhong,ZHANG Guichang,NI Guangjian,and BI Fengrong* State Key Laboratory of Engines,Tianjin University,Tianjin 300072,China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2012(02)
[10]发动机整体叶盘的激光冲击强化技术(邀请论文)[J]. 邹世坤,巩水利,郭恩明,李斌. 中国激光. 2011(06)
博士论文
[1]激光喷丸强化铝合金的疲劳裂纹扩展特性及延寿机理研究[D]. 黄舒.江苏大学 2012
硕士论文
[1]整体叶盘数控砂带磨削关键技术研究[D]. 曹思林.重庆理工大学 2018
[2]航空发动机叶片数控砂带磨削方法[D]. 谢乐.重庆理工大学 2017
本文编号：2941004
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/2941004.html
