金属零件边缘激光精整机理及工艺优化研究
发布时间：2021-10-12 13:16
金属零件加工制造过程中,零部件边缘往往存在毛刺、飞边、挂渣等多余材料,导致边缘加工质量低需进行精整工序,在如今高精密制造要求下传统工艺难以满足精整需求。激光加工技术由于其非接触加工、易柔性化、去除材料速度快等独特的优势,有望改善金属零件边缘加工质量,因此提出一种金属零件边缘激光精整技术,利用激光微细加工的能力,快速扫描去除多余材料以提高边缘质量。针对上述问题与解决思路,本文首先对激光与金属相互作用进行数值模拟,然后在金属试样表面进行微凹槽加工工艺试验研究,分别利用纳秒、皮秒两种激光对轴承钢GCr15和钛合金TC11试样进行边缘精整试验并优化,最后对金属激光作用后的组织和硬度进行检测,主要内容及结论如下:（1）基于激光与金属相互作用机理,利用COMSOL Multiphysics软件分别建立纳秒激光、皮秒激光与钛合金TC11相互作用模型,得到纳秒、皮秒单个脉冲烧蚀深度分别为2.9μm、0.7μm,预测两种激光去除精度分别是微米级、亚微米级。纳秒激光会使作用区域周围形成凸起,与实际试验形貌吻合。详细研究皮秒激光不同激光功率、扫描速度、重复次数对微凹槽烧蚀深度的影响规律,模拟值偏大于试验值,...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光精整工艺示意图
激光辐照在加工面上，在微小区域产生巨大的功率密度，导致晶粒的暴露和组织的改变，从而改善了表面形貌以及组织。将试验结果与未修整过的砂轮比较，如图 示，发现砂轮激光修整后不仅表面较为光滑，而且表现出较高的磨削效率，这取决光修整砂轮导致表层硬化，并有较好的组织演变。图 1.1 激光精整工艺示意图Fig. 1.1 Sketch of laser finishing technology
从而输送至材料并产生冲击波。水也比气体更有效地冷却工件，在某些情况下，水或其分解产物还能与材料发生化学反应，并提出除水以外的液体辅助激光加工也可以考虑的指导思想，但水是最常见、最便宜和最安全的介质[40]。除此之外，有研究发现在金属表面涂抹相应的液态涂料能够增强激光的吸收，改善表面加工质量[41]。Yu L[42]等提出了一种有效的激光表面加工去熔渣方法。研究了三种加工条件（室温空气下加工、冷冻样品加工、表面添加冷冻水层加工）对激光表面加工质量的影响。发现激光微加工技术与冷冻水层相结合，能够改善加工质量抑制熔渣的产生，并降低了烧蚀区域材料的拉伸模量和硬度，同时摩擦学性能试验验证了这种加工方法能够降低摩擦系数和磨损。Hu J[43]等对比水下和空气中在不锈钢表面激光织构加工质量，并研究了水深、脉宽、重复频率等工艺参数对微凹坑形貌的影响规律，研究发现激光在水中的热效应可以被抑制，同时蒸发水的反冲压力可以增加微凹坑的深度。水深太小，水膜容易破裂致使不锈钢暴露在空气中，水深过大，大部分能量在到达不锈钢之前就被水吸收，如图 1.3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr12mov模具钢表面激光毛化工艺及力学性能研究[J]. 符永宏,邹国文,黄婷,康正阳,李海波,郑峰. 应用激光. 2018(01)
[2]粗糙度对微凹坑织构化表面摩擦学性能的影响[J]. 纪敬虎,管采薇,符昊,华希俊,符永宏. 润滑与密封. 2018(01)
[3]激光光整对高硅铝合金缸套材料摩擦磨损性能的影响[J]. 李承娣,金梅,徐久军,沈岩. 中国表面工程. 2017(05)
[4]液体辅助激光加工过程中压力检测及应用研究进展[J]. 曹州权,谢小柱,陈蔚芳,魏昕,胡伟,任庆磊. 光电工程. 2017(04)
[5]激光微织构用吸光涂层正交工艺试验研究[J]. 孙建国,李胜,何镇盐,华希俊,张培耘,符永宏,纪敬虎. 激光技术. 2016(06)
[6]脉冲激光作用下45#钢表面微凸起形貌演变规律的研究[J]. 叶云霞,贾子扬,符昊,符永宏. 激光与光电子学进展. 2016(03)
[7]同点间隔多次激光微织构工艺研究[J]. 符永宏,刘强宪,叶云霞,华希俊,康正阳,符昊. 中国激光. 2015(12)
[8]铝合金轮毂激光去毛刺工艺[J]. 杭争翔,秦立家,徐国建,刘经伟. 沈阳工业大学学报. 2015(01)
[9]超快脉冲激光对钛合金的烧蚀特性与作用机理[J]. 郑卜祥,姜歌东,王文君,梅雪松. 西安交通大学学报. 2014(12)
[10]激光与物质相互作用的研究进展[J]. 黄庆举. 科技创新与应用. 2014(18)
博士论文
[1]短脉冲及超短脉冲激光对金属的烧蚀及微加工研究[D]. 王晓东.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]基于激光复合微织构技术的滑动导轨减摩防爬行研究[D]. 解玄.江苏大学 2018
[2]飞秒激光加工的轴承钢表面微织构润滑减摩特性研究[D]. 何江涛.哈尔滨工业大学 2017
[3]铝合金表面激光加工热效应仿真与实验研究[D]. 张金琪.山东大学 2015
[4]超声去除小孔交叉孔处毛刺加工方法的研究[D]. 任翠红.太原理工大学 2014
[5]规则表面微造型的激光加工和摩擦特性研究[D]. 孟小霞.江苏大学 2007
[6]金属材料脉冲激光刻蚀微加工的基础研究[D]. 刘院省.北京工业大学 2007
本文编号：3432651
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光精整工艺示意图
激光辐照在加工面上，在微小区域产生巨大的功率密度，导致晶粒的暴露和组织的改变，从而改善了表面形貌以及组织。将试验结果与未修整过的砂轮比较，如图 示，发现砂轮激光修整后不仅表面较为光滑，而且表现出较高的磨削效率，这取决光修整砂轮导致表层硬化，并有较好的组织演变。图 1.1 激光精整工艺示意图Fig. 1.1 Sketch of laser finishing technology
从而输送至材料并产生冲击波。水也比气体更有效地冷却工件，在某些情况下，水或其分解产物还能与材料发生化学反应，并提出除水以外的液体辅助激光加工也可以考虑的指导思想，但水是最常见、最便宜和最安全的介质[40]。除此之外，有研究发现在金属表面涂抹相应的液态涂料能够增强激光的吸收，改善表面加工质量[41]。Yu L[42]等提出了一种有效的激光表面加工去熔渣方法。研究了三种加工条件（室温空气下加工、冷冻样品加工、表面添加冷冻水层加工）对激光表面加工质量的影响。发现激光微加工技术与冷冻水层相结合，能够改善加工质量抑制熔渣的产生，并降低了烧蚀区域材料的拉伸模量和硬度，同时摩擦学性能试验验证了这种加工方法能够降低摩擦系数和磨损。Hu J[43]等对比水下和空气中在不锈钢表面激光织构加工质量，并研究了水深、脉宽、重复频率等工艺参数对微凹坑形貌的影响规律，研究发现激光在水中的热效应可以被抑制，同时蒸发水的反冲压力可以增加微凹坑的深度。水深太小，水膜容易破裂致使不锈钢暴露在空气中，水深过大，大部分能量在到达不锈钢之前就被水吸收，如图 1.3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr12mov模具钢表面激光毛化工艺及力学性能研究[J]. 符永宏,邹国文,黄婷,康正阳,李海波,郑峰. 应用激光. 2018(01)
[2]粗糙度对微凹坑织构化表面摩擦学性能的影响[J]. 纪敬虎,管采薇,符昊,华希俊,符永宏. 润滑与密封. 2018(01)
[3]激光光整对高硅铝合金缸套材料摩擦磨损性能的影响[J]. 李承娣,金梅,徐久军,沈岩. 中国表面工程. 2017(05)
[4]液体辅助激光加工过程中压力检测及应用研究进展[J]. 曹州权,谢小柱,陈蔚芳,魏昕,胡伟,任庆磊. 光电工程. 2017(04)
[5]激光微织构用吸光涂层正交工艺试验研究[J]. 孙建国,李胜,何镇盐,华希俊,张培耘,符永宏,纪敬虎. 激光技术. 2016(06)
[6]脉冲激光作用下45#钢表面微凸起形貌演变规律的研究[J]. 叶云霞,贾子扬,符昊,符永宏. 激光与光电子学进展. 2016(03)
[7]同点间隔多次激光微织构工艺研究[J]. 符永宏,刘强宪,叶云霞,华希俊,康正阳,符昊. 中国激光. 2015(12)
[8]铝合金轮毂激光去毛刺工艺[J]. 杭争翔,秦立家,徐国建,刘经伟. 沈阳工业大学学报. 2015(01)
[9]超快脉冲激光对钛合金的烧蚀特性与作用机理[J]. 郑卜祥,姜歌东,王文君,梅雪松. 西安交通大学学报. 2014(12)
[10]激光与物质相互作用的研究进展[J]. 黄庆举. 科技创新与应用. 2014(18)
博士论文
[1]短脉冲及超短脉冲激光对金属的烧蚀及微加工研究[D]. 王晓东.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]基于激光复合微织构技术的滑动导轨减摩防爬行研究[D]. 解玄.江苏大学 2018
[2]飞秒激光加工的轴承钢表面微织构润滑减摩特性研究[D]. 何江涛.哈尔滨工业大学 2017
[3]铝合金表面激光加工热效应仿真与实验研究[D]. 张金琪.山东大学 2015
[4]超声去除小孔交叉孔处毛刺加工方法的研究[D]. 任翠红.太原理工大学 2014
[5]规则表面微造型的激光加工和摩擦特性研究[D]. 孟小霞.江苏大学 2007
[6]金属材料脉冲激光刻蚀微加工的基础研究[D]. 刘院省.北京工业大学 2007
本文编号：3432651
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