基于纳秒激光的316L不锈钢直写微细沟槽实验研究

针对在几十微米尺度下纳秒激光直写法制造微流道的问题,研究纳秒激光加工工艺参数与微流道宽度和深度的关系,利用光纤激光器在316L不锈钢上进行微流道直写实验研究,得到了激光功率、扫描速度、激光频率、激光重复次数与微流道尺寸形貌的关系。实验结果表明,当激光功率为16W,扫描速度200mm/s,频率为40kHz,脉冲宽度为30ns时,实验结果最好,该参数为最佳激光工艺参数范围。同时,验证了小能量激光表面浅熔机理对沟槽底部抛光的可行性。     

激光小孔加工实验研究及工艺仿真

通过单因素试验分析了激光器电压、脉冲宽度、重复频率、聚焦条件、辅助气体等因素对小孔加工效果的影响规律。借助MATLAB神经网络工具箱和遗传算法工具箱,建立了基于BP神经网络和遗传神经网络(GA-BP)的激光打孔加工工艺仿真模型,利用两种模型分别对不同加工参数下的小孔孔径进行了仿真和预测。结果表明,经遗传算法优化后的BP网络模型具有更好的预测精度。     

硬质合金刀具表面微结构的激光加工研究

硬质合金刀具常用来加工难加工材料,通过刀具表面织构化技术可以提高硬质合金刀具的耐磨性和加工性能。激光加工技术作为一种快速非接触自动化加工技术,可以在硬质合金刀具表面上加工出微结构。本文主要研究平均功率、扫描速度、脉冲频率、离焦量、扫描次数这五个工艺参数对硬质合金刀具微结构尺寸及形貌的影响,从而选定最优的激光加工工艺参数。实验结果表明:随着平均功率的增大,微沟槽的深度和宽度都在增加,但功率过大导致严重烧蚀使底侧面形貌不平整;扫描速度和脉冲频率的增加都会使得微沟槽的深度和宽度呈现减小的趋势,过大的扫描速度使得底面形貌不连续,随着脉冲频率和扫描次数的增加,沟槽底面形貌变得平整;离焦量从0mm变化到-1. 2mm时,微沟槽的宽度缓慢增大,深度则先增大后减小,底面形貌由连续变成稀疏的孔洞。通过优选出的激光加工硬质合金刀具工艺参数,制备出了良好的刀具表面单一型和混合型微结构。     

工程塑料表面金属覆层的激光定域精细去除

结合激光刻蚀手段与数控加工技术,提出了一种基于数控激光铣削的工程塑料表面金属覆层定域精细去除方法。考虑不同位置的零件对加工质量的要求不同,通过激光烧蚀实验结果得到了保证图形边缘质量的精密切边加工工艺并确定了相应的工艺参数。开发了基于实际进给速度自适应调整激光能量的覆层金属定厚度高效去除技术,完成了图形内部余量的去除,解决了机床实际进给速度受动态性能限制无法达到预设值而导致的目标材料过烧蚀问题。最后,以典型零件复合式三维信号发送/接收器为例,通过对工件图形分区域变参数加工验证了所提出的方法的可行性。实验结果表明:采用基于数控激光铣削的金属覆层定域精细去除技术能够完成典型样件的精密加工,加工的三维金属图形衔接精准,边缘光顺整齐,热影响区范围小,能够满足该类零件高质高效的制造要求。     

利用神经网络建立电火花加工工艺模型

以峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔、抬刀时间和加工时间为输入参数,以加工速度和表面粗糙度为输出参数,利用人工神经网络技术建立了电火花加工工艺模型。经过与实验数据的比较,认为该模型能精确地预测出给定条件下的加工速度和表面粗糙度,真实反映了机床的加工工艺规律。     

面向能效的多工步数控铣削工艺参数多目标优化模型

为实现数控平面铣削工艺参数和工步数的节能优化,对多工步数控平面铣削加工过程能量构成进行分析,引入机床、刀具和加工质量约束,综合考虑工艺参数和工步数的关系,建立了以主轴转速、进给量、背吃刀量、铣削宽度和工步数为优化变量,以能量效率和加工成本为优化目标的多工步数控平面铣削工艺参数多目标优化模型。应用基于自适应网格的多目标粒子群算法对模型进行求解。以某夹具多工步数控平面铣削工艺参数优化为例,验证了模型的有效性和实用性。     

准分子激光加工参数对表面形貌影响的模糊分析

采用准分子激光微细加工方法 ,选用不同的工艺参数加工Al2 O3 陶瓷材料试件。通过表面轮廓仪测量并计算表面形貌统计参数。分析了激光加工工艺参数对表面形貌的影响 ,利用模糊分析方法 ,就激光器的放大器电压、激光脉冲频率、激光扫描速度等工艺参数对表面形貌轮廓均方根值Rq 的影响进行了评价。结果表明 ,Rq 值随激光器的放大器电压和激光脉冲频率的增大而增大 ,随激光扫描速度的增大而减小。分析得出 ,激光加工工艺参数对表面形貌的影响程度不同 ,由大到小依次为激光扫描速度、激光脉冲频率、放大器电压。因此 ,可以通过合理地选择工艺参数获得所需求的表面形貌 ,为表面微观形貌修饰提供了参考依据。     

超快飞秒脉冲激光测量技术研究

本论文主要从事有关飞秒超短脉冲测量的研究工作。对激光超短脉冲的脉宽测量、脉冲重现及短脉冲固体激光器等研究领域作了比较详细全面的调研。研制了一台能测量超短脉冲宽度的转镜式自相关仪，它具有测量范围宽、扫描线性好、使用方便、分辨率高等特性。利用该仪器已测到接找２０ｆｓ的钛宝石激光超短脉冲。还进行了相关短脉冲固体激光器的研制工作。     

基于改进BP网络的电火花加工工艺选择模型

提出了基于对数变换的数据预处理改进算法,测试表明效果较好。以加工面积、电极损耗比、表面粗糙度为输入参数,脉冲电流、脉冲宽度、脉冲间隙、放电间隙、伺服基准、伺服速度、加工速度为输出参数,提出了基于改进BP神经网络的电火花加工工艺选择模型。经过与实验数据的比较,该模型能真实反映机床的加工工艺规律,能实现在给定加工条件下进行电加工参数的自动选择。     

激光工艺参数对铝合金烧蚀特征尺寸的影响研究

相较于传统的人工标记、喷墨标记、电脑刻字标记等对产品进行唯一性标记的方式,激光标记具有速率快、加工精度高、热影响区小且经济实惠的特点,从而具有较大的实用价值。而在激光标记过程中,工艺参数选择不当容易造成标记不清晰,难以识别的问题。文中通过数值模拟与试验研究激光工艺参数与烧蚀特征尺寸之间的关系,结论如下：激光功率、激光频率及脉冲宽度与烧蚀深度、宽度成正比,然而激光功率、频率过大,会产生难以消除的多余物,在实际应用中推荐使用激光功率60 W、脉冲频率40 k Hz、脉冲宽度500 ns作为激光标记参数。     

面向比能耗的磨削加工建模及工艺参数分析

通过建立数控磨床磨削加工比能耗模型,采用白刚玉砂轮加工45号钢进行磨削加工实验研究,重点研究不同工艺参数对磨削过程中比能耗的影响。实验结果表明,数控磨床磨削比能耗与砂轮线速度呈正相关关系,而与工件进给速度及磨削深度呈显著的负相关关系。因此在生产实际中,可通过改变工件进给速度或磨削深度来降低机床比能耗。     

发动机气缸内表面激光微织构工艺试验研究

应用激光表面微织构技术加工缸壁储油槽,可保证储油槽的形貌精度。激光微织构加工装置的工艺参数(激光器控制参数)主要有激光焦距、激光功率密度和脉冲重复次数等。建立了不同工艺参数下凹腔织构的三维形貌和二维剖面形貌图,分析了不同工艺参数对凹腔形貌参数的影响规律。实验结果表明,合适的激光焦距、激光功率密度和脉冲重复次数能使凹腔的表面织构形貌最佳。     

准分子激光泵浦猝灭式染料激光器

描述了利用准分子激光泵浦猝灭式染料激光器获得激光超短脉冲的方法；理论上计算了猝灭式染料激光器产生短脉冲激光的机理；实验上获得了短至３０ｐｓ的染料激光超短脉冲。     

激光辅助水射流加工砷化镓晶片微槽的实验研究

对干激光、低压水射流辅助激光和激光辅助水射流技术加工砷化镓晶片微槽进行了对比实验，结果表明，激光辅助水射流技术适合加工砷化镓材料，它能够加工出晶片表面无污染、大深度、小热影响区宽度、大深宽比的高质量微槽，加工表面微观形貌均匀、微裂纹少，优于其他两种加工方式。实验研究了激光辅助水射流加工砷化镓晶片微槽的切割性能，结果表明，加工参数(激光脉冲能量、水射流压力、加工速度、水射流倾斜角度、焦平面位置和加工次数)对微槽深度、微槽宽度和材料去除率具有显著影响。微槽深度、微槽宽度和材料去除率随着激光脉冲能量的增大而增大，随着水射流压力的增大而减小，材料去除率随着加工速度的增大而显著增大。     

CO_2激光切割不锈钢的自适应控制优化

切割不锈钢板材随切割速度的改变,板材切割边缘易出现挂渣和过烧,影响尺寸精度和加工质量;提出在激光切割不锈钢过程中建立一控制自适应控制线性模型,利用输入参数中高速条件、低速条件来合理规划切割速度与输出功率、脉冲频率与脉冲占空比之间的线性自适应控制模型,控制切割部分所输入的能量水平;分析了易速度起伏的转角等小尺度路径判定模式;试验验证上述策略的可行性,其结论具有一定的实际实用价值。     

面向低碳高效的铣削工艺参数优化及应用

为实现铣削加工的低碳高效,对铣削加工的碳排放情况进行研究,建立了铣削加工碳排放量化模型,以机床最大功率、刀具寿命和表面粗糙度为约束条件,建立了以主轴转速、进给量、背吃刀量、铣削宽度为优化变量,以加工碳排放和加工时间为优化目标的数控平面铣削工艺参数多目标优化模型。通过粒子群算法对模型进行求解,得到了低碳高效的工艺参数。最后以数控平面铣削优化实验为例进行验证,表明该模型具有较高的精度和较好的优化效果。     

激光辐射损伤阈值与激光脉宽相互关系的模拟计算

描述了一个超短脉冲引起的电介质激光损伤的理论模型,这个模型考虑了多光子电离、雪崩电离、电子-离子复合和电子扩散。通过假设激光脉冲为高斯型,数值计算得到了激光脉冲宽度与激光辐射损伤间的依赖关系。对于大于10ps的脉冲宽度,数值结果与平方根关系符合很好,对于亚皮秒激光脉冲,通过适当选择损伤的评价标准,我们的模型解释了Du等和Stuart等的相对实验结果。     

45号 钢表面微凹槽织构激光加工工艺

为优化激光表面织构技术加工微凹槽的工艺参数,采用声光调Q二极管泵浦Nd:YAG激光器在45#钢表面开展工艺试验研究。通过WKYO NT1100三维形貌测量仪获得织构形貌,应用单因素法分析泵浦电流、脉冲重复频率、扫描速度工艺参数对织构形貌的影响。结果表明,随着泵浦电流的增加,微凹槽织构的宽度和深度均随之增大;随着重复频率的增加,微凹槽织构的宽度逐渐变小,而深度先变大后变小;随着扫描速度的增加,微凹槽织构的宽度逐渐增大,而深度逐渐减小。通过对上述参数的优化可以获得较为理想的微凹槽形貌,较佳工艺参数范围为：泵浦电流15～17 A,重复频率1 500～2 500 Hz,扫描速度10～20 mm/s。     

45~#钢表面微凹槽织构激光加工工艺

为优化激光表面织构技术加工微凹槽的工艺参数,采用声光调Q二极管泵浦Nd:YAG激光器在45~#钢表面开展工艺试验研究。通过WKYO-NT1100三维形貌测量仪获得织构形貌,应用单因素法分析泵浦电流、脉冲重复频率、扫描速度工艺参数对织构形貌的影响。结果表明,随着泵浦电流的增加,微凹槽织构的宽度和深度均随之增大;随着重复频率的增加,微凹槽织构的宽度逐渐变小,而深度先变大后变小;随着扫描速度的增加,微凹槽织构的宽度逐渐增大,而深度逐渐减小。通过对上述参数的优化可以获得较为理想的微凹槽形貌,较佳工艺参数范围为:泵浦电流15~17 A,重复频率1 500~2 500 Hz,扫描速度10~20 mm/s。     

激光清洗过程低碳建模与工艺参数优化

激光清洗是应用脉冲激光束高能量冲击去除基材表面污染物,已广泛应用于航空航天、海工等领域高端装备的运维。但其清洗工艺时间长、激光束的高热量及电能的不完全转化导致大量碳排放产生。基于此,提出一种面向低碳的激光清洗过程工艺参数多目标优化方法。首先,分析激光清洗工艺碳排放特性,搭建激光清洗碳排放监测平台,建立激光清洗过程碳排放模型,探究激光清洗工艺参数对碳排放的影响规律;在此基础上,以清洗质量最佳、碳排放最低为目标,建立激光清洗过程多目标工艺参数优化模型,提出一种基于佳点集与协同进化框架多目标进化算法的模型求解方法,解决初始解质量差、种群多样性差、易陷入局部最优等问题;运用改进GRA与TOPSIS方法获得最佳的工艺参数组合。最后,应用QZ2425激光清洗装备对2A12铝合金进行除漆实验,实验表明：该模型及算法可有效降低激光清洗过程碳排放,保证清洗质量,为我国激光加工产业实现碳达峰、碳中和提供一条有效途径。