YG8硬质合金表面沟槽织构的制备及其减摩特性

采用光纤激光加工设备在YG8硬质合金表面加工出沟槽织构,研究了激光加工参数对织构尺寸及形貌的影响,得到最佳激光加工参数;采用最佳激光加工参数在硬质合金表面加工出4种不同方向的正弦型沟槽织构,研究了干摩擦条件下织构的减摩特性。结果表明:随着激光功率、扫描次数的增加或扫描速度的减小,沟槽织构尺寸增大,但过高的激光功率或过多的扫描次数导致织构底部粗糙;最佳激光加工参数为激光功率40W,扫描速度100mm·s~(-1),扫描次数200次,此时沟槽织构表面形貌较好,织构宽度为160μm,深度为15μm;在试验载荷为2N、滑动速度为20mm·s~(-1)时,正弦中心线与摩擦方向成0°的正弦型沟槽织构的减摩效果优于正弦中心线与摩擦方向成30°,60°,90°的织构,且摩擦因数比光滑试样的降低了25%。     

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。     

激光参数对陶瓷微孔加工质量的影响

为研究激光加工氧化铝陶瓷高质量微孔的成型工艺,采用皮秒激光自旋切割模式在0.3 mm厚的氧化铝陶瓷上加工直径为0.2 mm的微通孔。研究了激光加工参数(激光功率、离焦量、重复频率、打孔次数及扫描速度)对微孔质量的影响。试验结果表明,随着激光功率的增加,孔的入口、出口直径增大,入口、出口圆度和锥度呈现减小的趋势;随着扫描速度的降低,孔的锥度呈下降趋势;随着负离焦量的增大微孔锥度逐渐减小;重复频率的变化对微孔质量各性能指标影响不大。试验发现激光功率和离焦量是影响微孔质量主要因素。最终在功率为27 W、离焦量为-0.7 mm、扫描速度为400 mm/s、重复频率为100 kHz及打孔次数为10次时获得入口圆度为2.995μm、出口圆度为3.509μm及锥度为5.96°的高质量微孔。     

陶瓷刀具表面微织构激光刻蚀正交工艺实验研究

基于正交试验法优化陶瓷刀具表面微织构激光刻蚀工艺参数,使用极差分析法绘制了各因素与各指标之间的关系曲线图,得到各因素对微织构尺寸的影响程度,以此优化激光工艺参数。结果表明:影响微织构宽度的主次顺序为重复频率、激光功率、扫描次数、扫描速度;影响微织构深度的主次顺序为:扫描次数、重复频率、扫描速度、激光功率。激光功率过大、扫描速度过慢、重复频率过大、扫描次数过多,会使得陶瓷刀具表面微织构底产生裂纹。采用优化后的工艺参数进行实验,有效地抑制了微织构表面裂纹的产生,且微织构尺寸达到切削实验要求。     

刀具表面微织构激光加工方法研究与分析

在刀具的表面加工微织构,可显著提升刀具的切削性能,大幅提高刀具耐用度并延长刀具的使用寿命。本文利用脉冲激光在硬质合金(WC-Co,YG8)刀具的表面加工微织构,重点对激光功率、频率、脉冲个数和光斑直径对微坑织构的尺寸、形貌以及激光加工中产生微裂纹的影响进行了系列试验研究。采用波长λ=1064nm、激光功率W=90W、频率f=20Hz、脉冲个数n=20、光斑直径d=500μm的激光参数,在硬质合金刀片300℃预热处理后,用带有4个档位的超声振动辅助手段在刀具表面加工微坑织构。并选用原始激光加工后的硬质合金片和热处理超声振动辅助激光加工后的硬质合金刀片进行比较,试验结果表明,当刀具采用预热处理后,辅以超声振动进行激光加工的方法对控制刀具表面织构尺寸精度、刀具表面形貌的均一稳定和抑制表面微裂纹的产生具有重要意义。     

微织构对钢制导轨表面摩擦性能的影响

利用激光加工技术在钢制导轨副上制备了4种不同的微织构,并通过优化加工功率、扫描速度等激光参数获取了质量良好的微织构。在油润滑的条件下,利用自制导轨摩擦试验机进行直线往复式摩擦实验。通过仿真软件分析微织构对导轨副接触面的接触应力的影响,结合微织构存储和供应润滑油的能力和产生额外的流体动压效应的能力等作用机理来分析实验结果,探究不同的微织构对导轨副摩擦性能的影响。研究表明:当扫描速度为150 mm/s、加工功率分别为8 W和5 W时,可以获得质量良好的沟槽和圆孔;所有的微织构都可以改善导轨副接触面的接触应力;在磨合阶段,微织构并不能减小导轨副的摩擦系数,而在稳定磨损阶段,所有的微织构都有一定的减摩能力,其中圆孔微织构减小了14.6%,与导轨运动方向平行的直线型微织构减小了2.4%,网格型微织构和与导轨运动方向垂直的直线型微织构分别减小了7.9%和5.5%。这是由不同的微织构其存储和供应润滑油的能力、产生额外流体动压效应的能力和改善接触面接触应力的能力不同所引起的。     

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。     

雷达功率组件的金刚石微通道热沉激光加工工艺

为研究雷达功率组件金刚石微通道热沉的加工难题,开展了飞秒激光加工多晶金刚石微流道的工艺研究,仿真模拟了飞秒激光作用于金刚石表面的温度场分布,以及诱导去除过程,理论与实验研究了金刚石的烧蚀阈值,系统研究了激光能量、扫描速度、扫描次数、焦点位置等参量及其优化工艺参数对金刚石微槽尺寸的影响规律。结果表明:当飞秒激光功率大于0.3 W时,激光作用于金刚石的最高温度超过材料去除的气化温度,温度最高位置处于光斑中心,功率不会改变温度场的分布情形;飞秒激光加工金刚石的烧蚀阈值为1.80 J/cm2,金刚石微槽深度与激光功率、扫描次数正相关,与扫描速度负相关,与正负离焦量基本成对称分布关系,而金刚石微槽表面宽度则变化不明显;在激光功率为5 W,扫描速度为100 mm/s,扫描次数为30,离焦量为-0.5 mm的优化参数下,加工出的金刚石微槽结构形状规则,截面侧壁锥度控制在3°以内,表面无残渣、裂纹、崩边等缺陷,且内部也无裂纹等缺陷,加工一致性较高,实现了微通道的 “冷”加工,可满足雷达功率组件金刚石热沉对微通道的高质量加工要求。     

碳纤维增强复合材料水导激光加工实验研究

为了研究水导激光加工关键工艺参数对碳纤维增强复合材料(CFRP)沟槽截面形貌与热影响区的影响,利用水导激光加工设备设计单因素实验探究了激光功率、水射流压力、进给速度及激光重复频率四个关键工艺参数对沟槽截面形貌以及热影响区的影响规律,分析了沟槽截面形貌和热影响区形成机理。实验结果表明：激光功率对沟槽烧蚀深度和热影响区的影响最大,水射流压力对沟槽烧蚀宽度的影响最大,进给速度和激光重复频率对沟槽烧蚀深度和宽度的影响不大,对热影响区有较大影响。此外,发现沟槽截面去除区呈V字形,热影响区呈锯齿形状。通过单因素方法分析得到了较好的沟槽截面形貌,其沟槽截面烧蚀深度为772.8μm,烧蚀宽度为897.7μm,铺设方向为90°的碳纤维层热影响区为326.5μm,铺设方向为0°的碳纤维层热影响区为102.4μm。     

不同形貌微织构自润滑陶瓷刀具切削性能的对比

采用激光技术在Al2O_3/TiC陶瓷刀具前刀面加工出微凹坑和微沟槽2种微织构,并填充MoS2固体润滑剂制备得到微织构自润滑刀具,研究了不同形貌微织构自润滑刀具对淬硬钢的切削性能,并与传统无织构陶瓷刀具的进行了对比。结果表明:在不同切削条件下,采用微凹坑织构刀具切削时的主切削力较采用无织构刀具的平均降低了26.91%,而采用微沟槽织构刀具切削时的平均下降了15.85%;在切削速度较高、进给量和背吃刀量均较小的条件下,采用微织构刀具切削后工件的表面粗糙度较采用无织构刀具的有明显下降;微凹坑织构刀具切削后的切屑变形程度明显低于微沟槽织构刀具和无织构刀具切削后的,其前刀面的磨损程度明显低于微沟槽织构刀具和无织构刀具的,微凹坑织构刀具比微沟槽织构刀具表现出更佳的切削性能。