激光在线修整青铜金刚石砂轮数值仿真与试验

为了研究声光调Q YAG脉冲激光在线修整青铜结合剂金刚石砂轮,采用数值仿真和试验相结合的方法,在考虑金刚石石墨化过程的基础上,通过有限元数值模拟的方法建立了3维单脉冲激光烧蚀金刚石磨粒的数学模型和传热模型,研究了脉冲激光参量(离焦量、脉宽和激光功率)对金刚石磨粒去除厚度的影响规律,为激光修整参量选择提供了指导。结果表明,激光功率、脉宽和离焦量是影响脉冲激光金刚石磨粒去除厚度的最直接的因素,金刚石磨粒去除厚度随着激光功率的增加而变大;随着脉宽的增加而减少;随着离焦量的增加而减少。借助CCD和激光三角位移测量仪对砂轮表面跳动进行在线监测、采用闭环控制系统控制Q开关,实现了砂轮的在线修整,获得了良好的地形地貌,降低了砂轮圆跳动度误差,达到良好的修整效果。     

脉冲激光切向整形径向修锐青铜金刚石砂轮

对脉冲光纤激光切向整形和径向修锐青铜结合剂金刚石砂轮技术进行了理论分析和试验研究。理论分析了激光切向整形和径向修锐青铜结合剂金刚石砂轮的机理,总结提出了决定脉冲激光修整效果的4个关键工艺参数:激光功率密度、激光光斑重叠率、激光扫描轨迹线重叠率及激光循环扫描次数。试验研究了这4个工艺参数对修整后砂轮表面磨粒石墨化变质层、磨粒磨削刃锋利程度、结合剂表面平整度及磨粒出刃高度的影响规律,并分别找到了在本试验条件下的理想值。     

砂轮激光修整设备及参量选择的研究

为了选择合适的激光设备及参量,以便提高激光修整砂轮效率和精度,采用300W氙灯抽运YAG普通脉冲激光器、80W声光调Q YAG脉冲激光器对青铜金刚石砂轮进行了单脉冲和连续脉冲烧蚀试验,借助于显微镜分析了激光作用后砂轮表面的微观形貌,并通过理论推导,得出一组公式,在考虑砂轮修整精度和效率的前提下,有效地缩小激光器及参量的选择范围,有助于针对不同的砂轮选择更为合适的激光参量进行更有效的修整。结果表明,声光调Q YAG脉冲激光器比氙灯抽运普通YAG脉冲激光器单脉冲能量小、脉冲频率高、脉宽窄、峰值功率高,更适合用于砂轮的高精度、高效率修整。     

青铜金刚石砂轮的激光整形与修锐

考虑蒸发效应、等离子体屏蔽效应与脉冲间能量累积效应基础上,建立脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮传热物理模型,应用模型对脉冲光纤激光修锐青铜和整形金刚石分别进行传热数值计算,依据数值仿真结果,开展脉冲光纤激光烧蚀青铜轮和青铜金刚石砂轮的实验。理论研究和实验研究表明:相关条件下,当激光功率密度小于2.10108 W/cm2时,只能对青铜金刚石砂轮修锐;当激光功率密度大于2.10108 W/cm2小于2.52108 W/cm2时,能对青铜金刚石砂轮实现整形和修锐的合二为一;当激光功率密度大于2.52108 W/cm2时,能对青铜金刚石砂轮实现大深度修锐,但影响磨粒突出结合剂的高度和磨削性能,以上研究为脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮研究提供理论指导与工艺优化,同时实验结果与数值模拟结果一致,也验证了传热模型的正确性。     

激光辅助机械修整金刚石砂轮的温度场分析

激光辅助机械修整金刚石砂轮是一种金刚石砂轮修整新方法，它利用激光束加热砂轮表面使得金刚石修整笔的修整材料模式从脆性断裂变为塑性流动，从而提高砂轮表面修整质量，降低金刚石笔的磨损。运用ANSYS软件建立了激光辅助机械修整过程中金刚石砂轮温度场的有限元模型，并用热成像仪NEC TH7IOOWX／WV测量了实际工况下的温度场。结果表明，在相同工况下运用仿真模型所得分析结果与实测值拟合得很好。利用所建立的金刚石砂轮温度场的计算机仿真系统可对砂轮修整过程进行前期预测、工艺参数调整及优化等，避免加热温度过高使砂轮表面金刚石颗粒石墨化，或加热温度不足使砂轮表面硬度下降不够等情况的发生，从而减少了直接进行修整实验带来的盲目性。     

脉冲激光修锐青铜金刚石砂轮烧蚀机制研究

青铜金刚石砂轮具有优良的磨削性能，在初次使用和磨损后必须对其修锐。由于青铜结合剂和金刚石磨粒之间存在热物理、光学性质的差异，可通过选择合适的脉冲激光功率密度去除结合剂，凸出磨粒，实现选择性去除。针对声光调Q YAG脉冲激光修锐青铜金刚石砂轮，建立了适合激光烧蚀青铜结合剂的实际过程的传热与气化动力学模型，运用数值计算模拟出各种激光功率密度下的熔层温度、熔层厚度和烧蚀速率，进而获得激光功率密度与激光烧蚀凹坑深度的关系，并与实验结果进行比较。通过验证表明所建立的模型可以正确描述实际物理过程。     

激光修整青铜金刚石砂轮石墨变质层的研究

针对声光调Q YAG脉冲激光修整青铜结合剂金刚石砂轮,运用ANSYS有限元软件建立了三维脉冲激光烧蚀金刚石磨粒的数学模型和传热模型,得到了激光烧蚀金刚石磨粒后的温度分布。利用所建立的模型可获得不同激光参数下的变质层厚度,并通过实验对该模型进行了验证。针对脉冲激光修锐与整形的两个不同方面,从实验和数值模拟两方面研究脉冲激光参数对变质层厚度的影响规律,得到在修锐时脉宽与激光功率对变质层厚度影响程度相差不大,而在整形时脉宽则起到了绝对的主导作用;经过多脉冲激光烧蚀后变质层厚度有所减小;只有在砂轮修锐时石墨变质层厚度随脉宽的增加而减少。     

脉冲光纤激光修锐青铜金刚石砂轮试验研究

为了寻求超硬磨料砂轮的修锐新方法,采用脉冲光纤激光径向辐照,对青铜结合剂金刚石砂轮进行了修锐试验研究。理论分析了脉冲激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮的基本原理;借助超景深3维显微系统和粗糙度测试仪,获得了脉冲光纤激光烧蚀青铜结合剂轮烧蚀凹坑的表面形貌和深度,总结了激光平均功率、脉冲重复频率和离焦量等参量对烧蚀效果的影响规律;根据试验结果选择最佳工艺参量(Pm= 20W, f=70kHz,Δ=0.0mm),开展了激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮的试验,并采用超景深3维显微系统对修锐后的砂轮表面形貌进行观测。结果表明,在合理工艺参量下,脉冲光纤激光径向辐照修锐青铜结合剂金刚石砂轮,可获得良好的修锐效果。     

基于PSD的DSP闭环控制系统在激光修整超硬磨料砂轮中的应用

基于热作用的激光烧蚀加工已成为解决超硬磨料砂轮修整的有效手段之一。由于激光和待加工材料相互作用机理复杂 ,导致直接用激光进行烧蚀加工的精度不可能预先精确地确定。本文设计了一套以DSP芯片为微处理器的在线检测、控制激光烧蚀加工的闭环控制电路系统。该系统以声光调QYAG连续激光作为测量光源 ,采用光学三角测量装置将光斑投射到光电位置传感器PSD上 ,将待加工表面相对指定位置的偏移反映为光斑在PSD上的位置变化。闭环控制电路对位置变化电流信号进行实时处理 ,转变为控制脉冲输出 ,经过调制和放大 ,控制声光调QYAG激光巨脉冲的发射 ,从而对激光烧蚀加工进行有效控制 ,得到较理想的整形精度。本控制系统的特点是 :它的初始信号是一常数值为零 ,直接利用测量信号进行控制 ,这对测量和控制电路的实时性要求较高 ,本系统能够满足实时性的要求 ,系统具有一定的抗干扰能力 ,能在高频脉冲烧蚀加工的条件下正常工作。     

激光-机械复合修整超硬磨料砂轮研究

为了解决超硬磨料砂轮修整困难的难题,采用激光-机械复合修整法,通过对青铜结合剂的去除过程进行多脉冲有限元仿真,优化激光粗修工艺的激光参数及确定激光粗修工艺过程砂轮圆跳动所能达到的范围。根据仿真结果选择了修整实验条件下激光粗修的激光参数,并对烧结成型的青铜金刚石砂轮进行了激光-机械复合修整实验。结果表明在合适的工艺参数下,激光-机械复合修整法是一种有效的修整方法。     

金刚石锯片激光开槽的实验研究

报导高功率ＣＯ２激光加工机对金刚石小锯片的开槽实验，给出了开槽的工艺参数，并讨论了影响开槽质量的有关技术问题。     

金刚石锯片的激光焊接工艺参数试验研究

采用800W基模CO2激光器对金刚石锯片进行了激光焊接研究。试验并研究了激光功率、焊速、离焦量及偏移量等工艺参数对金刚石锯片的激光焊接质量的影响,获得了焊接的最佳工艺参数,焊缝深宽比约为2mm,焊接熔合深度约为1.2mm。激光焊接的金刚石锯片显著地提高了其结合强度及承载能力。     

激光焊接金刚石圆锯片工艺研究

通过研究 6 5Mn与金刚石刀头间的激光焊接工艺 ,在 6 5Mn钢基板与金刚石刀头间引入一过渡层 ,获得了较高焊接结合性能的工艺方法 .     

金钢石激光锯片生产工艺研究

本文对金钢石锯片生产的工艺流程及工艺参数进行了综合分析，指出刀头过渡层、工作层的制作、基体的选择和激光焊接工艺参数的选取必须综合考虑。着重讨论了基体选择、刀头配方、冷压、烧结、激光焊接功率、焊接速度、离焦量、横向偏移量、等离子体控制、保护气体、以及焊件间配合尺寸、工件装夹等对焊接质量的影响及其相互之间的依赖关系，焊接质量的检验方法等。     

金刚石锯片激光焊接的微观组织与性能研究

从金刚石锯片的激光焊接接头的微观结构,分析了焊接接头的各区域的显微组织分布、基板组织状态及后处理对焊接性能的影响,研究了提高焊接性能的主要途径。