连续激光辅助热加工氧化铝陶瓷热效应分析

陶瓷材料的性能优越,其加工难度主要表现在加工硬度和加工脆性上,激光辅助热加工陶瓷材料能够有效避免加工时产生表面裂纹。本文采用半解析的方法对于激光加热氧化铝陶瓷材料时的温度变化进行了模拟,分析了不同方向上温度的变化情况,得出了温度场的分布;根据氧化铝陶瓷温度达到1000 K时即可达到软化效果的理论,探讨了不同参数时温度场的分布,以达到较好的软化效果。研究表明,通过对温度场的计算模拟,选取合适的激光参数对不同尺寸的材料进行软化加工,能够有效且高效的达到切割氧化铝硬性材料的工艺要求。     

355nm紫外激光抛光Al2O3陶瓷工艺的研究

紫外激光抛光Al2O3陶瓷可以有效地降低加工中的热影响区、防止微裂纹的产生。为了得到不同激光工艺参量（激光能量密度、扫描速率、扫描间隔）对Al2O3陶瓷抛光表面粗糙度的影响规律,采用单因素实验方法进行了355nm紫外激光抛光Al2O3陶瓷的工艺实验,获得了最优的工艺参量范围。结果表明,当激光能量密度为6J/cm2、扫描间隔为2μm、扫描速率为60mm/s时,抛光后分别获得了较小的表面粗糙度值。这一结果对获得的低粗糙度、高质量的Al2O3陶瓷抛光表面具有指导意义。     

低压水射流辅助激光刻蚀Al2O3陶瓷的试验研究

研究了低压水射流辅助激光加工的方法,利用该复合加工方法对Al2O3陶瓷材料进行刻蚀加工。通过对比分析,系统研究了脉冲能量、脉冲宽度、重复频率等激光参数对Al2O3陶瓷常规激光刻蚀与低压射流辅助激光刻蚀后的表面微观形貌的影响。研究结果表明:这种利用了射流束的冲蚀作用的复合加工方法能够减少再铸层和微裂纹的产生,减少试样表面熔渣的堆积,复合加工的试样质量稳定性有很大的提高。     

激光加热辅助切削工程陶瓷研究及应用现状

介绍了一种新的陶瓷加工方法：即采用激光来加热陶瓷,陶瓷在高功率激光的作用下瞬时升温而软化,硬度和脆性大大降低,再用硬质合金刀具像切削金属一样来加工陶瓷。在此基础上,综述了各种工艺参数,如激光功率、光斑大小、材料、进给速度、切削深度、激光作用点与刀具的距离、工件旋转速度等对激光加热辅助切削工程陶瓷质量的影响。还给出了国内外研究进展,并对其发展做了展望。     

ZrO2陶瓷激光加热辅助切削工件表面性能的研究

ＺｒＯ_２陶瓷材料在不同激光参数的照射下,表面的组织和物理性能;ＺｒＯ_２的抗热震性能。并用解析法对激光加热温度场分布规律进行了分析计算,为ＺｒＯ_２陶瓷材料激光加热辅助切削工艺提供依据。     

水导激光去除不锈钢表面漆层的温度场仿真与试验

为了在水导激光去除不锈钢表面漆层试验中获得能够不损伤基体表面且完全除漆的加工参数,基于材料热物理性参数与温度变化的关系,运用Ansys建立了水导激光对不锈钢基体表面除漆的三维瞬态模型.在仿真加工过程中进行数值模拟研究,得到了加工过程中温度场的分布情况.通过单因素仿真试验找到了激光峰值功率、脉冲宽度和加工速度对温度场分布...     

248nm KrF准分子激光精密加工Al2O3的实验研究

本文采用波长248nm的KrF准分子激光器，对Al2O3陶瓷片的精密加工进行了研究，探讨了各种工艺参数对加工质量的影响规律。同时研究了激光工艺参数对材料表面粗糙度的影响，并且对加工后工件的表面形貌进行了分析。     

基于有限元分析法的激光剥离技术中GaN材料瞬态温度场研究

用有限元分析法模拟计算Al2O3／GaN的激光剥离，分析了采用不同能量密度脉冲激光辐照时GaN材料内的瞬态温度场分布。采用波长248nm的KrF准分子激光器对Al2O3／GaN样品进行激光剥离实验。实验结果与有限元数值模拟结果一致。分析了影响GaN材料温度场分布的因素，在激光光源一定的条件下，温度随时间和深度变化较快。在实现激光剥离时，脉冲激光的能量密度应不低于阈值条件，但为了避免温度过高对器件产生损伤，脉冲激光的能量密度存在上限。多脉冲激光辐照时，脉冲频率是另一关键参量，计算得到了不同能量密度的脉冲激光辐照时频率的选取范围。     

陶瓷激光精密打孔工艺研究

用脉冲Nd:YAG激光对氧化铝（Al2O3)陶瓷基片进行了激光打孔试验,分析了激光能量、激光脉宽、脉冲频率、离焦量等工艺参数对成孔质量的影响。     

液压碳石墨密封环激光辅助车削的加工性能研究

为了实现液压碳石墨密封环的高效车削加工,采用激光辅助加工方法,进行了碳石墨密封环材料的激光辅助车削加工研究.考虑到碳石墨密封环材料具有高强度、高硬度等特点,利用激光束对工件进行局部加热,以提高加工效率、减小切削力和刀具磨损.针对碳石墨M104密封环的车削加工过程,进行了常规切削和激光辅助切削的对比实验研究.设计了激光辅助加工的实验流程,并进行了工艺参量的合理选择,得到了较高的切削效率.结果表明,激光辅助切削的主切削力和径向力分别比常规切削下降了23.5%和19.9%;激光辅助切削的切削区温度分布与常规切削相近;刀具磨损和破损的程度较小,能获得较好的表面加工质量.     

激光加工陶瓷裂纹行为的理论分析及实验验证

通过建立脉冲激光陶瓷打孔二维温度场模型,计算了相应的热应力分布,预测了打孔过程中的两种裂纹形态--径向裂纹和环形裂纹,并由此预测出激光脉冲切割过程中的两种裂纹扩展方式--发散型和回归型,提出通过降低加工处温度、减少热影响区以及增大孔径(或切缝宽度),可以达到降低热应力,抑制加工裂纹产生的目的.通过讨论模型参数和激光加工工艺参数之间的对应关系,提出低占空比、高辅助气体压力和离焦加工是激光加工工艺参数优化的基本方向,通过对氧化铝陶瓷和单晶硅的激光加工实验,对裂纹的产生及扩展预测进行了验证,并对加工参数优化实现了陶瓷的激光无裂纹加工.     

46MnVS5连杆裂解槽脉冲激光加工数值模拟研究

分析了激光切割连杆裂解槽的温度场特性及对工件材料的热影响,建立了脉冲激光热源加工裂解槽温度场模型,分析了数值模拟中材料的初始条件、网格划分和热物理特性。通过数值模拟不同激光加工参数(脉冲功率、脉冲频率、脉冲宽度和切割速度)的温度场分布,得出激光参数对46MnVS5连杆裂解槽几何尺寸(槽深、槽宽和张角)的影响规律,为激光加工参数对连杆裂解槽质量参数影响的实验研究提供理论参考依据。     

氧化铝陶瓷加工表面粗糙度与材料显微结构间关系

通过研究四种显微结构不同的Al2O3陶瓷加工表面粗糙度的变化规律,来探讨Al2O3陶瓷材料加工表面粗糙度与其显微结构的关系.结果表明,Al2O3陶瓷材料加工表面粗糙度决定于磨料粒径和材料显微结构.总的来说,磨料粒径和陶瓷晶粒越小,表面粗糙度精度越高.当磨料粒径降到与陶瓷晶粒尺寸级别相当,或者更小时,决定Al2O3陶瓷材料加工表面粗糙度的关键因素是材料气孔的大小数量.材料越致密,其加工表面粗糙度的精度就能加工得越高.     

低压水射流激光复合切割Al2O3 陶瓷的研究

针对激光切割Al2O3 陶瓷存在热裂纹、大量熔渣等问题,提出了低压水射流激光复合切割陶瓷技术,并将这种工艺与普通激光切割进行了对比,结果表明低压水射流激光复合切割陶瓷可以大大减少陶瓷切缝的熔渣、避免热裂纹。主要研究了辅助气体压力、激光脉冲能量和激光重复频率对水射流激光复合切割Al2O3 陶瓷质量的影响规律,发现水射流存在时,辅助气体压力主要起到吹除切割头处水珠的作用,激光脉冲能量或激光重复频率增大、烧蚀材料增多,当烧蚀材料不能及时被射流冲除就形成了熔渣的累积,影响陶瓷切割质量。     

应用加热软化和应力效应的激光加工技术

常规激光加工技术多是利用高温使材料熔化或气化而达到加工目的,但是往往需要克服在激光加热过程中引起的材料软化和热应力.探讨了利用激光加热引起的软化和热应力效应进行加工的可行性,主要研究了激光加热辅助切削(LAM)技术和激光加热弯曲三维成形技术等非常规激光加工技术,着重探讨了LAM陶瓷材料的温度场变化、切屑形态和加工表面形...     

Al2O3陶瓷激光铣削试验研究

采用Nd∶YAG脉冲激光器对Al2 O3陶瓷进行铣削加工试验。系统研究了工艺参数对铣削量和铣削面质量的影响规律 ,并利用优化的铣削工艺对Al2 O3陶瓷进行多种形状的铣削加工。     

基于生死单元的激光铣削温度场数值模拟与验证

利用ANSYS 有限元模拟软件建立了激光铣削过程的三维瞬态有限元模型,并以Al2O3 陶瓷材料的激光铣削加工为例,利用ANSYS 中的单元生死技术对激光铣削过程中温度场的动态分布进行了模拟。选取其中的一组参数,详细分析了铣削件表面某一点温度场的变化规律,确定了沿样件不同的扫描路线上铣削层的宽度和深度,并提出了温度场模拟结果的间接验证方法,即将温度场模拟获得的铣削层宽度和深度与实验测得的数据进行对比,对比结果较吻合,说明建立的有限元模型能够进行激光铣削效果的预测。     

毫秒激光辐照光学元件的多杂质损伤模型

建立了毫秒长脉冲激光辐射透明光学元件的多杂质加热模型,对涂有SiO2/Al2O3增透薄膜的K9玻璃光学元件在毫秒激光辐照下的温度场和热应力场进行了数值模拟,分析了温度场和应力场分布的发展历程。结果表明在毫秒激光作用下,多个微小杂质团簇作为吸收热源能够导致毁灭性的损伤,且损伤同时出现在元件的前后表面,前表面为温度与应力效应共同作用,后表面为应力效应主导。数值模拟结果与实验损伤形貌观察结果吻合较好。     

人工神经网络在Al2O3陶瓷激光铣削中的应用研究

为了有效地控制Al2O3陶瓷激光铣削层质量,以人工神经网络（ANN）技术为基础,以MATLAB软件作为开发平台,建立了Al2O3陶瓷激光铣削层质量与铣削参数之间的关系模型。并以激光功率、扫描速度和离焦量作为输入参数,激光铣削层深度和宽度作为输出参数,对激光铣削层质量进行了预测。结果表明,该模型的平均误差小,拟合精度高。并在训练样本之外,选取了5组工艺参数来检验网络模型的可靠性,检验输出值和实验样本值的最大相对误差为7.06%。说明运用该模型可以方便、准确地选择激光工艺参数,提高Al2O3陶瓷激光铣削层的加工质量。     

粉末分布对激光近净成形Al_2O_3陶瓷薄壁件表面形貌的影响

采用同轴送粉激光近净成形系统,研究同轴送粉粉末分布特征,开展氧化铝(Al2O3)陶瓷薄壁件成形实验,结合粉末分布密度函数分析光斑直径和激光功率对激光近净成形Al2O3陶瓷薄壁件表面形貌的影响。结果表明,同轴送粉粉末成双重高斯分布,激光光斑大小影响光束直接辐照粉末量,进而影响薄壁件表面形貌,光斑大小与光束直接辐照粉末量成高斯积分函数;增大激光功率可减弱高斯分布粉末对激光能量分布的影响,有利于获得较好的表面形貌,但激光功率过大会导致薄壁件表面形貌变差;采用合理的工艺参数成形的Al2O3陶瓷件相对密度可达99.72%。