基于正交实验的SUS304不锈钢激光打孔过程参量优化

为了优化激光打孔参量和提高激光打孔成型质量,采用正交实验法对5mm厚的SUS304不锈钢材料进行激光打孔实验研究和理论分析,测量和计算得到了激光打孔上下孔径和锥度的数据,并采用极差分析法得到了脉冲宽度、脉冲能量、重复频率、离焦量和脉冲个数等参量对小孔锥度的影响程度以及SUS304不锈钢激光打孔的最优实验参量组合。结果表明,离焦量、脉冲宽度和脉冲个数对孔锥度的影响较大,重复频率和脉冲能量的影响较小,优化后的激光参量为脉冲宽度0.5ms、脉冲能量2.5J、重复频率40Hz、离焦量0mm、脉冲个数200个。采用优化后的激光参量可加工出锥度较小的孔。     

高峰值功率自准直脉冲Nd:YAG激光加工无锥度直孔研究

利用改进的脉冲Nd:YAG激光器,对激光冲击打孔加工无锥度直孔进行了实验研究。在优化激光脉冲峰值功率和脉冲能量、辅助气压参数的基础上,通过比较实验证明,能量递增组合脉冲是实现无锥度直孔加工的有效方式,增加脉冲组合中脉冲的个数可加工出负锥度的孔;激光焦点位置是影响孔锥度的重要因素,焦点位于材料表面上方1.1~1.7 mm有利于减小锥度。在厚度为1.5,3.0 mm的镍基高温合金材料上,获得孔径分别为480,510μm的直孔,重复打孔孔径误差约30μm,孔锥度<1%。给出了可实用于激光冲击打孔的直孔加工方法和脉冲激光器,并可用于其他材料的加工。     

CFRP复材飞秒激光小孔加工工艺研究北大核心CSCD

飞秒激光有着极窄的脉宽、极高的峰值能量,因此具有加工范围广、加工质量好等优势。利用飞秒激光对CFRP复合材料进行小孔加工试验,研究了光斑局部填充和全填充两种方式对Φ3 mm小孔加工的影响。通过光学显微镜、工业CT等检测手段对试件的小孔加工进行检测,分析小孔进出口形貌以及内壁锥度,对比讨论了不同填充方式对材料去除的影响。试验结果表明,全填充的排屑条件好于局部填充,因此更容易加工出通孔;局部填充易导致光束向底部反射以及热量聚集所致的材料去除,因此加工出的通孔锥度较小。扫描速度越小,孔的锥度越小,反之扫描速度越大,孔的锥度越大。填充间距影响着激光的输入能量密度,因此填充间距对小孔加工的深度有直接影响,对小孔入口直径以及小孔锥度的影响较小。     

简明通讯

1.关于激光打孔锥度问题的探讨(广西英山柴油机厂油泵车间 广西机械研究所激光组)激光打孔的锥度是一个较大的问题,因为机械零件加工的孔一般不希望有锥度,而激光成型的孔往往有较大的正锥度,尤其是单次打孔更是这样.这里主要讨论单次打孔如何减小孔的锥度问题.试验指出,在所有影响孔锥度的因素中,焦偏量是主要因素.合理选择焦偏量,可用单次打孔打出零锥和负锥孔;比较了悬空打孔和衬垫打孔的孔形.所用激光器基本上是在“冷态”下工作的.     

飞秒激光旋切不锈钢微孔实验研究

为了解决飞秒激光高脉冲能量冲击打孔中时存在微裂纹等问题,提出了飞秒激光旋切加工方法。本文利用脉宽为120 fs的飞秒激光,选择0.5 mm厚度的304不锈钢进行旋切打孔实验。实验研究了激光旋切加工中离焦量和光楔的相对偏转角对孔直径的影响,以及激光离焦量对微孔锥度的影响。结果表明,随着离焦量的增大,孔径增大,同时锥度会减小后增加,当离焦量为0时,锥度最小为3.5°;微孔直径随之双光楔相对转角的增大而增大。此外实验发现冲击打孔孔壁出现微裂纹而旋切微孔的孔壁出现了纳米周期性条纹。     

激光脉冲和工件参数对激光微孔加工质量的影响

研究了激光功率、重复频率、焦点位置以及光束质量对激光打孔质量的影响。通过调整和优化激光脉冲、聚焦光学系统和工件参数，在０．１～２ｍｍ厚的不同材料上打出孔径０．０６～０．２ｍｍ的精密小孔。利用ＴＥＭ００模激光脉冲和望远镜扩束后再聚焦的办法，加工出孔径２５～３０ｍｍ的微孔。     

提高激光打孔质量的理论分析与工艺优化的研究

使用天津大学生产的JG-2016数控YAG激光加工机在Q235-A钢上进行大量实验,发现在激光打孔工艺参量中,激光器工作电压、激光脉冲频率、激光脉宽大小及辅助气体气压对圆度有着较大的影响.运用灰色系统理论中灰色关联分析方法,对上述加工参量进行灰联度和灰联序分析:找出了与激光打孔相关的工艺参量对孔圆度、锥度影响大小的排序规律;提出运用灰色系统GM(1,N)模型和神经网络模型进行混合建模,建立各项激光打孔工艺参量与激光打孔表面圆度、锥度之间非线性、多耦合的数学模型.由此对激光打孔的加工工艺进行优化,从而提高了激光打孔质量,减小孔圆度误差及轴向锥度.     

铝合金飞秒激光单步法和三步法旋切打孔技术研究

铝合金由于其优良的物理化学性能,在工业生产中得到了广泛应用,但铝合金的高反射率和高热导率限制了激光加工技术在铝合金精密加工中的应用。采用控制变量法研究了铝合金单步法旋切打孔技术中的激光重复频率、扫描次数、扫描速度、进给次数对微孔出入口形貌和锥度的影响规律。针对铝合金单步法旋切打孔中存在的锥度大和出入口形貌差等问题,提出了三步法旋切打孔方法。结果表明,该方法可以有效地减小微孔的锥度,改善出入口形貌,减少孔口周围的飞溅物堆积。主要原因是该方法可以有效地促进打孔过程中熔渣和等离子体的排出,减少其对激光能量的扰动,提高了激光能量的稳定性和均匀性。     

激光打孔中激光束性能及光学和工件参数的优化选择

本文研究了激光精密打孔中，激光束性能，光学及工件系统参数对孔质量的影响。在诸多参数中进行优化选择后，加工出径为０．０５－２ｍｍ的精密小孔，在ＴＥＭ００模高质量光束运转时，采用望远镜系统大聚焦透镜前焦面的束关径，进一步改善光束聚焦性能，加工出２５－３０μｍ的精密微孔。     

选模YAG脉冲激光器用于打孔

本文叙述在谐振腔内放置望远镜实现光学上的几何长距离,利用自孔径选模获得较高效率的低阶模、小光束角、高亮度、光斑均匀的激光输出。在手表宝石轴承打孔时,实现单次脉冲即能穿孔,最小孔径20微米,特别适合小孔的加工。孔径园度锥度、孔壁光、洁度等均符合加工要求。达到快速(每秒打孔16粒),连续生产。氙灯寿命超过200万次,钻孔成品率达到98％。我们结合手表宝石轴承打孔,研制了一台用于打孔的YAG重复频率激光器(重复     

水辅助激光无重铸层钻孔Al2O3陶瓷实验研究

为了解决传统加工过程中重铸层无法消除的问题，采用超快皮秒激光创新性地在水介质中对Al₂O₃陶瓷进行皮秒激光钻孔实验，并与空气中钻孔结果进行对比，研究了皮秒激光主要参量如单脉冲能量、扫描次数等对陶瓷微孔的孔径、锥度和重铸层厚度的影响规律，并分析讨论不同介质中皮秒激光与Al₂O₃陶瓷相互作用机理及材料去除机制。结果表明，在水介质中激光钻孔直径增加约35μm、微孔锥度降低至1.04°并可获得无重铸层钻孔效果；激光作用过程中水的存在会引起空泡作用、吸收作用和运输作用，有效防止了去蚀材料二次黏附，消除了重铸层和降低了微孔锥度，提升了微孔质量。该研究阐述了水辅助激光钻孔的具体影响状况并加深了对水辅助的影响机理理解。     

飞秒激光加工SiC/SiC复合材料厚板的孔型特征研究

为了探究飞秒激光加工SiC/SiC复合材料厚板的孔型特征, 采用光束同心圆填充扫描方式对厚度为4mm的SiC/SiC复合材料进行制孔实验, 分析了飞秒激光加工参数对入口直径、孔深、锥度等孔型特征的影响规律和影响机理。结果表明, 脉冲能量、重复频率、线重合度以及扫描速率对小孔入口直径影响较小, 但对孔深和锥度影响较大; 上述实验参数与光束扫描面积内的能量密度密切相关, 小孔锥度随能量密度增大而减小, 小孔深度则反之; 当采用最大脉冲能量130μJ、最大重复频率100kHz、最小扫描速率100mm/s、最大线重合度77%以及最小进给量0.1mm时, 小孔锥度达到最小值12.38°; 上层材料对光束的遮挡以及排屑困难导致深孔加工锥度不易控制。该研究可以为今后SiC/SiC超快激光制孔应用提供参考。     

CO2激光钻孔工艺优化方法研究

介绍了一种用CO2激光钻机开铜窗及打盲孔的新工艺,通过变换CO2激光钻机光束直径大小,达到CO2激光钻机开大窗,打小孔,从而控制孔型的目的。此新工艺可减少普通Cu—Direct工艺悬铜过大问题,也可避免干膜蚀刻开铜窗流程长,成本高等问题,针对激光孔孔底开裂失效缺陷也有所改善。     

一种新型薄型非金属材料群孔加工系统的研究

介绍一种新型的薄型非金属材料群孔的加工系统。这种加工系统实现了群孔的孔径可调 ,孔距可调以及孔的布局排列可调 ,可进行在线动态制孔。该系统采用CO2 激光器和高速振镜作为系统的核心器件。为了实现宽幅面 ,高速制孔 ,采用了高速振镜制孔的光路形式。制孔单元由激光器、光学扩束、振镜和聚焦系统构成。制孔方式方面采用以精密测速单元为核心的位移跟随技术 ,实现在线动态制孔。主控制的硬件系统由工控机及脉冲、数据、D/A转换等接口单元组成 ,并采用配套的控制软件进行制孔控制及校正。同时配备有恒温、水冷系统、排烟系统和安全保障措施等一系列的辅助设计。     

激光切割中入射角对切割质量的影响

研究了激光入射角对薄板切割质量的影响 ,结果表明 ,在一定条件下 ,激光束不垂直工件表面时 ,仍可以获得切缝细、挂渣少的切割效果。同时切割头的运动方向在激光束不垂直于被加工表面时 ,对切割质量也有显著影响。给出了在三维激光切割时 ,由于干涉等原因无法保证激光束垂直入射时 ,为得到好的切割质量应采取的措施     

高能激光注入光纤导光锥耦合性能实验研究

提出了测试光纤导光锥耦合效率的试验方法,通过试验验证了光纤导光锥实现激光传导的可行性,同时在光纤入射角度为1°～5°、运动状态为静止及甩动的条件下,对光纤导光锥的耦合效率进行了实验研究。研究结果表明,光纤导光锥在入射角为1°～5°、光斑直径约为2mm时的激光耦合传输效率大于60%,入射光损伤耐受力低于100mJ。利用光纤导光锥实现高能激光的耦合导光,对于开展光电对抗内场仿真试验具有重要意义。     

皮秒激光旋切加工微孔试验研究

为了解决毫/纳秒激光加工微孔质量低的问题,利用脉冲宽度为200ps的脉冲激光,采用高速旋切法对厚度为0.2mm的SUS 304不锈钢薄板进行直径为200μm的微孔加工试验,用激光共聚焦显微镜观察孔的外观形貌,研究旋切速率、激光功率和离焦量等因素对孔径、锥度和热影响区等加工质量的影响。结果表明,旋切速率对微孔内壁质量有直接的影响;通过提高转速来降低激光脉冲重叠率可以减小微孔内壁的热影响区;适当增加激光功率,能够改善旋切加工微孔切口处的加工质量;采用正离焦加工能够一定程度减小孔的锥度。优化工艺参量能够加工出热影响区小、边缘质量好的小锥度微孔。     

玻璃微珠原向反射屏发散角测试

为了测试一种玻璃微珠原向反射屏的发散角,采用CMOS高速相机拍摄玻璃微珠原向反射屏反射回来的激光光束在硫酸纸屏上成像的激光光斑,处理光斑图像,根据一定的几何比例关系,计算得到了原向反射屏的发散角角度,其范围为0.907°~0.956°。结果表明,该测试方法设计合理、数据可信,具有一定实用价值。     

凸轮激光热处理控制轨迹研究

为了解决凸轮激光热处理过程中热效应相等的问题,在保证激光光斑在工件曲线表面的相对扫描速率恒定、热处理过程中激光聚焦镜中心到工件轮廓表面的距离不变以及激光束始终沿工件轮廓面的法线方向入射的技术基础之上,提出了控制激光光斑匀速运动的瞬时同心异径算法。同一时刻,工件轮廓表面与等距线上对应点具有相同的圆心,通过设定的工件轮廓表面恒定扫描速度,可以反求出位于等距线上相应点激光头的速度,进而对激光头进行控制。利用MATLAB进行了仿真计算,得出了等距线上激光头的速度值。结果表明,该算法可以解决激光热处理过程中激光头的速度问题。