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激光加工钛合金的可加工性：材料去除与表面粗糙度分析
摘要： 激光铣削是一种高效的精密加工工艺，尤其适用于钛合金等难加工材料。在激光铣削过程中，任一激光参数的微小变化都会导致加工结果的显著改变。设计几何形状与实际加工几何形状的高度匹配是精密加工的核心要求。虽然精确控制单次激光扫描的材料去除率极具价值，但实现难度很大。若要在保证精度的同时获得高表面光洁度，其技术难度将进一步提升。 本研究旨在实现对钛合金(Ti-6Al-4V)的激光铣削加工，要求达到100%的单次扫描材料去除率(MRR)精确控制与最小表面粗糙度(SR)。通过深入研究五个激光参数(激光强度、脉冲频率、扫描速度、层厚和轨迹位移)对MRR和SR的影响，并采用方差分析(ANOVA)评估各参数的重要性。建立了两个响应变量的数学模型，用于预测任意参数设置下的加工结果，且通过验证试验确认了模型的有效性。 激光参数优化对实现精确目标深度的材料去除并保持最小表面粗糙度至关重要。因此，本研究提出了优化后的激光参数组合方案，在复合满意度>0.9的条件下确保100% MRR精度与最小表面粗糙度。验证实验表明，优化参数能完全实现模型预测的激光铣削效果。 此外，研究还对比分析了加工区域下方后续层的微观结构与原始Ti-6Al-4V基体的差异。结果表明：采用优化参数时，次表层微观结构与基体金属保持一致，未发现微观结构改变的证据。
关键词： 激光铣削，钛合金，数学模型，表面粗糙度（SR），优化，材料去除率（MRR）
更新于2025-09-16 10:30:52
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激光纹理化对超硬单点切削刀具性能的影响
摘要： 本文研究了纹理化单点聚晶金刚石（PCD）刀具在加工6082铝合金时的切削性能与抗粘附特性。首先采用光纤激光器（波长1064纳米）通过不同功率强度、进给速度和脉冲持续时间加工微/纳纹理结构，最终通过扫描电子显微镜、白光干涉仪和能谱仪进行表征。在干式车削试验中探究了不同纹理对切削性能的影响，试验按固定切削长度分段停机，通过三维白光干涉仪分析粘附高度。通过对切削力的数据处理和刀具的显微表征，评估了纹理设计、摩擦系数及粘附特性的影响。 结果表明：沟槽方向垂直于切屑流动方向（CFD）的刀具进给力更稳定（20-40牛顿），优于基准刀具（6-41牛顿）；平行于CFD与垂直于CFD的沟槽刀具推力均呈现60-75牛顿的均匀波动趋势，较基准刀具（73-90牛顿）更为稳定。当纹理深度约260纳米且后处理粗糙度达数十纳米量级时，采用平行于CFD沟槽的激光加工刀片可使平均摩擦系数降至0.28±0.14（基准刀具为0.34±0.26），并减少工件材料在前刀面的粘附。使用垂直于CFD沟槽的纹理刀具时，切削力降低23%，加工表面质量提升11.8%，该构型更适用于精加工；平行于CFD沟槽的纹理使切削力降低11.76%、粘附减少59.36%、摩擦系数下降14.28%，但会增大加工表面粗糙度，适用于粗加工。本研究首次提出激光制造可作为灵活技术手段，根据具体应用（粗/精加工）调控PCD刀具的几何与磨损特性，突破传统工业中依据加工类型选用不同微观结构PCD（如晶粒尺寸与粘结剂含量）的常规方法。
关键词： 粘附、干式切削、纳秒脉冲、激光铣削、聚晶金刚石刀片、激光表面纹理化、切削力
更新于2025-09-16 10:30:52
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通过超短可调谐（飞秒-皮秒）脉冲串实现铜的高效激光烧蚀
摘要： 采用脉宽可在210飞秒至10皮秒间调节、单脉冲串内重复频率达64.5兆赫兹（脉冲间隔15.5纳秒）的超短脉冲激光器，研究了铜材料的烧蚀效率。实验测试了每脉冲串包含1至40个脉冲的不同情况，发现相比非脉冲串模式，每脉冲串3个脉冲可使烧蚀效率提升20%。该对比是在光束尺寸优化条件下进行的，因而真实展现了脉冲串模式的优势。据我们所知，本研究报道了在约1微米光学波长下，超短脉冲对铜材料实现4.84微米3/微焦的最高激光铣削烧蚀效率。
关键词： 超短脉冲激光、激光铣削、烧蚀效率、铜烧蚀、脉冲串模式
更新于2025-09-11 14:15:04