镍基单晶材料皮秒级超短脉冲激光气膜孔加工表面完整性研究

利用皮秒超短脉冲激光加工镍基单晶材料气膜孔,采用物理超景深显微镜对气膜孔成型几何形貌进行判定,采用金相显微镜对气膜孔内腔表面组织进行观测,采用高温低周疲劳设备对皮秒超短脉冲激光和电火花两种工艺加工出的气膜孔试样进行性能对比验证,采用扫描电镜对性能试样断口进行分析。结果表明:采用皮秒超短脉冲激光分步加工气膜孔,通过有效控制能量密度,可实现气膜孔进出口表面无烧蚀,几何精度满足设计指标,内腔无重熔层、断续小珠、起弧及微裂纹等缺陷,有效提升了气膜孔加工的表面完整性;通过皮秒超短脉冲激光及电火花气膜孔加工试样高温低周疲劳性能对比试验,皮秒超短脉冲激光制孔试样循环次数是电火花制孔试样的3倍;通过对两种工艺制孔高温低周疲劳断裂后试样进行扫描电镜断口分析,两种工艺加工试样断裂均为解理断裂,无材质冶金缺陷,电火花打孔形成的重熔层可能对断裂有贡献,超短脉冲激光打孔未见明显重熔层。     

SiC/SiC复合材料纳秒激光和皮秒激光制孔质量的对比研究

采用纳秒激光和皮秒激光在厚度3mm的碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC)上进行了制孔试验,并对这两种不同脉冲宽度激光制孔的质量进行了分析.结果表明:纳秒激光在SiC/SiC复合材料上制孔存在热影响区,导致加工区域附近产生重铸物、分层、热影响区和微裂纹等热缺陷.与纳秒激光制孔相比,皮秒激光在SiC/SiC复合材料上制孔质量有明显提高,加工区域附近几乎不存在热影响区,且不存在重铸物、分层、微裂纹等缺陷.     

激光加工密集群孔技术

主要介绍了混合器壳体上小孔的激光加工方法和激光制孔工艺参数的选择 ,对激光工艺的加工效果进行了分析。     

改善激光加工Ni3Al基合金小孔质量的研究

介绍了针对金属间化合物-Ni3Al基铸造高温合金,提高激光加工小孔微观质量研究的最新进展,介绍了150～550 ns窄脉冲声光调Q脉冲列工作模式的YAG激光加工Ni3Al材料的特点及小孔的微观质量状况并与自由振荡YAG激光加工进行了比较;介绍了激光加工Ni3Al材料小孔孔壁再铸层后续去除的新方法--电化学腐蚀的工作原理、处理效果、性能分析等.     

碳纤维复合材料的后加工工艺

碳纤维复合材料后加工时，易产生各种加工缺陷，刀具磨损快，尺寸控制困难，本文通过对碳纤维复合材料的切削，制孔，切割等后加工工艺的研究，对各种后加工工艺用的刀具材料，几何角度提出了建议，并推荐了相应的工艺参数。     

纤维增强树脂基复合材料激光切割热影响探析

作为一类典型难加工材料，实现以碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP）、芳纶纤维增强树脂基复合材料(AFRP）为代表的纤维增强树脂基复合材料(FRP）的高精密、高质量加工是业界的追求目标。初探了激光脉冲宽度、波长对于典型FRP切割边缘热影响区的影响规律，比较了不同FRP材料精密切割对于激光参数需求的异同。发现纳秒激光、连续激光等传统激光因加工热效应明显而不适合精密切割，而皮秒激光、飞秒激光等超快激光可以实现热影响区宽度仅0.01mm~0.1mm量级的高质量切割，且热影响区宽度几乎不依赖于脉冲宽度；缩短超快激光波长有利于减小AFRP材料的热影响区宽度，但对于CFRP材料则不明显。考虑到高功率皮秒激光一般比对应的飞秒激光更经济，可使用倍频后得到的短波长皮秒激光实现对AFRP的精密切割，对于CFRP则考虑本征波长的皮秒激光即可。     

无人机碳环氧复合材料高质量无损伤制孔工艺研究

碳纤维复合材料制孔时易产生各种加工缺陷,影响制孔质量。本文对碳纤维复合材料的制孔缺陷原理进行研究,并设计相关对比工艺试验,,对制孔工艺中钻头工作参数、钻削参数等提出了较优建议。     

皮秒激光加工碳纤维复合材料工艺试验

碳纤维复合材料具有优良的综合性能,广泛应用于航空航天和汽车工业。采用355nm波长的皮秒脉冲激光进行碳纤维复合材料的铣削加工试验,分析了激光功率、铣削速度、填充间距等工艺参数对加工质量和铣削深度的影响,确定了最优的铣削条件。通过扫描电镜,分析了样件表面微观形貌和铣削质量。试验表明,填充间距对热影响区的形成有较大影响。同时进行了不同聚焦环境下的材料去除技术试验研究,通过三维形貌仪测量样件加工深度,分析激光能量与加工深度的关系,确定了最优的聚焦方案。     

一种提高表面完整性的气膜孔成形方法

为了解决目前航空发动机涡轮叶片气膜孔成形工艺存在热影响严重等问题,提出了采用超快激光环切与螺旋扫描的加工方法,设计了一种可实现高效、无热效应气膜孔加工的双激光光源微加工系统,并从作用机理和实际加工过程两方面分析了热效应的产生原因,指出了其中的主要影响因素,然后针对这些因素选用DD6材料进行了工艺参数优化和实验验证.实验结果表明:采用500fs激光与微秒长脉冲激光复合加工的方式可以使精细钻孔的效率提升约10倍,并得到基本无重铸层和微裂纹的涡轮叶片气膜孔;其工艺参数包括扫描速度为2400r/min,重叠率为12%,进给量为5μm,重复频率为20kHz以及0.6Pa同轴吹气.表明超快激光配合合理的工艺参数和加工方式可以实现无热效应气膜孔加工,是一种有效提高气膜孔成形表面完整性的工艺方法.      

CFRP制孔加工技术的研究进展与发展趋势

碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)因具有优异的物理和力学性能已广泛应用于航空、航天和汽车等领域的结构件制造。然而,CFRP材料和金属材料的属性截然不同,具有非匀质性和各向异性,在制孔加工过程中,极易产生分层、撕裂、毛刺等缺陷,严重影响其制孔质量。因此,CFRP-金属叠层结构制孔技术成为飞机连接装配过程中的一大难点。本文归纳了近年来CFRP钻削加工机理的研究现状,总结出CFRP切屑形成机理与纤维方向角的关系,轴向钻削力和钻削温度与刀具形状、工件材料和工艺参数之间的关系;分析了CFRP钻削过程中分层、毛刺、撕裂等典型加工缺陷的产生原因、检测和评价方法及抑制措施;探讨了CFRP制孔刀具材料、几何结构及仿真研究方面的最新进展,提出建立准确可靠的CFRP材料本构模型是钻削加工模拟仿真技术研究的关键;通过对变工艺参数钻削加工、机器人自动制孔加工及吸气式内排屑钻削加工等新型CFRP制孔加工技术的介绍,展望了CFRP制孔技术的发展趋势。     

气膜孔孔形对涡轮冷却流场影响的数值研究

基于有限体积法对三维定常N-S方程进行离散,采用k-ε两方程湍流模型,数值研究了气膜孔几何形状对涡轮叶片气膜冷却效果的影响,得到了气膜孔附近的流场分布。所选孔形为圆柱孔和后倾扇形孔。结果表明后倾扇形孔减小射流动量比,减弱射流穿透主流的能力,并产生了一定的展向速度,可使射流冷气能够较好地贴附在壁面上起到保护作用。具有后倾扇形孔的涡轮叶栅沿叶高方向和流线方向体现出了比圆柱形冷却孔更好的冷却效果。     

降低含多孔带板应力集中的有限元研究

在飞机和船体结构设计中,由于管路穿行、电缆布置等总体布局要求,在机翼梁的腹板上的指定位置开有多个孔,引发多个孔应力互相干扰。利用ANSYS有限元软件分别对圆孔间距、圆孔数和方形孔圆角半径对含孔带板应力集中系数的影响进行了分析,并与特定情况的试验值进行了对比,两者基本一致。研究结果表明:在孔数一定时,对于不同的孔间距,存在不同的最佳值,使应力集中系数得到最有利的缓和,且板宽对该最佳值的影响不大;对于方形孔, 当圆角半径为1/14方形孔边长时,对缓和应力集中系数最有利。文中并给出了特定情况下最有利于降低应力集中系数的孔的个数。     

双扇形孔气膜冷却效率的研究

对平板表面的双扇形孔排气膜冷却特性进行了研究,包括孔节距、动量比和主流湍流度对气膜冷却效率的影响.气膜孔的直径为d,气膜孔与主流方向的夹角为45°.孔节距有2d,3d和4d,动量比有1,2和4,主流湍流度有0.4%和8%.结果表明,气膜冷却效率随孔节距增大而降低;孔节距为2d时,动量比增大会引起气膜冷却效率显著增加;孔节距为4d时,气膜冷却效率受动量比的影响相对较小;在孔节距及动量比均较大时,主流湍流度的增大会导致气膜冷却效率较为明显的下降.      

气膜孔形状对排孔下游换热的影响

实验研究了气膜孔几何形状、二次流雷诺数及吹风比对孔排下游的局部换热系数的影响。所用孔形是簸箕形孔、圆锥形孔及圆柱形孔;实验的参数范围为二次流孔径雷诺数Re=10000～25000,二次流吹风比M=0.3～2.0,在上述范围选取了26个工况分别对3种孔形进行了实验。      

用解析-数值混合法分析层合板的孔边应力

 含圆孔的层合板或各向异性板,在孔内轴销加载下的孔边应力分析,是一个比较复杂的问题。本文提出的解析-数值混合解法,为分析此类问题提供了新的途径。 首先,在作者所建议的力学模型的基础上,建立轴销的柔度方程和孔边等效节点载荷的解析表达式。然后,根据轴销与孔边相接触节点间所应满足的接触条件,综合应用上述解析表达式和有限元素法,建立分析孔边应力的基本方程。-最后,按本文所述递推回代公式进行求解。实例表明,计算结果与实验相符。     

液压油箱壳体大盲孔的光整加工技术

分析了液压油箱壳体大盲孔的加工难点，介绍了硬质阳极化后光整加工大盲孔的工艺方法及取得的技术经济效果。     

带60°肋U型通道中气膜孔对通道换热特性的影响

以航空发动机涡轮叶片中段内部冷却通道为研究对象,将其简化为带肋变截面U型通道。对通道内有气膜出流时的换热特性进行了实验研究。实验模型中,矩形肋对称布置在上下2个表面,气膜孔仅布置在第2通道内。文中定义了气膜开孔率的概念,采用单元分析法研究了气膜开孔率和出流比对通道内单元努塞数分布和第2通道压力分布的影响。实验结果表明,气膜出流比一定时,随着开孔率的增加,换热增强;在两肋之间的3个气膜孔中,肋后孔对通道换热影响最大;气膜出流比与通道努塞数的关系为二次曲线。      

基于孔边距约束和Shepard插值的孔位修正方法

在飞机装配中制孔的位置精度直接影响飞机的最终装配质量,自动化制孔以飞机数模为基准,受装配误差影响,在机翼翼盒等封闭结构中,难以确保制孔位置与骨架沟槽关键特征的边距满足工艺要求。提出一种基于孔边距约束和Shepard插值的自动化制孔位置评价及修正方法,通过激光跟踪仪及扫描仪获取实测骨架点云数据并进行去噪和配准,将骨架理论孔位映射到点云模型获得实际制孔位置,提取骨架沟槽关键特征的边界点并构造Ferguson曲线作为边界曲线,基于此计算制孔约束区域中实际孔位的边距及孔边距偏差。针对孔边距可能超差的情况,提出一种先基于孔边距偏差修正约束孔位再利用Shepard插值法修正其余孔位的孔位修正策略,在满足孔边距要求的同时保留了原孔位的行列分布特性。运用所提出的方法对某型飞机机翼骨架进行测量和数据处理,验证了该方法的有效性。     

小孔检测方法的研究

研究了一种检测小孔的机械式测头,将细测杆视为弹性体,将膜片做为三维敏感元件,通过弹性位移传递原理自动补偿了测杆的受力变形误差。安装在测量机上可以检测Φ０３ｍｍ以上小孔任意截面的尺寸和形状误差,精度优于１μｍ。     

等增益比燃油计量活门型孔设计计算

为解决普通方形、圆形、三角形等燃油计量活门型孔流量增益比变化大的问题,提出了一种等流量增益比的燃油计量活门型孔设计思路。通过理论计算得到了等增益比活门型孔曲线函数的基本形式和详细设计计算方法,并进行了举例计算。流量增益比与计量活门开度扰动量的比值为定值,两者呈正比关系,活门开度扰动量越小,流量增益比越小,即计量精度越高。与方形型孔进行了对比分析,详细说明了等增益比型孔在小流量状态下,增益小抗干扰能力强的优点,并且通过组合型孔设计,避免了等增益比活门型孔大流量状态下的增益过大问题。