激光微孔加工技术及应用

随着高端、精密装备的飞速发展,人们对高质量、大深径比微孔的需求越来越紧迫.基于此,介绍了飞秒激光与水导激光两种加工微孔的技术,首先探讨了两种微孔加工技术的原理并且回顾了两种微孔加工技术的研究现状;然后着重讨论了激光工艺参数、打孔方式、加工环境(真空、气体、液体、化学环境)、激光与水束光纤耦合对于高质量微孔加工的影响;最后总结了两种微孔加工技术在航空航天领域的应用以及当前面临的问题.     

6061铝合金激光穿透焊的焊缝成形

分别采用光纤激光和YAG激光对2.5mm厚的6061铝合金开展了激光穿透焊接试验,研究了主要焊接参数对焊缝成形的影响规律。结果表明,与YAG激光相比,高能量密度的光纤激光更易于实现穿透焊接,且光纤激光获得良好焊缝成形的工艺区间更大。在穿透焊接条件下,焊缝截面形貌分为钉头形和近X形两种。当激光功率较高时,光纤激光焊缝更趋向于生成近X形截面,YAG激光焊缝更易于生成钉头形截面。焊缝成形受激光功率密度和焊接热输入双重因素的影响。随激光功率密度和焊接热输入的增大,光纤激光焊缝截面形貌逐渐由钉头形向近X形转变。     

基于Ti/TiN薄膜传感器的飞机金属结构裂纹监测

针对飞机金属结构在服役过程中的裂纹实时监测需求,提出一种Ti/TiN导电薄膜与电位监测原理相结合的结构裂纹监测研究方案。首先,通过真空离子镀膜技术在结构易于出现裂纹的部位制备了Ti/TiN薄膜传感器。然后,进行了传感器膜层与2A12-T4铝合金基体的损伤一致性验证。结果表明,传感器与基体具有良好的损伤一致性。最后,进行了两组基于Ti/TiN薄膜传感器的裂纹监测试验,主要研究结构裂纹与传感器电位之间的相互关系,并对两组电位监测结果进行对比。结果表明,通过分析Ti/TiN薄膜传感器电位的变化可以实现对2A12-T4铝合金结构裂纹萌生和扩展进行实时监测,两组试验的电位监测结果具有良好的重复性。     

特种材料表面镀TiN薄膜的结构与应力研究

本文采用多弧离子镀技术在特种材料表面制备TiN薄膜。利用扫描电镜和X射线衍射仪对TiN薄膜的形貌、成分结构、残余应力进行研究,结果表明：薄膜表面粗糙度较大;薄膜由TiN单相组成,以（111）晶面为主;TiN薄膜存在较大残余压应力,经过保温热处理后,薄膜的残余应力显著下降。     

半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合分析

建立了半导体激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型,对双异质结激光器光束特性进行了分析。基于Huygens-Fresnel原理计算了激光光束远场发散角以及光束束腰半径。运用高斯光束与单模光纤耦合理论以及ABCD矩阵理论进行了激光器与单模光纤的球透镜耦合效率分析,给出了最优化的耦合封装工艺参数,以及各个影响耦合效率的参数容忍度,对半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合封装具有重要意义。     

电火花内圆磨削伺服阀阀套及表面质量分析

主要论述电火花内圆磨削加工的机理、加工特点,并通过实验和使用所取得的数据,较全面地分析了电火花内圆磨削加工阀套内孔、内环槽的电参数对表面质量的影响。     

光纤连接器超精密加工技术的研究

为了提高光纤连接器的回波损耗,首先对加工变质层的形成机理进行了探讨,研究加工工艺参数对回波损耗的影响,研究结果表明磨粒粒径对回波损耗影响最大。同时对球面光纤连接器超精密加工技术进行了论述。     

雾化槽喷嘴下游油雾场特性的研究

本文在雾化槽喷嘴出口处雾化特性的研究基础上,进一步利用激光全息测量了雾化槽下游的油雾场.比较、分析了雾化槽喷嘴油雾场在运动过程中,雾化性能的变化情况.讨论了雾化槽喷嘴宽度、喷嘴直径和气流速度等参数变化对雾化性能的影响.     

光纤F—P腔压力传感器的研究进展

光纤F—P腔压力传感器因其独有的优点广泛应用于军事、民用领域。国内外诸多高校、科研院所都在对其进行研究。本文介绍了光纤F—P腔压力传感器的研究进展,对全光纤结构F-P压力传感器、激光加工微型光纤压力传感器、二氧化硅膜片压力传感器的结构和制作过程进行了总结,并对利用MEMS制作压力传感器的工艺进行了详述,对比分析了不同加工工艺下传感器的性能及其优缺点。     

微细小孔的超短脉冲激光加工方法研究

针对航空发动机燃油喷嘴等微细小孔的精密高效加工要求,采用双温方程研究超短脉冲(皮秒)激光加工机理,模拟得出材料内电子和晶格的温度分布,开展皮秒激光加工工艺参数研究,分析烧蚀阈值、扫描速度、激光偏振态等因素对加工质量的影响规律,进行镍基高温合金和钛合金材料的激光脉冲冲击制孔和振镜扫描环切制孔实验研究,为超短脉冲激光制孔时工艺参数的选择提供理论指导及实验依据。     

电火花内圆磨床改造及其应用

分析了电液伺服阀内孔和内环槽加工的难点及电加工的特点,重点介绍了电火花内圆磨床的改造和电参数的选择以及应用电火花内圆磨床取得的技术经济效果.     

碳纤维表面微观结构的定量化表征方法

通过使用Matlab编程处理日本东丽T300、国产GCF-1和GCF-2等3种碳纤维样品断面的扫描电镜照片,采用二值标签算法获得了碳纤维的直径及圆度等碳纤维物理特征定量数据。建立了采用直线方程切线法寻找并计算碳纤维表面沟槽的数量及尺度的方法,发现3种碳纤维样品的边缘沟槽的深度及宽度的分布均符合Weibull分布的特征。3种碳纤维的表面物理特征随温度变化的规律相同,说明其在结构上存在着一致性。经过不同温度热处理后3种碳纤维样品的圆度值变化不大,平均直径随着热处理温度的升高逐渐减小,并且表面沟槽的数量及分布的变化规律相同,说明其结构存在一致性。3种碳纤维的圆度等表面物理特征存在一定差异,T300的圆度小于国产GCF-1及GCF-2碳纤维。     

碳纤维与芳纶纤维复合材料机械加工刀具选用

通过对复合材料特性和加工机理的分析,论述了复合材料机械加工对刀具材质、结构和几何参数的要求,介绍了几种适合于碳纤维和芳纶纤维复合材料机械加工的钻削和铣削刀具.     

C/SiC复合材料的制备及加工技术研究进展

碳纤维增强碳化硅陶瓷基(C/SiC)复合材料由于其强度高、硬度大、耐磨损,被广泛应用于工业、航空航天等领域,然而C/SiC复合材料难以被稳定地去除加工。本文综述C/SiC复合材料的常见制备方式及其材料的性能特点。概述C/SiC复合材料的传统机械加工、超声辅助加工、激光加工等加工方法,分析了各种加工方法的材料去除机理、加工精度、常见缺陷及加工过程中存在的问题。传统的机械加工需进一步优选切削刀具材料;超声辅助加工需探究超声振动的刀具与材料之间的耦合作用机制、振动作用下的材料去除机理;激光加工要进一步研究2.5维及3维C/SiC复合材料的激光加工去除机理。在这些研究的基础上进一步采用复合加工的方法,探寻C/SiC复合材料高效、精密、稳定和无损加工的可能性。     

喷射液束电解-激光复合加工工艺试验研究

喷射液束电解 激光复合加工是一项新探索的加工技术,其特点是既发挥激光加工的高效率,又借助喷射电液束的冷却、冲刷、电解作用而实现在线去除再铸层。基于该加工原理的分析,在对激光电解液中衰减特性研究的基础上,研制了试验系统并对不锈钢片进行了打孔工艺试验。试验结果表明,应用液压1.5 MPa、浓度18%的NaNO₃电解液的喷射液束电解-激光复合加工可实现再铸层减少90%以上。通过对打孔形貌的对比以及加工工艺规律的初步分析,揭示了喷射液束电解-激光复合加工以激光加工为主,电解加工辅助去除再铸层的加工原理,证实了该复合加工工艺的可行性,可望在航空航天领域得到广泛工程应用。     

点阵结构压气机叶轮3D打印过程设计及打印性能分析

基于八角桁架点阵结构,提出了一种新的涡轮压气机叶轮轻量化设计方法。在保证点阵轮具有可加工性的同时为了提高打印成功率,基于有限单元法对点阵轮不同激光功率、激光走速、激光宽度、铺粉层厚和支撑切割高度下的增材制造过程进行模拟,分析了不同打印参数下点阵轮打印过程的最大残余变形及最大残余应力。结果表明,激光打印参数(如激光功率、激光走速和激光宽度)对叶轮残余变形和残余应力幅值有较大影响,而铺粉层厚对残余变形和残余应力幅值的影响相对较小,通过降低激光功率、提高激光速度和增加激光宽度,可以降低叶轮的残余应力。对于填充率为11.4%的晶格单元,点阵轮相对于原始轮质量可降低23.5%。加工完成后点阵轮的残余变形和残余应力均小于原始轮,本文工况下,点阵轮加工完成后的最大残余应力和变形可分别比设计轮最多降低8.72%和20.19%。这意味着采用点阵轮的设计方式在降低叶轮质量的同时,还将具有更接近于原始设计且更不容易在加工中损坏的优良加工性。     

数控展成电解加工的阴极结构及流场研究

介绍了应用数控展成电解在整体叶轮毛坯上开槽时的流场特点,讨论了阴极结构对加工间隙内流场的影响规律,并相应对阴极的结构设计提出了一些建议。     

Diamond wheel grinding characteristics of 3D orthogonal quartz fiber reinforced silica ceramic matrix composite

Fiber-reinforced silica ceramic matrix composites (SiO_2f/SiO₂) have gained extensive attention in recent years for its applications in aeronautics field such as radar radome and window. However, the machining properties and mechanism of the material remain unclear. The features and mechanical properties of the material itself have a significant influence on both its machining characteristics and surface integrity. Thus, a full-factor grinding experiment is conducted using a 3D orthogonal SiO_2f/SiO₂ aiming to obtain its machining characteristics. The effects of grinding parameters and tools on the grinding force, surface roughness, and material damage type are investigated using a dynamometer, Scanning Electron Microscope (SEM), and Acoustic Emission (AE) analysis. The AE frequency band is analyzed, and a semi-analytical force model is established to study the difference between a single grain and wheel grinding. It was found that the changes in surface roughness correlate with the changes in grinding force, with fiber fracture being the main reason behind the increase in grinding force. Finally, the material removal mechanism was studied based on the AE analysis. It was found that the removal mechanism is fiber fracture dominated with matrix crack and debonding, and the primary sources of energy consumption are fiber fracture and friction.     

空间四频激光陀螺法拉第旋光片加工技术的研究

本文给出了法拉第旋光片的结构设计,阐述了超光滑表面加工理论,分析解决了加工过程中的难点,完成了法拉第旋光片工作面与楔角检测,加工出了合格质量的法拉第旋光片,该项工作对空间四频激光陀螺的进一步研制具有重要意义。