《激光加工小孔技術(shù)》共分為7章,第1、2章主要介紹激光加工小孔的特點(diǎn)、典型應(yīng)用、發(fā)展趨勢,激光加工小孔激光器及其特點(diǎn),小孔特征參量及其檢測、性能評估方法以及激光加工小孔機(jī)理,工藝方法、影響因素、典型工藝改進(jìn)措施等基礎(chǔ)性知識;第3~7章則重點(diǎn)針對航空發(fā)動機(jī)熱端零件激光加工小孔,系統(tǒng)展示了激光加工小孔建模分析、不同脈沖寬度激光加工小孔工藝,以及激光加工小孔的后續(xù)處理、防護(hù)技術(shù)、力學(xué)性能分析,激光加工小孔裝備發(fā)展及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等研究成果,包括新進(jìn)展。
《激光加工小孔技術(shù)》可供從事激光加工的科研、應(yīng)用人員,相關(guān)設(shè)計人員以及大學(xué)相關(guān)專業(yè)的師生閱讀、參考。
激光加工小孔技術(shù)是激光材料加工的主要應(yīng)用方向之一。激光加工小孔的應(yīng)用可以追溯至20世紀(jì)60年代,至今已有50多年的歷史。1960年,世界上第一臺激光器——紅寶石激光器在美國問世。1962年,紅寶石激光器用于小孔加工,這也是激光在材料加工領(lǐng)域的首次應(yīng)用。50多年來,激光加工小孔技術(shù)取得了長足進(jìn)步,應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。例如,激光加工航空發(fā)動機(jī)熱端部件氣膜冷卻孔技術(shù)為航空發(fā)動機(jī)工作溫度及性能的大幅度提高發(fā)揮了舉足輕重的作用。
高效率、低成本及不斷提高的加工質(zhì)量是激光加工小孔技術(shù)之所以立足并長盛不衰、不斷發(fā)展的源泉所在。加工小孔尺寸精度更高、熱影響更小、孔徑更小、深度更深、相應(yīng)深徑比更大、加工速度更快、應(yīng)用面更廣是激光加工小孔技術(shù)的主要發(fā)展方向。目前,激光加工小孔技術(shù)應(yīng)用日益廣泛,涉及航空、航天、汽車、電子、食品、紡織、儀器、制藥和生物醫(yī)療等眾多領(lǐng)域,而且發(fā)展速度越來越快,從事相關(guān)研究、應(yīng)用的人員勢必越來越多。
激光加工小孔技術(shù)的發(fā)展離不開激光器技術(shù)以及激光加工小孔工藝、裝備,包括激光導(dǎo)光與聚焦器件技術(shù)的發(fā)展。例如,更高平均功率及脈沖頻率的YAG激光器的出現(xiàn),直接促進(jìn)了激光加工小孔技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用;激光輸出特性直接決定了加工小孔的性能、質(zhì)量。進(jìn)入21世紀(jì)以來,以皮秒、飛秒脈沖激光器為代表的超短脈沖激光器功率水平、穩(wěn)定性、可靠性的進(jìn)一步提高,為激光加工小孔技術(shù)向無熱致缺陷、更高精度、更微小尺度的發(fā)展提供了更廣闊的空間。激光加工小孔工藝及裝備的發(fā)展同樣非常重要,例如:高速振鏡器件技術(shù)及“飛行”制孔技術(shù)使加工效率達(dá)到了每秒數(shù)千孔;激光旋切制孔技術(shù)大幅度提升了加工小孔的精度及質(zhì)量;不同輸出特性的激光與材料作用機(jī)制及規(guī)律的理論分析及工藝研究決定了能否實(shí)現(xiàn)既有激光源激光制孔性能、質(zhì)量的最優(yōu)化。
針對上述背景,為了進(jìn)一步促進(jìn)激光加工小孔技術(shù)的應(yīng)用、發(fā)展,本書基于中國航空制造技術(shù)研究院科研團(tuán)隊20多年來在軍口重大基礎(chǔ)研究、裝備預(yù)先研究等多個項目的支持下在激光加工小孔技術(shù)領(lǐng)域的研究成果,重點(diǎn)介紹了激光加工小孔的機(jī)理、特點(diǎn)、應(yīng)用實(shí)例,加工小孔的特征參量、影響因素、評估方法等基礎(chǔ)知識,激光加工小孔建模分析,毫秒、納秒長脈沖激光與超短脈沖激光加工小孔工藝技術(shù),以及激光加工小孔的后續(xù)處理技術(shù)、防護(hù)技術(shù),激光加工小孔裝備技術(shù)及其發(fā)展趨勢等。
本書主要由張曉兵研究員撰寫,王學(xué)東、張偉、蔡敏、紀(jì)亮、孫瑞峰、焦佳能、馬寧、張志金等技術(shù)人員也參與了部分編寫工作,書稿中關(guān)于小孔性能分析、激光加工小孔后化學(xué)研磨處理等部分內(nèi)容選用了合作單位西北工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院金屬研究所的共享研究成果。
書中的激光加工小孔技術(shù)基礎(chǔ)知識部分是在整理國內(nèi)外近期資料的基礎(chǔ)上融入了作者20多年來在該項技術(shù)研究、應(yīng)用的實(shí)踐及成果編寫而成,書中重點(diǎn)介紹的激光加工小孔數(shù)值模擬、工藝、后續(xù)處理、性能分析、工藝裝備等,絕大部分為原創(chuàng)性成果,技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn),尤其是有關(guān)超短脈沖激光加工小孔等內(nèi)容為最新科研成果,屬于激光加工小孔技術(shù)的新工藝。
本書內(nèi)容力求系統(tǒng)、全面,理論與實(shí)際結(jié)合緊密,并且體現(xiàn)先進(jìn)性、前沿性,希望也相信能為從事特種加工,尤其是激光加工小孔的科研與工藝技術(shù)人員提供指導(dǎo)、參考、借鑒,也力求適合大學(xué)相關(guān)專業(yè)的師生閱讀,使他們掌握激光加工小孔技術(shù)的基本知識及研究方法等。
最后,對國防工業(yè)出版社以及中國航空制造技術(shù)研究院、高能束流加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室給予本書出版工作的支持和資助表示衷心的感謝。
由于作者水平所限,書中疏漏在所難免,敬請讀者批評指正。
第1章 概述
1.1 激光加工小孔技術(shù)簡述
1.2 激光加工小孔特點(diǎn)、典型應(yīng)用及發(fā)展趨勢
1.2.1 激光加工小孔特點(diǎn)
1.2.2 激光加工小孔典型應(yīng)用
1.2.3 激光加工小孔技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢
1.3 激光加工小孔用激光器及其參數(shù)、應(yīng)用特點(diǎn)
1.3.1 激光加工小孔激光器的一般特點(diǎn)
1.3.2 激光加工小孔激光器主要類型及其參數(shù)與應(yīng)用特點(diǎn)
1.4 激光加工小孔的主要特征參量
1.5 激光加工小孔特征參量檢測及性能評估方法
1.5.1 激光加工小孔特征參量檢測方法
1.5.2 性能評估方法
參考文獻(xiàn)
第2章 激光加工小孔機(jī)理及工藝方法與影響因素
2.1 不同激光加工小孔機(jī)理
2.1.1 長脈沖激光加工小孔機(jī)理
2.1.2 超短脈沖激光加工小孔機(jī)理
2.1.3 準(zhǔn)分子激光加工小孔機(jī)理
2.2 激光加工小孔的工藝方法與影響因素
2.2.1 激光加工小孔的工藝方法
2.2.2 激光加工小孔的主要影響因素
2.3 提高加工小孔效果的幾種典型方法
參考文獻(xiàn)
第3章 激光加工小孔建模分析
3.1 激光加工小孔過程數(shù)值模擬的意義及分類
3.1.1 激光加工小孔過程數(shù)值模擬的意義
3.1.2 激光加工小孔過程數(shù)值模擬的分類
3.2 激光加工小孔過程數(shù)值模擬的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
3.2.1 連續(xù)激光加工小孔數(shù)值模擬
3.2.2 長脈沖激光加工小孔數(shù)值模擬
3.2.3 超短脈沖激光加工小孔數(shù)值模擬
3.3 長脈沖激光加工小孔過程的建模分析
3.3.1 守恒方程
3.3.2 邊界條件
3.3.3 界面追蹤
3.3.4 多物態(tài)轉(zhuǎn)化計算模型
3.4 超短脈沖激光加工小孔過程的建模分析
3.4.1 雙溫模型
3.4.2 分子動力學(xué)模擬
3.5 脈沖激光加工小孔過程計算結(jié)果及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
3.5.1 計算結(jié)果
3.5.2 超快激光加工小孔計算結(jié)果
3.5.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證示例
參考文獻(xiàn)
第4章 激光加工小孔工藝
4.1 毫秒脈沖激光加工小孔工藝
4.1.1 毫秒脈沖激光旋切加工小孔
4.1.2 毫秒脈沖激光加工大傾角、大深徑比小孔
4.1.3 毫秒脈沖激光加工表面制備熱障涂層高溫合金小孔
4.2 納秒脈沖激光加工小孔工藝
4.2.1 國外納秒激光加工小孑L技術(shù)簡介
4.2.2 高頻納秒激光加工小孔
4.2.3 納秒雙脈沖激光加工小孔
4.2.4 納秒脈沖序列激光加工小孔技術(shù)
4.2.5 表面制備熱障涂層高溫合金納秒激光加工小孑L
4.3 超短脈沖激光加工小孔工藝
4.3.1 國外技術(shù)現(xiàn)狀簡介
4.3.2 超快激光加工小孔基本工藝特點(diǎn)及性能
4.3.3 表面制備熱障涂層高溫合金超快激光加工小孔
4.4 激光加工異型孔
4.4.1 激光切割加工異型孔
4.4.2 激光逐層去除加工異型孔
4.5 激光加工無錐度小孔
4.6 復(fù)合材料激光加工小孔
參考文獻(xiàn)
第5章 激光加工小孔防護(hù)與后續(xù)處理
5.1 激光加工小孔防護(hù)技術(shù)
5.1.1 激光加工小孔防飛濺物黏附
5.1.2 激光加工小孔防對面壁損傷
5.2 激光加工小孔后續(xù)處理
5.2.1 磨粒流后續(xù)加工
5.2.2 化學(xué)研磨處理
5.2.3 濕噴砂處理
參考文獻(xiàn)
第6章 激光加工小孔力學(xué)性能評估試驗(yàn)
6.1 毫秒激光加工小孔試樣力學(xué)性能分析
6.1.1 毫秒激光不同制孔工藝加工小孔試樣高周疲勞性能分析
6.1.2 毫秒激光加工小孔試樣與光滑試樣疲勞強(qiáng)度的比較
6.1.3 毫秒激光與電火花加工小孔試樣力學(xué)性能分析
6.2 納秒激光加工與電加工小孔試樣力學(xué)性能分析
6.3 超快激光加工小孔試樣力學(xué)性能分析
6.3.1 超快激光與長脈沖激光加工小孔試樣高溫低周疲勞性能分析
6.3.2 超快激光與電火花加工小孔試樣高溫低周疲勞性能分析
6.3.3 超快激光加工小孔單孔試樣不同溫度高周疲勞性能分析
6.3.4 帶熱障涂層高溫合金超快激光加工小孔試樣熱循環(huán)試驗(yàn)
參考文獻(xiàn)
第7章 激光加工小孔設(shè)備的發(fā)展及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
7.1 激光加工小孔設(shè)備的發(fā)展歷程
7.2 多軸數(shù)控YAG激光加工小孔設(shè)備的結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)
7.3 激光加工小孔裝備技術(shù)發(fā)展
7.3.1 激光加工小孔自適應(yīng)定位技術(shù)
7.3.2 激光加工小孔在線檢測技術(shù)
參考文獻(xiàn)