关键词： 润湿性   电刷镀   激光加工   低粘附   模具  

摘要： 铝基模具在机械加工领域具有重要的应用比例。其表面在应用过程中经常会出现不同程度的磨损、断裂等失效现象,影响模具的使用效率和工作寿命。尤其是磨损失效中的表面粘附程度严重影响着产品的表面质量。因此,降低模具材料表面的粘附作用是提高工作效率和产品质量的重要措施。本文通过分析模具材料表面的失效机理,利用荷叶和水稻叶表面的特殊功能特性所给予的灵感,基于润湿性理论对模具材料表面的粘附问题进行初步探讨。选用7075号铝合金模具材料作为试验基体材料,利用电刷镀技术在光滑基体表面均匀覆盖一定厚度的镍镀层,金属镍镀层的存在使表面的抗腐蚀能力提高1个数量级,表面硬度由基体96.4HV提高至400HV,但此时的表面表现出较强的粘附作用。为此,试验将具有良好耐腐蚀的镍镀层表面进一步进行激光扫描加工。在电刷镀-激光结合的复合加工方法作用下,“菜花状”的凸包与沟槽的配合分布构成表面的微观复合结构。这种特殊的非光滑表面能够在微观结构内部存储更多的外界空气,在加工表面形成一层气体薄膜,有效降低固体表面与外来物体的直接接触。从润湿性的角度降低了表面的粘附程度,使铝合金模具材料表面与产品之间的脱模过程变得更加顺利成为可能,从而降低模具表面粘模问题发生的机率。进一步研究发现,电刷镀-激光结合方法的应用,还能够赋予材料表面优异的耐腐蚀性能,抗腐蚀能力提高2～3个数量级,这为提高模具材料表面的综合性能提供了一定的试验参考价值。

关键词： 激光加工   莱塞加工   激光技术   轨道交通   汽车  

摘要： 激光加工制造技术目前呈现出一个飞速发展的态势,同时我国制造业的结构调整与转型升级,也为激光加工设备提供了广阔的市场,尤其在汽车、轨道交通及钣金加工等行业中,激光技术的应用也日益普遍。同时针对即将召开的"2017慕尼黑上海光博会",我刊特别策划了激光加工专题,邀请轨道交通、汽车、工程机械、石油石化等行业专家以及史陶比尔、IPG等企业撰写企业最新的应用和研究内容,以飨读者。

关键词： 激光加工   干法刻蚀   微纳加工   微光学元件   硅   蓝宝石  

摘要： 近年来,硅、蓝宝石、金刚石等硬质材料的复杂三维微纳结构在微电子、微光学、微机电系统、生物传感等领域获得越来越广泛的关注。目前常用的制备微纳结构的方法包括平面光刻技术、聚焦电子束、纳米压印、聚焦离子束等微纳米加工技术。利用这些微纳加工技术可以实现复杂结构和器件的高精度制备,加工分辨率已经可以达到几个纳米的量级。这些传统加工方法通常只能加工二维或二维半结构,对于三维结构的制备较为困难。并且,硬质材料硬度大、稳定性强等特点也使得对其进行微纳加工较为困难,尤其是进行光学级复杂三维结构的制备更为困难。利用飞秒激光烧蚀技术能够实现对金刚石、蓝宝石和碳化硅等硬质材料进行微纳米结构的制备。然而对于硬质材料的加工,通常需要采用高能量密度激光对材料进行烧蚀,无法实现高速扫描加工。另外,采用高强度激光制备的硬质材料结构表面粗糙度较大,难以满足光学器件对高表面平滑度的要求。针对飞秒激光加工硬质材料面临的加工效率低、表面质量差等问题,本论文提出了利用干法刻蚀辅助飞秒激光加工技术实现硬质材料三维微纳结构的高效率、高精度制备。具体提出了三种方案。一是干法刻蚀辅助飞秒激光多光子聚合图形转移技术实现蓝宝石微凸透镜及螺旋相位板的制备,二是利用干法刻蚀辅助激光改性技术实现硅以及蓝宝石材料微凹透镜阵列的可控制备,三是利用干法刻蚀辅助灰度激光加工技术实现连续面型硅基三维微结构的制备。本论文的具体研究工作如下:(1)利用干法刻蚀辅助飞秒激光多光子聚合图形转移技术实现了蓝宝石微结构的制备。探索了飞秒激光加工参数以及ICP刻蚀参数对制备的蓝宝石结构形貌的影响,实现了微圆锥、台阶状结构以及斜面结构等三维结构的制备,并优化了激光加工以及刻蚀的工艺参数,实现了较好表面质量蓝宝石微凸透镜以及螺旋相位板的制备。验证了干法刻蚀转移飞秒激光多光子聚合制备的光刻胶三维结构的可行性。(2)利用干法刻蚀辅助飞秒激光改性技术实现硅基微凹透镜阵列的可控制备。提出利用飞秒激光对硬质材料进行改性,形成改性区域与未改性区域的刻蚀速率差,随后利用干法刻蚀实现改性区域的快速刻蚀形成设计的结构制备。通过调节激光脉冲能量、脉冲数、刻蚀时间等参数可以实现对微凹透镜直径以及深度的调控。以硅基微凹透镜阵列为模板实现了蜂窝状密排布PDMS微凸透镜阵列的转写制备。探讨了干法刻蚀辅助飞秒激光改性技术与半导体工艺的兼容性方案,并得到了初步的可行性验证。(3)利用干法刻蚀辅助飞秒激光改性技术实现蓝宝石微凹透镜阵列的可控制备。利用飞秒激光振镜、场镜快速扫描加工实现了厘米级大面积蓝宝石微凹透镜阵列的制备,并利用制备的大面积蓝宝石微凹透镜阵列实现了紫外光束的匀化。最后,利用蓝宝石微凹透镜阵列为模板实现了密排布玻璃微凸透镜阵列的浇铸转写制备,为硬质材料微纳结构的浇铸转写制备提供了新思路。(4)利用飞秒激光加工技术实现了硅表面的可控氧化改性。并结合干法刻蚀实现了微齿轮、微型梳妆驱动器、微米级菲涅尔波带片以及微悬臂梁的制备。在此基础上,通过改变激光脉冲功率、扫描点间距可以调控硅表面氧的含量,实现氧含量的灰度调控。利用干法刻蚀辅助激光灰度直写技术实现了三阶台阶结构、台阶上立体文字“LASER”、四棱锥、变焦距微透镜阵列结构以及连续面型菲涅耳波带片的制备。验证了干法刻蚀辅助激光灰度直写技术具有加工任意梯度高度三维结构的能力。综上所述,本论文以解决飞秒激光加工硬质材料加工效率低与表面质量差的问题为出发点,提出了干法刻蚀辅助飞秒激光加工技术。实现了硅与蓝宝石材料表面微光学元件、微机械结构的可控制备。探索了干法刻蚀辅助飞秒激光加工技术与半导体工艺相兼容的可行性方案,为飞秒激光微纳加工技术向工业实际应用的发展提供新的思路。

关键词： 激光加工技术   农业机械制造   发展应用  

摘要： 自上世纪六十年代，激光技术作为一门高新技术应运而生，受到各行各业的广泛关注和应用。现如今，在我国农业机械制造行业，激光加工技术的应用尚不普遍。科学引入激光加工技术能够使农业机械的制造水平大幅度提升，使加工效率得到提高，因此需要在农业机械制造中对激光加工技术积极推广应用，从而满足市场的需求。本文简要介绍了激光加工技术应用的重要性，重点分析了几种先进的激光加工技术，并对其在农业机械制造中的应用进行了阐述，希望可以提高农业机械制造现代化技术水平。

关键词： 模具设计   模具制造方法   电火花加工  

摘要： 模具作为制造业中的基本组成部分，在汽车、电子、航天等工业领域内的产品零件制造中占有相当重要的位置。由于在整个制造业中生产的产品基本依靠模具制造，工业化的企业对于模具的需求也在逐年递增，模具制造水平已经成为衡量一个国家或地区总体生产水平的重要因素。本文就制造业中关于模具的设计与制造技术的现状进行探析，研究其未来发展方向，以供读者参考。

关键词： 特种加工技术  

摘要： 本书面向2030年,系统阐述了我国特种加工技术的发展现状、社会需求、应用前景、研发重点、关键技术及建议的发展路径,提出了未来的发展目标和实现措施。全书共六章,第一章和第二章论述了特种加工技术的重要性及发展现状,分析了特种加工技术的发展机遇、发展趋势及面临的挑战;第三章至第五章从产业需求、典型装备、关键技术等方面对放电加工、电化学加工、激光加工等技术分别进行了论述,提出了不同时间节点的发展重点与实现路径,并预测了可达成的目标;第六章提出了实施路线图的关键要素及对国家政策的建议。

关键词： 特种加工技术  

摘要： 本书面向2030年,系统阐述了我国特种加工技术的发展现状、社会需求、应用前景、研发重点、关键技术及建议的发展路径,提出了未来的发展目标和实现措施。全书共六章,分别对放电加工、电化学加工、激光加工等特种加工技术提出了不同时间节点的发展重点与实现路径,并预测了可达成的目标。定价:68元,免邮费。

关键词： 电火花加工   颗粒铝基复合材料   多边形中空电极   间隙流场   蚀除微粒  

摘要： 电火花加工颗粒增强铝基复合材料(AMCs)是一种非常有前景的加工方法,可以避免传统刀具破损,降低加工成本,但是电火花加工AMCs也存在自身的缺陷,这些问题主要是由PRAMCs材料中的增强颗粒带来的,增强颗粒通常是电绝缘材料,而且他们的熔点和汽点等物理特性是合金的几倍高,在电火花加工的时候,增强颗粒难以融化,因此加工过程中,这些增强颗粒对金属融化起到阻碍作用,加工效率与增强颗粒分数成反比。而且随着加工深度的增加,加工效率会变更差,而蚀除微粒也会引起二次放电现象的产生,使加工过程不稳定。而且随着电火花加工小孔深径比的增大,这些现象对加工的影响也将增大。本论文探索异形电极加工PRAMCs材料,研究了Al2O3颗粒铝基复合材料多边形中空电极电火花打孔的实验效果,来验证多边形中空电极对加工环境的改善,提高电火花对颗粒增强铝基复合材料打孔效率的影响。首先,本文理论分析了电火花加工颗粒增强铝基复合材料的蚀除机理和加工影响因素;其次,本文对多边形中空电极加工铝基复合材料加工间隙流的场进行建模与仿真,分析多边形中空电极间隙流场分布和间隙蚀除微粒分布情况;然后,本文通过单因素实验、正交实验和响应曲面法考察峰值电流、脉宽、占空比、主轴转速、冲液压力等因素对多边形中空电极加工Al2O3颗粒铝基复合材料的材料去除率、工具损耗速度、工具相对损耗的影响,并与圆形中空电极进行对比,结果显示相同加工工艺下,多边形中空电极的材料去除率更好,工具损耗速度也更高,但是工具相对损耗更小。论文对比了圆形中空电极和多边形中空电极深孔加工效果,实验显示多边形电极深孔加工材料去除率更好,但加工表面粗糙度更大。本文通过对多边形中空电极和圆形中空电极加工孔壁的扫描电镜图片,对比分析了多边形中空电极的电火花蚀除情况,表明多边形中空电极加工更剧烈,单个脉冲能量效率更大,间接验证了多边形中空电极排屑效果的改善。

关键词： 激光加工技术   机械制造   应用  

摘要： 激光技术由来已久,随着技术发展的日趋成熟,近年来,激光加工技术在机械制造领域中的应用越来越广泛,取得了令人满意的效果.与传统的机械加工制造技术相比,激光技术具有原件影响小,易于控制,加工误差小,清洁环保等技术优势,有效地解决了机械制造中各类较高复杂度构件的不易加工的问题,适应了当前机械制造行业对于高精度、高效率、低能耗、无污染的要求.本文对激光加工技术及其在现代机械制造中的应用进行了探讨.

关键词： 高功率   侧面抽运耦合器   光纤激光器   光纤放大器   激光器工程化   激光加工   光纤功率合束器  

摘要： 高功率光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、免维护等优点,具有广泛的应用。随着光纤的制造工艺和泵浦光源生产技术的迅速发展,目前掺镱光纤激光器得已广泛应用于工业加工、军事国防和光纤通信等领域。在光纤激光器应用领域不断扩展的过程中,全光纤激光器已向着更高功率、更加集成化的方向发展。在这个发展过程中,需要解决光纤激光器的热效应、反射和合束等关键技术难题,并实现工程化。本论文的课题来源于04国家科技重大专项——工业用高功率全光纤激光器的开发（No.2010ZX04013-052）,针对当前高功率连续光纤激光器所面临的这些问题,开展了高功率连续光纤激光器的理论模拟和实验研究,实现重大专项项目对光纤激光器的要求,同时实现了高功率连续光纤激光器的工程化应用。本文的主要研究内容及得到的成果如下:1.分析了镱离子的能级结构和光谱特性,根据掺镱全光纤激光器的稳态速率方程,推导了光纤激光器功率分布的近似解析方程,通过Matlab模拟分析了光纤激光器的功率特性。根据端面泵浦光纤激光器的原理结构,结合线性结构中光纤激光器的边界限制条件,对光纤激光器的泵浦光和激光的功率分布进行了分析。同时,对侧面多点泵浦的光纤激光器进行模拟分析,多点泵浦的结构能够实现激光器功率在光纤中平坦分布。另外,在这种结构中,可以通过增加泵浦光的注入点数来实现更高功率的光纤激光器。2.结合理论模拟,对掺镱光纤激光器进行了实验研究。分析了级联耦合器的制作参数对光纤激光器性能的影响,结合实验数据和耦合器的制作标准,选择合适的级联耦合器搭建了高功率光纤激光器系统。在光纤激光器中,由于耦合器对反向抽运光具有隔离的功能,能够应用在后向抽运结构中,所以采用级联结构的耦合器搭建了双向抽运结构的光纤激光器。当975nm抽运功率通过双向抽运结构注入功率为1096W时,1080nm的光纤激光器功率输出为780W,该激光器的光-光转换效率达到71%。另外,在主控振荡功率方法的光纤激光器中,206W的中种子光通过546W的泵浦光被放大到635W,放大级的光-光转换效率78%。3.依据热传导方程,建立光纤热模型。优化光纤的处理工艺,设计光纤冷却装置,搭建端面抽运的光纤激光器,建设激光器产品生产线,并完成产品小批量生产及应用。采用水冷方式,在端面抽运的光纤激光器中,选择激光振荡器加一级放大的结构,成功实现1kW单模光纤激光器原理样机,当975nm的泵浦功率为1496W时,1080nm单模光纤激光器的最高功率输出达到1024W,光-光转换效率为68.5%。同时,考虑到激光器的散热和结构布局,采用前向端面抽运的方式完成多个输出功率为600W的1080nm激光模块的实验和封装,实现4kW高功率光纤激光器对激光模块的要求。根据激光模块的实验和封装,实现500W光纤激光器生产关键工艺的控制,实现500W光纤激光器的小批量生产。在500W光纤激光器的制作基础上,采用自主发明的特殊光纤光隔离和光剥除技术,设计在激光材料加工过程中能够抗反射的被动式防反射光纤激光器。在激光切割实验中,验证了该激光器在金属加工过程中能够长期稳定工作,并且在对铝、紫铜等高反射材料进行加工时同样可以完全稳定的工作。4.根据国家重大专项项目对激光功率合束的要求,对高功率的光纤合束器进行了研制。结合光纤拉锥的制作过程,模拟分析了锥形光纤的模场分布,基于光纤熔接/拉锥处理平台,采用石英玻璃套管法制作了7×1的光纤功率合束器。采用纤芯/包层直径为20/130μm,NA为0.08的大模场光纤为光纤合束器的输入光纤,合束器的输出直径为100μm,并且测得该合束器平均传输效率为93%。最后,采用7×1功率合束器对自主封装的600W激光模块进行合束,完成4kW高光束质量输出光纤激光器的研制。