【摘 要】
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激光抛光是一种新型抛光技术,具有高效率、非接触、自动化加工等优势,已经广泛地应用于各种材料上。目前激光抛光的研究工作主要集中在抛光工艺,对于激光抛光的机理还尚未研究透彻。本文以模具钢为研究对象,通过数值模拟与实验相结合的方法,建立激光抛光数值模型,模拟了激光抛光时表面流动过程,得到各参数对抛光效果的影响,为激光抛光工艺参数的选取提供指导作用。(1)建立了激光抛光表面演变的二维瞬态模型。通过对抛光前
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激光抛光是一种新型抛光技术,具有高效率、非接触、自动化加工等优势,已经广泛地应用于各种材料上。目前激光抛光的研究工作主要集中在抛光工艺,对于激光抛光的机理还尚未研究透彻。本文以模具钢为研究对象,通过数值模拟与实验相结合的方法,建立激光抛光数值模型,模拟了激光抛光时表面流动过程,得到各参数对抛光效果的影响,为激光抛光工艺参数的选取提供指导作用。(1)建立了激光抛光表面演变的二维瞬态模型。通过对抛光前的模具钢表面进行频率分析,采用主要频率合成轮廓曲线用于模型表面构建。模型耦合传热场和流动场,采用移动的激光光源,综合考虑熔池中毛细力和热毛细力的作用,模拟出激光抛光的温度分布和流动过程。模拟结果表明,激光抛光过程中,粗糙的表面在毛细力与热毛细作用下发生流动,高处的熔融材料流向低处,降低了表面高度差,得到平整的表面。(2)模拟分析了激光功率和扫描速度对激光抛光过程的影响。熔池深度与激光功率呈正线性关系,与扫描速度呈负线性关系;抛光后的表面粗糙度与激光功率和扫描速度均呈U型分布关系。(3)通过激光抛光的实验结果与模拟结果对比,熔池深度误差为7.5%,表面粗糙度的误差为7.0%,模型所预测熔池凝固组织与实验观测比较吻合,说明模型具有较高的精确度。(4)针对激光抛光实验过程中发现的陨石坑缺陷,检测分析出陨石坑由铝及其氧化物组成,并提出陨石坑的一种形成机理:熔池中析出的铝液滴在浮力和热毛细力搅动的作用下上浮,突破至表面氧化凝固后形成陨石坑。
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