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题名激光打孔背伤防护的蒙特卡罗模拟与实验研究
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作者
曾庆阳
王斌
张文武
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机构
中国科学院宁波材料技术与工程研究所
全省航空发动机极端制造技术研究重点实验室
中国科学院大学
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出处
《中国激光》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第16期327-338,共12页
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基金
浙江省自然科学基金资助项目(LY21E050018)。
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文摘
针对薄壁空腔零件在激光打孔过程中的背壁损伤问题,结合蒙特卡罗模拟和防护性能验证实验,分析了影响防护材料性能的关键因素。基于蒙特卡罗方法模拟了不同颗粒直径的防护材料对加工区域的交叉重叠阻挡率,根据阻挡率分布的统计特征,对于孔径为0.3 mm的激光打孔加工,优选20目(≈0.8 mm)作为最适合填充的颗粒粒度。利用纳秒脉冲激光加工系统开展了背伤防护材料的防护性能影响因子筛选试验设计(DOE),同时开展了针对合成颗粒石墨、绿碳化硅(SiC)、氧化锆(ZrO2)三种材料的击穿计时实验。结果表明:颗粒形态对防护性能具有显著影响,相较于球形颗粒,不规则多边形颗粒的防护性能更佳;黏合剂对防护性能的影响不显著;以SiC颗粒填充的防护材料的防护性能更优,击穿用时37.494 s。本研究为颗粒填充背伤防护材料提供了一种快速选型优化策略。
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关键词
激光技术
激光打孔
背伤防护
蒙特卡罗方法
试验设计
击穿实验
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Keywords
laser technique
laser drilling
back strike protection
Monte Carlo method
design of experiment
breakthrough experiment
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分类号
TN249
[电子电信—物理电子学]
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题名激光加工薄壁腔体微孔的背伤及防护
被引量：2
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作者
王斌
刘跃专
王玉峰
张文武
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机构
中国科学院宁波材料技术与工程研究所
浙江省航空发动机极端制造技术研究重点实验室
中国科学院大学
宁波工程学院机械工程学院
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出处
《中国激光》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第10期234-246,共13页
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基金
中国科学院重点部署项目(ZDRW-CN-2019-01)
浙江省重点研发计划择优项目(2020C01036)
+1 种基金
浙江省自然科学基金(LY18E050027)
宁波市科技创新2025重大专项(2019B10074)。
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文摘
针对采用激光加工涡轮叶片等薄壁腔体微孔时存在背伤的问题,采用填充材料阻隔法切断激光能量传输路径的方式进行背伤防护。研究了激光能量密度、激光束扫描速度以及离焦量等加工参数对背伤的影响规律。通过品质关键因素(CTQ)验证实验优选6种可行的背伤防护材料:聚氨酯(PUR)、流动聚丙烯酰胺(PAM)、石蜡、石墨、二氧化硅(SiO_(2))、碳化钨(WC)。选择PUR、PAM和石蜡三种防护材料填充7075铝合金薄壁腔体,进行微孔激光加工背伤防护实验研究。研究表明,填充防护材料的激光加工背伤坑深度相比未填充防护材料时有了大幅降低,流动PAM的背伤防护效果比PUR和石蜡的更好。当PAM的流速达到3.0 m/s时,所有0.5~3 mm间距的型腔在加工50 s以内都没有出现背伤。该研究成果可为后续进行激光打孔状态实时监测并及时关停激光的背伤防护方法提供依据,为实现涡轮叶片等薄壁腔体微孔的无背伤加工提供基础。
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关键词
激光技术
激光微孔加工
背伤防护
薄壁腔体
填充材料
品质关键因素
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Keywords
laser technique
laser processing of micro-hole
back strike protection
thin-walled cavity
filling material
critical-to-quality
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分类号
V261.8
[航空宇航科学与技术—航空宇航制造工程]
TG665
[金属学及工艺—金属切削加工及机床]
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