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不同功率下激光砂带加工对表面残余应力的影响

激光砂带、表面残余应力、砂带磨削

装置及其零部件的服役性能除了与它本身的设计和制造有关外，还与其表面完整性和表面结构有着密不可分的关系。实验支持的理论计算表明仿生结构在流体中运动装置，火箭、飞机、风力涡轮机、轮船等能减少10%-15%的阻力；且其关键零部件如叶片、螺旋桨等，在提高表面完整性后，使用寿命也有极大的提高。因此，如何加工出具备特定的微纳结构同时具备高表面完整性的零部件表面，逐渐成为人们研究的热点。

目前，微结构加工主要依靠光刻、气相沉淀、微纳压印等方法。虽然仿生结构成型效果较为理想，但加工效率低、工序复杂、加工成本高。激光砂带加工技术结合了超快激光加工的高精度、无损伤和砂带磨削高效率、高表面完整性的加工特点，可实现加工表面兼具高表面完整性和特定的微结构。但目前尚不清楚不同功率下激光砂带加工对表面残余应力的影响规律，本文主要探究内容如下：

• 搭建了激光砂带协同加工实验平台。针对超快激光加工和砂带磨削的加工特点，提出了激光双聚焦加工，采用反射镜将垂直入射的激光倾斜辐照到侵袭的砂带磨削区域，实现激光砂带的协同加工，避免常规加工过程中砂带布基的烧蚀和光束与砂带接触杆的干涉。


•  进行了高温合金不同加工功率下激光砂带实验。采用不同的砂带下压量（5，15，25mm）和激光功率（功率因子：100%，80%，50%，30%，10%），进行激光砂带磨削实验。在此基础上，进行了单独的砂带磨削实验，来对比两种不同加工技术下的残余应力。


• 进行了两种加工工艺的表面残余应力检测。检验结果显示，砂带磨削加工后的表面残余应力分别为-414MPa,-450MPa，-467MPa，从检测结果可以看出随着下压量的增加，参与拉应力在逐渐增大，而增大的速率在逐渐减小。为简化实验和检测过程，只进行采用下压量为15mm时的激光砂带磨削实验，检测结果显示在激光功率分别为100%，80%，50%，30%，10%时，表面残余应力分别为198MPa，148MPa，45MPa，18 MPa，-92MPa。随着激光功率的增加，表面的残余应力逐渐从压应力变为拉应力，且逐渐增加。说明激光砂带过程中激光的热效应导致了残余应力的变化。