基于气熔比控制的薄板缝阵类零件激光精密加工机理及关键技术

薄板缝阵类零件具有轮廓尺寸宽大而厚度薄、缝隙尺寸细小而密集等特点，加工性能差，限制了多种雷达的制导能力，是国防等多领域装备中急需解决的加工难题。本项目基于高效率加工激光器，针对薄板精密零件上的微细孔、缝、槽时，加工精度和表面质量不能满足精密加工要求的关键问题，通过识别与分析激光加工时气化物粒子折射率及其与密度关系，研究材料去除过程中气化和熔化形态及比例，建立激光加工中材料去除气熔比数学模型，揭示激光能量输入对气熔比的影响规律，进一步研究气熔比对加工精度和表面质量的影响，形成气熔比优化方法和控制策略，构建激光加工辅助装置，形成基于气熔比控制的激光精密加工关键技术，可降低由于熔化及其重铸层产生的加工尺寸、形状误差与表面缺陷达1个数量级。为激光高效、高质量加工提供理论依据与技术支持，对于提高薄板缝阵类零件激光加工技术水平、开发自主知识产权的超精密激光加工技术具有重要科学意义和应用价值。

本项目针对薄板上的微细孔、缝、槽，其加工精度和表面质量不能满足精密加工性能要求的关键问题，通过识别和分析激光加工气化物粒子折射率及其与密度的关系，研究了材料去除过程气化物和熔化物形态和重量比例，建立了激光加工中材料去除气熔比数学模型，阐述了激光能量输入对气熔比的影响规律，进而研究了气熔比对激光加工精度和表面质量的影响，形成一种气熔比法激光加工优化方法和控制策略，构建相应的激光加工辅助装置一套，完善成为基于气熔比控制的激光精密加工技术，降低由于熔化及其重铸层产生的加工尺寸误差1个数量级和表面质量缺陷1级。 项目主要创新点及其研究进展如下：1）激光加工气化与熔化识别及其气熔比检测方法。运用光学纹影干涉测量原理，进行气化物密度测量，分析了其气体密度、折射率和重量关系，分析了其熔化物形态和重量，有效阐述地激光加工气化和熔化重量比例关系，建立了一种热加工过程能量输入和加工精度和质量关系，为激光加工中气熔比控制和优化提供一种有效检测手段。2）气熔比检测装置建立和激光精密加工方法。基于YAG激光器加工过程，分析了气熔比对提高激光加工精度和质量的内在关系，建立了一种描述气化和熔化状态比例模型和气熔比检测装置，为基于气熔比控制的激光精密加工提供了理论和实验依据。3）激光加工区状态调控装置建立和加工工艺。采用正交试验优化方法和多目标优化理论分析，建立了激光加工区温度、压力、气氛及其流动状态调控装置，进行实时参数监测、模式变换和局部氛围控制，分析了激光加工参数对加工精度和质量影响的权重、稳定性和规律，通过气熔比控制，调控激光能量输入和模式变换，形成气熔比优化方法和控制策略。4）基于气熔比控制的缝阵天线板激光加工技术。通过气熔比控制，调控激光能量输入和模式变换，针对雷达缝阵天线板缝隙尺寸、形状、位置、表面质量等要求，以及加工应力变形和表面质量等材料和性能要求，实验验证，样件和测试结果均到达图纸技术要求。结合上述研究工作，在国内外期刊发表学术论文21篇，其中SCI收录2篇，EI收录16篇；获授权国家发明专利2项，并申请PCT美国专利1项；获国际合作项目1项，并获辽宁省优秀科学研究成果；已毕业研究生4人，在读博士生1名、硕士生3名。