摘要
718镍基高温合金在高温下抗氧化、耐蠕变性能优异，在航空航天工业、医疗设备中有着极为广泛的应用，但是在传统机械加工中，718镍基高温合金存在加工硬化现象，导致刀具磨损严重，加工效率低。激光束能量密度高，可控性好，聚焦光斑尺寸小，能够加工出微细结构，对于大多数难加工材料均具有不错的加工效果，在高温合金的加工领域有极大的潜力。激光铣削技术利用激光束作为“刀具”逐层蚀除材料，实现三维结构的加工。为满足718镍基高温合金高质量的加工要求，本文对微秒激光铣削718镍基高温合金工艺基础展开研究。 首先，针对加工中材料对激光的吸收机制、工件内部传热过程以及熔融材料的流动状态进行分析，建立微秒激光蚀除718镍基高温合金的仿真模型，探究加工中材料温度场、流场变化，分析激光输出功率、激光扫描速度与熔融材料流动速度以及材料蚀除深度之间的关系，进行了不同加工参数下仿真与试验蚀除深度的对比，证明了仿真模型的可靠性。 其次，针对激光脉冲重复频率、扫描线间距、激光输出功率、扫描速度、扫描次数五个加工参数对工件加工深度、粗糙度以及加工区域维氏硬度的影响进行分析，探讨不同加工参数与蚀除形貌之间的关系；在单因素试验的基础上进一步探究激光单脉冲能量与扫描速度之间的交互作用，进行二者的全因素试验研究，分析加工深度、表面粗糙度以及维氏硬度的变化规律，并根据试验结果提出粗精加工结合的工艺策略，针对低能量下激光对粗糙表面的精加工修饰效果展开有限元仿真研究，分析了不同激光能量下工件表面形貌的变化规律，从试验与仿真两个方面验证了粗精两步加工的可行性。 最后，通过响应面实验优化加工参数，对加工深度、粗糙度与激光输出功率、扫描速度、线间距之间的关系进行拟合，分别针对加工深度与表面粗糙度进行优化，采用优化参数展开实验，对加工深度、粗糙度、维氏硬度以及表面元素变化进行分析，实验结果表明精加工修饰后加工区域表面粗糙度明显降低，表面氧化物被去除，氧元素含量较粗加工时显著降低，表面物理性能更接近原始表面；最终根据优化参数在718镍基高温合金表面加工出阶梯面、斜面等结构，实验结果表明工件去除量稳定，可实现718镍基高温合金的定量蚀除。 本文针对718镍基高温合金的激光铣削技术展开研究，提出粗精加工结合的工艺策略，保证表面粗糙度的基础上大大提高加工效率，在718镍基高温合金表面实现定量蚀除，加工出阶梯面、斜面等结构，对进一步推动激光铣削技术在三维结构加工中的应用发展具有重要意义。
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