为了深入研究恒弹合金的飞秒激光烧蚀工艺, 探索了飞秒激光在甘油介质中对恒弹性合金进行烧蚀的规律。因为激光烧蚀诱导产生的气泡在液体辅助烧蚀中扮演了一个重要角色, 因此在实验中使用了粘度较大的甘油溶液, 以研究气泡对于烧蚀规律的影响。在进行烧蚀时, 采用不同的离焦量分别打点, 以研究溶液介质对于激光聚焦点位置的影响。实验表明, 在甘油溶液介质中对样品表面烧蚀时, 孔深的变化比之在空气中烧蚀差别很大, 在离焦量由正到负的过程中出现了两个孔深峰值, 分别位于正负离焦量区间, 并且在零离焦量附近达到极小值。而孔径的变化则基本呈现聚焦点位置越深入样品表面内部越大的趋势。根据对实验过程和结果的观察分析, 这主要是由于气泡对激光烧蚀能力产生了很大的影响, 从而导致了液体辅助烧蚀与在空气中烧蚀截然不同的结果。

恒弹性合金因其在一定温度范围内弹性模量几乎不随温度变化的特点, 在精密仪器仪表等制造领域应用越来越广泛, 其表面加工的要求也越来越高。为研究飞秒激光在不同加工环境下对恒弹性合金的烧蚀情况, 对比了两种加工条件不同的烧蚀实验。空气环境中; 用150 μm薄玻璃片压贴在样品表面, 烧蚀方式分为定点烧蚀和刻槽两种, 用共聚焦显微镜和扫描电镜测量了烧蚀后的恒弹合金形貌。结果表明, 采用定点烧蚀的加工方式时, 相同激光参数下, 空气中烧蚀坑的直径最小, 深度最大; 玻璃片约束下的坑的直径最大, 深度最小, 当激光能量为50 μJ, 脉冲数为100个时, 该约束下烧蚀坑的深度缩减量可达44.0%。采用刻槽的加工方式时, 在空气中的槽的深度大, 宽度较大, 在玻璃片的约束下, 加工的槽的深度和宽度都减小, 当激光能量为50 μJ、扫描速度为1.5 mm/s时, 其深度缩减量可达47.2%。

利用有限元分析软件ABAQUS对恒弹性合金3J53超薄板激光冲击半模成形过程进行了数值模拟。探讨了不同激光脉冲能量对板料运动速度和成形精度的影响,以及相同能量下板料不同区域的运动速度规律。数值模拟表明,当激光脉冲能量较小时,板料不能与凹模碰撞,中心区域节点上下往复振动,振幅逐渐减小,最后处于静止状态;当激光脉冲能量较大时,板料中心与凹模底部发生剧烈碰撞,碰撞后产生反向运动,速度逐渐减小,在零值附近缓慢波动一段时间,最终衰减到零。通过调整激光脉冲能量能够得到理想的波形零件。研究结果表明,利用有限元分析软件ABAQUS能够预测板料在激光冲击成形中的速度变化规律,为深入研究激光冲击成形过程提供依据。