激光圆弧扫描弯曲可实现圆弧槽形舱壁件无模具成形, 研究其曲面变形规律以及其曲面变形特征具有重要的工程应用意义。首先, 详细分析了扫描次数n、圆弧扫描半径R、板材宽度W以及扫描基准线至自由端长度L对矩形金属层合板曲面变形的影响。同时, 结合各参数对曲面变形作用效果及曲面变形量试验测量数据, 求得各参数下曲面变形量经验函数, 并对其变化规律及趋势进行分析。最后, 利用激光圆弧扫描弯曲策略进行了圆弧槽形舱壁件样件试制, 其中单段圆弧槽两侧壁曲率半径均值分别为84.51、86.77 mm。文中方法为矩形金属层合板激光圆弧扫描弯曲曲面变形规律分析及成形圆弧槽形样件提供了试验依据。

为降低激光直接制造大型TC4构件的基底变形及残余应力, 研究了不同选区顺序对分区扫描成形时基底变形及残余应力的影响。分别采用新定义的由外而内、由内而外选区顺序及常规的随机选区顺序进行沉积实验, 并运用面结构光及X射线衍射检测方法对基底变形及沉积层残余应力进行测量。结果表明: 不同选区顺序对成形件基底变形及残余应力影响显著, 采用由外而内选区顺序可大幅减小基底变形, 与随机选区顺序相比, 基底最大变形量降低60%, 但是在沉积层引入了较大的残余应力, 最大残余应力达到了392 MPa; 随机选区顺序下沉积层残余应力量级较小, 最大残余应力仅约93 MPa, 残余应力分布更为均匀。因此, 分别采用由外而内及随机选区顺序进行前后期成形有利于减小和平衡大尺寸TC4成形件基底变形及残余应力。

自20世纪60年代激光器被发明以来, 其脉冲宽度被不断压缩至亚皮秒及飞秒量级, 使得激光加工技术进入到了超短脉冲阶段。与其它加工技术相比, 超短脉冲激光微孔加工突破了对尺度和材料的限制, 并具有高精度和自动化等优点。主要论述了超短脉冲激光微孔加工的优势, 如“冷”加工、突破衍射极限的低微米及纳米量级的加工等。介绍了超短脉冲激光微孔加工中的三个经典模型, 包括孔径和阈值关系模型、多脉冲累积模型和单脉冲烧蚀深度模型。简述了超短脉冲激光微孔加工的实验研究现状, 并给出了存在的问题和展望。

为实现大口径拼接光栅拼接误差的高频高精度补偿的工程应用, 提出了一种基于小口径反射镜补偿大口径拼接光栅压缩器拼接误差的方法。基于双程Z型压缩器, 分析了小口径反射镜补偿量与拼接误差的关系, 采用光线追迹法和夫琅禾费远场衍射原理定量计算了各拼接误差补偿后对远场能量分布的影响, 证明了该方法原理的正确性, 并得到了直接驱动光栅与反射镜补偿时的各误差容限, 结果表明该方法能极大降低拼接光栅的精度要求。

为实现小口径双非球面硫系玻璃镜片的高精度批量制造, 通过仿真与实验, 对镜片模压成型冷却阶段的冷却间隙进行了研究, 揭示了其对镜片成型质量的影响规律。首先, 对硫系玻璃模压成型的高温粘弹性力学模型、结构松弛模型以及界面热传递模型进行了分析, 并将其应用于仿真研究; 其次, 对目标镜片进行了模压成型仿真, 探讨了冷却间隙条件对镜片内部温度、应力分布以及轮廓偏移量的影响; 最后, 进行了与仿真研究相对应的模压成型实验, 分析了冷却间隙条件对成型镜片表面形状精度PV、表面粗糙度Ra及轮廓偏移量的影响, 并将仿真与实验结果进行了对比研究, 以验证仿真模型和结果的有效性。仿真分析结果表明: 冷却间隙为0.1 mm时, 镜片冷却后应力最小, 为3.897 MPa; 成型镜片非球面ASP1和ASP2的轮廓偏移量最大值分别为1.054 μm和0.858 μm。实验结果表明: 冷却间隙为0.1 mm时, 模压得到的成型镜片表面质量最好, ASP1和ASP2的PV值分别为170.8 nm和223.6 nm, Ra值分别为22.7 nm和24.9 nm, 轮廓偏移量最大值分别为0.896 μm和0.738 μm。因此, 可确定最小冷却间隙为0.1 mm。仿真与实验结果具有较好的一致性, 冷却间隙对小口径双非球面硫系玻璃镜片的成型质量有一定的影响, 确定最小冷却间隙可有效提高成型镜片的表面质量。