采用具有高应变率加载特征的激光驱动飞片间接冲击微成形技术对钛箔进行了微成形实验,以解决难成形材料的微塑性成形问题.从飞片完整性、工件贴模性以及厚度减薄率等方面探究了该工艺的成形性能.实验中采用微细电火花和曲面研磨技术制造微模具,材料为AISI 1090模具钢,飞片为20 μm的钛箔,成形工件为35 μm的钛箔.通过KEYENCE VHX-1000C超景深显微系统对飞片和工件进行了观测和分析,结果显示:飞片具有较好的完整性,能够提供均匀的冲击压力;成形后的工件具有良好的表面质量和贴模性.借助冷镶嵌工艺测量了工件的厚度分布,分析了工件厚度减薄率,其最大值为19.8%,最小值为2%,显示工件的厚度分布比较均匀.研究表明:激光间接冲击微成形技术对于难成形材料具有良好的成形效果并且能有效抑制厚度减薄.

为了实现金属箔板大面积微弯曲成形, 本文结合激光冲击微弯曲成形技术与软模成形技术的优点, 提出了激光冲击软模大面积微弯曲成形方法。 该方法是在脉冲激光冲击波压力下, 将软模作为柔性冲头作用于金属箔板来实现工件成形的。实验中使用了Innolas Gmbit公司生产的Spitlight 2000 THG脉冲激光器, 将250 μm厚的聚氨酯橡胶薄膜作为软模, 采用德国LPKF-ProtoMat-C60型雕刻机在印刷电路板上加工出深度为120 μm的U型多槽模具, 实现了在厚度为30 μm的铜箔板上一次性对3个U型凹槽冲击成形。用KEYENCE VHX-1000C超景深三维显微系统进行工件观测, 结果显示工件上的微成形槽具有良好的轮廓质量。以ANSYS/LS-DYNA为平台, 使用有限元建模(FEM)方法对微弯曲过程进行了数值模拟。实验和模拟结果均表明, 加载软模的工件与模具的U型凹槽特征在形状上更加接近, 成形工件更加均匀, 而且具有较好的表面质量, 其最大平均成形深度可达110 μm, 大于激光直接冲击成形的最大深度(88 μm), 说明使用软模提高了充型能力。

研究了激光冲击驱动飞片成形中相关工艺参数对成形性能的影响。采用适合高压高应变率的Johnson-Cook模型, 基于ANSYS/LS-DYNA软件平台, 数值模拟了激光冲击驱动飞片成形胀形件过程中激光能量、成形模具孔径以及模具圆角率与成形件成形高度的关系。分析表明, 随着激光功率密度、成形模具孔径和模具圆角率的增加, 胀形件成形高度均随之增加, 胀形件的最大成形高度为310.6 μm。对厚度为50 μm的铜箔材进行了激光冲击驱动飞片成形实验, 利用体视显微镜和形貌测量仪对获得的胀形件试样进行了二维和三维形貌测试, 验证了数值模型的合理性。本文建立的数值模拟分析方法为激光冲击驱动飞片成形胀形件过程的预测和控制提供了手段。

为了研究吸收剂对激光透射焊接热塑性塑料的影响,设计了热塑性材料的激光透射焊接实验方案,对透明聚苯乙烯、聚氯乙烯两种塑料成功地进行了激光透射焊接,运用正交实验方法对焊接工艺进行了分析,并对焊接样品进行了剪切强度测试;讨论了黑漆和clearweld两种不同吸收剂对焊接强度和外观质量的影响,对实验中出现的黑色焦黄色焊缝、焊缝凸起和焊接断裂等现象进行了分析。结果表明,clearweld吸收剂优于黑漆吸收剂。

介绍了激光透射塑料焊接及全息技术的基本原理，提出了一种基于全息原理的激光同步焊接技术。为了达到塑料微小焊缝的同步焊接，采用干涉方法记录下预知焊缝特征形状，再利用衍射方法使得焊缝图形特征再现，同时激光束光斑形状被调制为与预知焊缝形状相同。利用调制完成后的激光束对塑料进行同步焊接，得到理想焊缝与预知焊缝形状相同的结果。结果表明，此项技术适用于焊缝图形小且复杂的场合。

首先阐述了激光焊接塑料的原理；其次介绍了几种激光焊接塑料的新方法、特点及应用对象，主要有轮廓焊接、同步焊接、准同步焊接、掩膜焊接、放射状焊接、Globo焊接和衍射焊接；最后论述了激光焊接塑料的发展现状及发展趋势。可以看出，目前研究主要集中于二维焊接，而三维焊接研究得较少。激光焊接塑料正成为激光焊接领域的一个热点，它将取代传统的塑料焊接方法。

在摩擦副表面激光微细加工技术中，为了确定其表面形貌，采用有限差分法对激光微造型中的烧蚀温度场和烧蚀产生的弹坑进行了数值模拟，计算模型在能量平衡方程的基础上，将入射脉冲激光在空间以高斯分布考虑，模拟出了激光微造型中靶材的温度场分布和变化规律，以及弹坑的深度和直径，进行了理论分析和实验验证，将此模拟结果(弹坑直径和深度)和现有文献中的实验进行比较，得到了良好的一致性。这对于激光微造型技术的理论研究是有帮助的。