金属零件加工制造过程中,零部件边缘往往存在毛刺、飞边、挂渣等多余材料,导致边缘加工质量低需进行精整工序,在如今高精密制造要求下传统工艺难以满足精整需求。激光加工技术由于其非接触加工、易柔性化、去除材料速度快等独特的优势,有望改善金属零件边缘加工质量,因此提出一种金属零件边缘激光精整技术,利用激光微细加工的能力,快速扫描去除多余材料以提高边缘质量。针对上述问题与解决思路,本文首先对激光与金属相互作用进行数值模拟,然后在金属试样表面进行微凹槽加工工艺试验研究,分别利用纳秒、皮秒两种激光对轴承钢GCr15和钛合金TC11试样进行边缘精整试验并优化,最后对金属激光作用后的组织和硬度进行检测,主要内容及结论如下:(1)基于激光与金属相互作用机理,利用COMSOL Multiphysics软件分别建立纳秒激光、皮秒激光与钛合金TC11相互作用模型,得到纳秒、皮秒单个脉冲烧蚀深度分别为2.9μm、0.7μm,预测两种激光去除精度分别是微米级、亚微米级。纳秒激光会使作用区域周围形成凸起,与实际试验形貌吻合。详细研究皮秒激光不同激光功率、扫描速度、重复次数对微凹槽烧蚀深度的影响规律,模拟值偏大于试验值,模拟精度较高。脉宽10 ps的皮秒激光电-声弛豫时间为58 ps,为非平衡烧蚀。(2)使用纳秒激光加工系统在钛合金TC11表面进行微凹槽试验,研究泵浦电流、扫描速度、重复次数对微凹槽形貌的影响规律。根据微凹槽工艺指导,对轴承钢GCr15和钛合金TC11试样边缘进行精整试验,通过定义去除量、单位去除量、相对去除量、二次毛刺大小指标评价精整效果,考察不同工艺参数的影响规律。发现纳秒激光能够完成亚毫米尺度的精整加工,但二次毛刺和凸起熔渣的存在降低了精整质量。(3)为改善纳秒激光加工质量,提出液体涂层辅助激光加工,考察水、油、水玻璃、水混合水玻璃下与空气下加工微凹坑的形貌与质量,发现液体涂层下加工的形貌更为平滑,水能够抑制熔渣堆积,水玻璃能够提高激光去除能力,两者混合发挥协同作用。(4)使用皮秒激光加工系统在钛合金TC11表面进行微凹槽试验,研究激光功率、扫描速度、重复次数对微凹槽形貌的影响规律。对轴承钢GCr15和钛合金TC11试样边缘进行精整试验,发现皮秒激光能够高质量完成亚毫米尺度的精整加工,得到去除量和单位去除量随功率、扫描速度、重复次数变化的影响规律。(5)设计正交试验优化皮秒激光精整加工参数,影响轴承钢GCr15边缘精整单位去除量的因素主次顺序为:激光功率、扫描速度、重复次数,最佳参数分别为30 W、200 mm/s、10次;影响钛合金TC11边缘精整单位去除量的因素主次顺序为:扫描速度、激光功率、重复次数,最佳参数分别为300 mm/s、20 W、5次。(6)对纳秒、皮秒激光作用区域金相组织和显微硬度进行测量分析,发现纳秒激光热作用能够细化组织,极大提高材料熔凝区和热影响区的硬度。皮秒激光作用后材料的金相组织和硬度基本没有变化。