基于裂纹控制法的钠钙玻璃YAG激光切割技术研究

摘要

随着IT业的发展，各种显示器应运而生，对玻璃的切割质量要求也越来越高。传统的机械切割法由于切割质量和效率低下，划切曲线工序复杂且成本高，因而很难满足市场要求。而基于裂纹控制法的激光切割技术不仅能够得到光滑平直、无毛刺和微裂纹的玻璃切口，而且通过数控编程就可实现各种曲线的切割，且无需二次加工，大大提高了玻璃切割的质量和效率。而作为体热源的YAG激光除具有以上优势外，还能够实现厚玻璃、多层玻璃、夹层玻璃以及玻璃管的切割，且切割质量更佳。因此，研究基于裂纹控制法的钠钙玻璃YAG激光切割技术对发展我国的玻璃加工业、满足人们对高质量玻璃日益增长的需求具有非常重要的意义。
　　本文通过对基于裂纹扩展法的激光切割玻璃技术现状的总结和分析，开展了基于裂纹扩展法的钠钙玻璃YAG激光切割技术的仿真与试验研究。
　　首先，根据瞬态热传导、热弹性力学以及脆性断裂力学的基本理论分析了YAG激光切割过程中的激光与玻璃材料的作用机理、裂纹扩展机理及裂纹扩展条件。
　　其次，通过有限元软件ANSYS11.0，对钠钙玻璃板的对称直线切割（纯 I型裂纹问题）进行了有限元仿真分析，根据仿真得到的温度场、应力场对激光切割玻璃的机理进行了研究。搭建了试验系统并进行了钠钙玻璃的YAG激光直线切割试验，分析了激光功率、激光光斑大小和激光扫描速度对切割质量的影响，并总结出了YAG激光直线切割钠钙玻璃的最佳参数。
　　最后，进行了曲线轨迹、多层玻璃以及玻璃管的切割试验研究。提出了闭合曲线的切割方法以及闭合曲线内外两部分玻璃的分离方法，通过对双层及四层玻璃的切割试验证明了YAG激光可以实现同时切割多层玻璃，在保证切割质量的同时大大提高了切割效率。另外通过在玻璃管外表面预置初始微裂纹可改善玻璃管的切割质量。通过机械法切割、金刚石砂轮切割与YAG激光切割的对比试验可知YAG激光切割玻璃切口质量最好。本文最后分析了YAG激光切割玻璃时存在的两种轨迹偏移方式以及产生轨迹偏移的原因，并提出了相应的解决方案。

目录

基于裂纹控制法的钠钙玻璃YAG 激光切割技术研究

RESEARCH ON YAG LASER CUTTING OFSODA-LIME GLASS WITH CONTROLLEDFRACTURE

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 基于裂纹控制法的脆性材料激光切割技术国内外研究现状

1.3 本课题的主要研究内容

第2 章 YAG 激光切割玻璃的基础理论

2.1 引言

2.2 裂纹控制法切割玻璃的传热学理论

2.3 裂纹控制法切割玻璃的热弹性力学理论

2.4 裂纹控制法切割玻璃的脆性断裂力学理论

2.5 本章小结

第3 章 钠钙玻璃的YAG 激光直线切割技术研究

3.1 引言

3.2 钠钙玻璃的YAG 激光直线切割技术的有限元仿真

3.3 钠钙玻璃的YAG 激光直线切割技术的试验研究

3.4 本章小结

第4 章 钠钙玻璃的YAG 激光切割应用技术研究

4.1 引言

4.2 不同方法切割钠钙玻璃切口质量对比试验研究

4.3 钠钙玻璃的YAG 激光曲线切割技术研究

4.4 多层玻璃的YAG 激光切割技术研究

4.5 玻璃管的YAG 激光切割技术研究

4.6 YAG 激光切割钠钙玻璃过程中的轨迹偏移

4.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢