电解液射流辅助激光微细加工技术研究

摘要

激光加工过程中，高功率、高能量的激光光束聚焦照射在材料表面，致使材料迅速熔化、汽化脱离材料表面，达到加工目的。激光加工具有加工效率高、无接触式加工、加工材料广泛等特点，但传统激光加工方式会不可避免地产生再铸层、微裂纹及热影响区高度集中等加工缺陷，降低了微结构的加工表面质量和使用寿命。本文提出电解液射流辅助激光微细加工技术，该技术将激光束与腐蚀性电解液射流束同轴作用于工件，在激光作用的同时腐蚀性电解液射流不断对加工区域进行冲刷、冷却和微腐蚀作用，可以降低再铸层厚度、减少微裂纹数量、消除热影响区高度集中现象。具体研究内容为：
　　本文首先分析了激光加工中再铸层产生原因，研究了电解液射流辅助激光微细加工中涉及的材料去除机理和激光耦合电解液射流束机理；研究了电解液中激光的吸收理论、散射理论，并进行了两种波长激光(532nm、1064nm)在不同浓度、温度、流速的动态弱酸性电解液(NaHSO4、HF)中能量衰减性规律的试验研究，为复合加工中电解液工艺参数的选取提供了参考依据；建立了电解液射流辅助激光打孔加工中流场和温度场的数学模型，并利用有限元差分法在fluent14.0、ANSYS软件上对数学模型进行迭代计算，得到了孔的演变过程及仿真加工工艺参数对孔形的影响规律，利用仿真加工参数进行实际复合加工打孔，对比孔的外观及尺寸，两者一致性好，验证了本文仿真的有效性；对比了不锈钢材(1Cr18Ni9Ti)和单晶硅材料(Si)在空气中激光加工、水射流辅助激光加工和电解液射流辅助激光加工孔的形貌及再铸层，验证电解液射流辅助激光加工可以减薄再铸层厚度、降低微裂纹数量及减少热影响区高度集中现象，最后在不锈钢材料(1Cr18Ni9Ti)上进行了打孔试验，研究了激光脉冲能量、激光重复频率、电解液浓度、电解液射流速度对材料去除量、再铸层厚度的影响规律，初步掌握了电解液射流辅助激光微细加工的基本加工工艺规律，为电解液射流辅助激光微细加工技术的进一步研究奠定基础。

目录

声明

第1章绪论

1.1 课题研究目的和意义

1.2 除去激光加工再铸层国内外研究现状

1.3 本课题研究方法及思路

1.4 本课题主要研究内容

第2章 电解液射流辅助激光加工机理的研究

2.1 激光加工机理

2.2 电解液射流辅助激光微细加工机理

2.3 本章小结

第3章 弱酸性电解液射流中激光能量衰减性试验研究

3.1 电解液中激光吸收和散射理论

3.2 试验装置及弱酸性电解液配置

3.3 试验结果及分析

3.4 本章小结

第4章 电解液射流辅助激光打孔加工的数值模拟(1Cr18Ni9Ti)

4.1 ANSYS 软件的高级应用

4.2 电解液射流辅助激光打孔加工的流场仿真

4.3 电解液射流辅助激光打孔加工的温度场仿真

4.4 本章小结

第5章 电解液射流辅助激光打孔加工试验及结果分析

5.1 试验平台及试验方法

5.2 空气中激光加工与电解液射流辅助激光加工加工对比试验

5.3 电解液射流辅助激光加工打孔试验研究

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢