本文關(guān)鍵詞：不銹鋼薄片微小孔光纖激光回轉(zhuǎn)打孔方法數(shù)值模擬與實驗研究

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【摘要】：在厚度小于0.2mm的不銹鋼薄片上,加工直徑小于0.5mm的微小孔,無論采用傳統(tǒng)的機械加工、化學蝕刻、還是電鑄成型等方法均難以保證加工質(zhì)量,且加工效率低、生產(chǎn)成本高;激光打孔具有效率高、成本低、而且非接觸、加工精度高、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點,已經(jīng)在SMT模板微小孔加工中得到廣泛應用。但隨著市場對激光打孔質(zhì)量要求的不斷提升,通用的激光復制法打孔方式已難以滿足孔的質(zhì)量要求,而激光回轉(zhuǎn)法打孔,具有打孔孔邊緣熱影響小、孔型精度高、錐度小和重鑄層小等優(yōu)點,因此正被應用于SMT模板打孔領(lǐng)域。本文首先介紹了激光打孔的方式,分析了激光回轉(zhuǎn)打孔中激光與材料的熱物理過程,討論了影響激光回轉(zhuǎn)打孔質(zhì)量的主要工藝參數(shù)。以SUS304材料為研究對象,利用ANSYS APDL編程技術(shù)對激光回轉(zhuǎn)打孔過程進行了溫度場數(shù)值模擬,通過單因素控制變量法依次分析了激光切割速度、激光功率、占空比對激光回轉(zhuǎn)打孔溫度場的影響,為激光回轉(zhuǎn)打孔工藝參數(shù)的選取奠定了基礎(chǔ)。模擬分析表明:熔池溫度、出入孔徑隨著切割速度的增大而減小,隨著激光功率和占空比的增大而增大。切割速度對減小激光回轉(zhuǎn)打孔過程中的熱積累起著決定性作用。并發(fā)現(xiàn)激光回轉(zhuǎn)打孔孔型具有一定錐度。其次,在模擬分析的基礎(chǔ)上,選取規(guī)格為30mm×30mm×0.12mm的SUS304材料,利用光纖激光器進行激光回轉(zhuǎn)打孔實驗研究。通過單因素控制變量法分析了激光功率比、占空比、切割速度、重復頻率、輔助氣壓對打孔質(zhì)量的影響,實驗結(jié)果表明:微小孔入孔徑隨切割速度、重復頻率、輔助氣壓的增大而減小,隨著占空比的增大而增大,隨功率比的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢;微小孔的出孔徑隨切割速度、重復頻率、輔助氣壓的增大而減小,隨占空比、功率比的增大而增大。同時發(fā)現(xiàn)隨著切割速度的增大,微小孔邊緣重鑄層(熱影響區(qū))會減小,但孔邊緣會出現(xiàn)波紋狀,變粗糙,孔圓滑度會變差;隨著重復頻率的增大,光斑重疊率增大,孔邊緣越來越光滑,孔圓滑度會變好。并將模擬結(jié)果和實驗結(jié)果進行了對比分析,驗證了模擬分析的可行性;數(shù)值模擬中熔池深度方向呈現(xiàn)一定錐度與實驗中孔具有一定錐度現(xiàn)象相吻合。最后,在單因素控制變量法實驗的基礎(chǔ)上,對激光打孔各工藝參數(shù)進行了正交實驗。實驗結(jié)果表明:影響打孔錐度的因子顯著性順序為:切割速度占空比功率比重復頻率輔助氣壓;并得到了最優(yōu)工藝參數(shù)組合為:切割速度12mm/s,占空比8%,重復頻率1.5KHz,功率比85%,輔助氣壓0.8MPa;在此優(yōu)化參數(shù)下得到的最小打孔錐度為0.05°,且微孔邊緣熱影響區(qū)較小,孔圓滑度較好,可以保證較高的打孔質(zhì)量。
【學位授予單位】：南華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN249

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本文編號：1201235