超聲加工和激光加工是近來較為常見的特種加工工藝。由于其具有較好的加工優(yōu)勢,故被廣泛應用于航空航天,電子電路器件以及精密機械等行業(yè)。超聲輔助激光加工是把兩者的優(yōu)勢復合的工藝方法。其加工原理:在激光加工的同時超聲振動信號激勵加工物體作高頻的微米級振動,即激光加工為主要加工,超聲振動系統(tǒng)輔助加工,物體的高頻振動能夠加快激光燒蝕區(qū)域的空氣流動,同時對加工的殘渣起到振動拋出的效果,一方面提高了激光的利用率,另一方面降低了熔渣殘留在加工表面形成重鑄層。現(xiàn)在對超聲輔助激光加工的研究還比較少,一些學者對其復合加工機理做了研究,目前對超聲輔助激光加工裝置的設計和制造還沒有一套完整的方案。本文基于此,對超聲輔助激光加工裝置的設計制造作了以下幾點研究:(1)總結超聲輔助激光加工的國內(nèi)外現(xiàn)狀,提出對超聲振動輔助系統(tǒng)設計的要求。要求設計的超聲振動系統(tǒng)能夠有助于激光加工,能激勵試樣做到加工的同時自身沿著縱向做微米級的高頻振動,對于不同的加工條件,振動系統(tǒng)能夠方便的做出參數(shù)調(diào)節(jié)和改變。(2)對超聲振動系統(tǒng)進行有限元分析,分別研究了振板的厚度,換能器的個數(shù),頻率和布置方式對振板振動特性的影響。最后得出超聲振動系統(tǒng)中各部分參數(shù)最優(yōu)的選擇。主要有,振板的尺寸為250mm×150mm×1.5mm,換能器采用3個頻率28KHz的沿著振板中線均勻布置方式,用有限元分析超聲振動系統(tǒng)可達到振幅3.89μm的高頻振動。(3)設計制造了超聲振動系統(tǒng),具體選擇了無極調(diào)頻的超聲發(fā)生器以及振動系統(tǒng)中包括箱體的加工,夾具的設計加工,整體裝置的調(diào)試等。(4)對研制的超聲振動系統(tǒng)測試,設計并搭建了用壓電式加速度傳感器測量振幅的裝置,得出系統(tǒng)平均能達到振幅3.59μm的高頻振動。把研制的超聲振動系統(tǒng)與激光設備復合對氮化硅陶瓷切槽,得出試驗結果,有超聲輔助的槽更深,槽底的微觀形貌要優(yōu)于無超聲輔助的情況。本文研究一種新型的復合加工技術,把超聲振動引入激光加工,彌補了激光加工的不足,對難加工材料的切槽、打孔等工藝具有很高的應用價值,滿足對材料加工質(zhì)量更高的要求,并提供了專用的復合裝置,實現(xiàn)更好的加工效果。
【學位單位】：安徽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TN249
【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
第一章 緒論
    1.1 激光加工技術簡介
    1.2 超聲輔助激光加工技術現(xiàn)狀
        1.2.1 超聲加工技術
        1.2.2 激光復合加工技術
        1.2.3 超聲輔助激光復合加工技術發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 超聲振動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
    1.4 本論文課題來源與主要研究內(nèi)容
        1.4.1 課題來源
        1.4.2 本論文主要研究內(nèi)容
    1.5 本章小結
第二章 超聲振動系統(tǒng)的理論和分析方法
    2.1 薄板的振動理論
    2.2 薄板振動的計算方法
    2.3 基于ansys軟件的振動分析方法
        2.3.1 ansys用于換能器分析的類型
        2.3.2 ansys軟件分析步驟
    2.4 本章小結
第三章 超聲振動系統(tǒng)主要參數(shù)設計與有限元分析
    3.1 超聲振動系統(tǒng)建模
    3.2 振板的設計分析
    3.3 換能器的布置方式與參數(shù)設計研究
        3.3.1 單換能器激勵的分析
        3.3.2 雙換能器激勵的分析
        3.3.3 三個換能器激勵的分析
        3.3.4 換能器的布置對于超聲振動系統(tǒng)的分析
        3.3.5 仿真結果以及各參數(shù)的選擇
    3.4 本章小結
第四章 超聲輔助激光加工裝置結構設計
    4.1 總體設計
    4.2 激光加工系統(tǒng)的選擇
    4.3 超聲振動系統(tǒng)的設計
        4.3.1 超聲振動系統(tǒng)設計
        4.3.2 夾具設計
        4.3.3 支撐箱體設計
    4.4 水流進給裝置設計
    4.5 本章小結
第五章 超聲振動系統(tǒng)試驗裝置的測試研究
    5.1 振動量測量方法與裝置研究
    5.2 振動測試試驗
        5.2.1 離線式測試
        5.2.2 在線式測試
    5.3 超聲輔助激光加工系統(tǒng)的應用實驗
        5.3.1 材料的選擇
        5.3.2 試驗結果
    5.4 本章小結
結論
參考文獻
致謝
作者簡介及讀研期間主要科研成果

【參考文獻】

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1 李春紅;李風;張永俊;梁校永;;超聲加工技術的發(fā)展及其應用[J];電加工與模具;2008年05期

2 劉輝;位移共振和加速度共振[J];廣西教育學院學報;2004年02期

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1 劉新;超聲波輔助珩齒加工工件對系統(tǒng)諧振頻率影響的研究[D];太原理工大學;2011年

本文編號：2856796