【摘要】：陶瓷材料憑借各項優(yōu)異的理化性能,逐漸被應用到航空航天、精密機械、微電子器件等各個領域,而目前特種加工技術很難同時滿足經濟高效的加工需求。為了降低生產成本,提高加工質量,將多種技術集成復合從而達到優(yōu)勢互補這一新思路,吸引了國內外研究學者的關注。激光加工具有速度快、精度高且加工過程無機械接觸等優(yōu)點;化學加工不產生熱應力,且質量好,將二者復合得到的新型加工技術能夠在完成高效加工的同時去除熱缺陷,具有非常廣闊的應用前景。然而,復合加工涉及的工藝參數(shù)眾多,目前對兩種技術的復合方式也尚在探索階段。為了更好的掌握加工工藝,發(fā)揮復合化的整體作用,仍需對加工技術的關聯(lián)性及協(xié)同作用機理進行深入的研究。首先,本文分析了難加工材料精密加工技術的研究現(xiàn)狀,在此基礎上研究了激光燒蝕、高溫化學加工碳化硅陶瓷的反應機理,探討了腐蝕加工碳化硅陶瓷工藝參數(shù)對加工質量的影響,對腐蝕加工后的材料進行了相關的性能表征。結果表明:隨著腐蝕液溫度和濃度升高,材料被腐蝕速率加快,當腐蝕液加熱至沸騰時,腐蝕效果明顯提高;溶質質量分數(shù)30%,加工溫度120℃的條件下,腐蝕樣品粗糙度最小,輪廓支承長度率提高,表面質量最好;腐蝕溫度過高或時間過長將造成晶粒脫落,導致表面質量大幅下降。此外,與機械加工試樣相比,高溫化學加工后的樣品未出現(xiàn)裂紋,表面經簡單清洗無反應物殘留。其次,研究了激光燒蝕、激光加工化學后處理和激光高溫化學復合加工等方法對碳化硅陶瓷的加工效果,對比了各加工方法對加工深度、表面質量的影響。結果表明:在激光加工過程中,靜置化學液下加工容易出現(xiàn)空泡,導致液面不穩(wěn)定,加工凹槽出現(xiàn)斷點,加工質量差;采用低壓射流的方法引入化學液,能夠在避免空泡效應的同時,達到高溫去除熱缺陷的效果,加工后的凹槽表面無氧化層、內壁無重鑄層,且加工時間短,加工過程簡單,無二次裝夾需求。再次,研究了激光工藝參數(shù)對碳化硅表面復合加工凹槽結構的影響。分析了激光功率、掃描速度和重復頻率對復合加工槽體輪廓及槽體切口、內壁、底部等位置粗糙度的影響。結果表明,一定范圍內增大功率,降低掃描速度都能有效增大單位時間激光能量,增加凹槽深度,減小截面錐度。激光能量過高,可能會破壞槽體結構,適當降低功率、提高掃描速度有利于提高凹槽輪廓平整度,降低槽體底部和內壁粗糙度。重復頻率與搭接率和單脈沖峰值功率有關,脈寬一定情況下,凹槽各位置粗糙度隨頻率增加呈先低后高趨勢。最后,研究了激光加工和化學加工在復合銑削碳化硅微平面時的交互作用。采用正交實驗法分析激光加工工藝參數(shù)與化學加工工藝參數(shù)在復合銑削中對加工深度和加工面粗糙度的影響程度。結果表明:激光功率對加工深度影響最大,激光頻率對加工面粗糙度影響最顯著。方差分析顯示,激光工藝參數(shù)對加工深度和加工面粗糙度均作用顯著,溶液濃度對加工面粗糙度作用明顯,化學加工過程對加工深度幾乎沒有影響。分析復合加工機理,激光高溫化學復合加工以激光加工作為材料去除的主要手段,化學液通過在高溫環(huán)境下蝕除加熱過程中的熔融和氧化材料,達到改善加工面質量的目的。
【圖文】：

青 島 理 工 大 學 工 程 碩 士 學 位 論 文激光與高溫化學腐蝕復合加工的工藝方法，以提高加工效率和加工質量。針對此要求，安排了兩種復合方式進行對比實驗：一種是浸泡式復合加工，將試樣置于溶液中，直接對溶液層下試樣表面進行加工。這種加工方式能夠保證溶液在試樣表面充分反應，且裝置內溶液整體溫度較高。加工裝置采用底面積遠大于試樣面積的裝置盛放試樣和溶液，目的是防止溶液在高溫環(huán)境下過度損耗，導致液面大幅下降。另一種是低壓射流式復合加工，通過低壓泵實現(xiàn)系統(tǒng)內溶液循環(huán)，用低壓射流腐蝕加工面。這種復合方式能夠避免溶液產生氣泡，同時流場能夠一定程度上帶走熔渣。兩種方案加工方式示意圖如圖所示。

青 島 理 工 大 學 工 程 碩 士 學 位 論 文時間相同。即，掃描速度為 5mm/s 時，加工次，加工次數(shù)為 10 次，以此類推�；瘜W復合銑削平面實驗因素法研究工藝參數(shù)對銑削效果的影響規(guī)律，度變量，，控制其余參數(shù)不變。再利用正交實驗法方便實驗觀測，加工圖案設計為 3mm×3mm 正光路徑對加工效果影響可忽略不計，光斑移動排除路徑行距對平面平整度的影響，經實驗為 0.01mm，路徑搭接率 50%。實驗加工路徑示
【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.758.12

【參考文獻】

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本文編號：2700997