【摘要】：激光加工過程中,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、汽化脫離材料表面,達到加工目的。激光加工具有加工效率高、無接觸式加工、加工材料廣泛等特點,但傳統(tǒng)激光加工方式會不可避免地產(chǎn)生再鑄層、微裂紋及熱影響區(qū)高度集中等加工缺陷,降低了微結(jié)構(gòu)的加工表面質(zhì)量和使用壽命。本文提出電解液射流輔助激光微細加工技術(shù),該技術(shù)將激光束與腐蝕性電解液射流束同軸作用于工件,在激光作用的同時腐蝕性電解液射流不斷對加工區(qū)域進行沖刷、冷卻和微腐蝕作用,可以降低再鑄層厚度、減少微裂紋數(shù)量、消除熱影響區(qū)高度集中現(xiàn)象。具體研究內(nèi)容為:本文首先分析了激光加工中再鑄層產(chǎn)生原因,研究了電解液射流輔助激光微細加工中涉及的材料去除機理和激光耦合電解液射流束機理;研究了電解液中激光的吸收理論、散射理論,并進行了兩種波長激光(532nm、1064nm)在不同濃度、溫度、流速的動態(tài)弱酸性電解液(NaHSO4、HF)中能量衰減性規(guī)律的試驗研究,為復合加工中電解液工藝參數(shù)的選取提供了參考依據(jù);建立了電解液射流輔助激光打孔加工中流場和溫度場的數(shù)學模型,并利用有限元差分法在fluent 14.0、ANSYS軟件上對數(shù)學模型進行迭代計算,得到了孔的演變過程及仿真加工工藝參數(shù)對孔形的影響規(guī)律,利用仿真加工參數(shù)進行實際復合加工打孔,對比孔的外觀及尺寸,兩者一致性好,驗證了本文仿真的有效性;對比了不銹鋼材(1Cr18Ni9Ti)和單晶硅材料(Si)在空氣中激光加工、水射流輔助激光加工和電解液射流輔助激光加工孔的形貌及再鑄層,驗證電解液射流輔助激光加工可以減薄再鑄層厚度、降低微裂紋數(shù)量及減少熱影響區(qū)高度集中現(xiàn)象,最后在不銹鋼材料(1Cr18Ni9Ti)上進行了打孔試驗,研究了激光脈沖能量、激光重復頻率、電解液濃度、電解液射流速度對材料去除量、再鑄層厚度的影響規(guī)律,初步掌握了電解液射流輔助激光微細加工的基本加工工藝規(guī)律,為電解液射流輔助激光微細加工技術(shù)的進一步研究奠定基礎。
[Abstract]:In the process of laser processing, high power and high energy laser beams focus on the surface of the material, which causes the material to melt rapidly and vaporize away from the surface of the material to achieve the purpose of processing. Laser machining is characterized by high processing efficiency, contactless machining, extensive processing materials, etc. However, the traditional laser machining method will inevitably produce defects such as recast layer, micro-cracks and high concentration of heat affected zone, etc. The machined surface quality and service life of microstructures are reduced. In this paper, the electrolytic jet assisted laser micro-machining technology is proposed. The technology coaxial the laser beam with the corrosive electrolyte jet beam on the workpiece, and the corrosive electrolyte jet continuously scour the processing area while the laser is acting on the workpiece. Cooling and micro-corrosion can reduce the thickness of the recast layer, reduce the number of microcracks and eliminate the phenomenon of high concentration of heat affected zone. The main contents of this paper are as follows: firstly, the causes of the recast layer in laser machining are analyzed, the material removal mechanism and the laser coupling electrolyte jet beam mechanism in the laser micro-machining assisted by electrolyte jet are studied. The absorption theory and scattering theory of laser in electrolyte have been studied, and the energy attenuation law of two kinds of wavelength laser (532nmNm ~ (1064nm) in dynamic weak acid electrolyte (NaHSO _ 4 / HF) with different concentration, temperature and flow rate has been studied. The mathematical model of flow field and temperature field in the process of electrolyte jet assisted laser drilling is established. The mathematical model is calculated iteratively by using finite element difference method in fluent 14.0ANSYS software. The evolution process of the hole and the influence of the simulation processing parameters on the hole shape are obtained. The simulation machining parameters are used to carry out the actual compound drilling. The appearance and size of the contrast hole are consistent, which verifies the validity of the simulation in this paper, and compares the laser processing of stainless steel (1Cr18Ni9Ti) and monocrystalline silicon material (Si) in air. Water jet assisted laser machining and electrolyte jet assisted laser machining can reduce the thickness of the recast layer, reduce the number of microcracks and reduce the high concentration of heat affected zone, and verify that the electrolyte jet assisted laser machining can reduce the thickness of the recast layer and the high concentration of the heat affected zone. Finally, the drilling experiments were carried out on stainless steel (1Cr18Ni9Ti), and the effects of laser pulse energy, laser repetition rate, electrolyte concentration and electrolyte jet velocity on the material removal and the thickness of the recast layer were studied. The basic processing rules of electrolyte jet assisted laser micromachining are preliminarily grasped, which lays a foundation for the further study of electrolyte jet assisted laser micro machining technology.
【學位授予單位】：沈陽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG665

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本文編號：2183114