激光加工因其具有高精、高效加工的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、航空等領(lǐng)域;化學(xué)加工不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力,并且加工質(zhì)量好,因此將兩種方法結(jié)合充分發(fā)揮激光的熱作用與化學(xué)液的冷卻腐蝕作用,使得該化學(xué)液輔助激光加工的方法具有非常廣泛的應(yīng)用前景。然而,由于化學(xué)液輔助激光加工涉及到的工藝參數(shù)眾多,對(duì)該復(fù)合加工的方法的研究尚在探索階段。因此為進(jìn)一步探究化學(xué)液輔助激光加工的復(fù)合作用,需要對(duì)加工技術(shù)的機(jī)理進(jìn)行深入研究。首先本文分析了激光加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上研究分析了靜態(tài)溶液輔助激光加工過(guò)程相互作用的機(jī)理,探討了影響溶液輔助激光加工的主要因素。運(yùn)用ABAQUS對(duì)液體環(huán)境中激光單線掃描不銹鋼表面溫度場(chǎng)分布進(jìn)行模擬,分析不同時(shí)刻溫度場(chǎng)的分布情況。其次,將仿真結(jié)果作為參考,進(jìn)行了H_2SO_4溶液輔助激光凹槽刻蝕的實(shí)驗(yàn)。為研究化學(xué)液濃度和激光器參數(shù)對(duì)不銹鋼表面刻蝕凹槽的影響規(guī)律,采用線掃描填充的方法進(jìn)行加工。實(shí)驗(yàn)方案采用了目前研究較少的靜態(tài)化學(xué)液輔助激光加工的方法,采用單因素實(shí)驗(yàn)法對(duì)影響加工質(zhì)量的各因素進(jìn)行研究,并對(duì)加工后的表征參數(shù)(深度、寬度和表面粗糙度)進(jìn)行分析。結(jié)果表明:激光單線燒蝕過(guò)程中,H_2SO_4溶液濃度越大,加工區(qū)域?qū)挾仍叫?邊緣直線度越好,但H_2SO_4溶液濃度高于10%后變化不大,溶液濃度對(duì)材料去除的深度影響不大。而且,溶液濃度增加會(huì)提高線型加工邊緣直線度;在填充掃描加工凹槽過(guò)程中發(fā)現(xiàn),在一定參數(shù)范圍內(nèi),通過(guò)增大功率或者降低掃描速度都能增加固定點(diǎn)受到輻射的激光能量,增加凹槽深度,但同時(shí)會(huì)影響凹槽底部的粗糙度,使底部形貌變差;同時(shí),影響線重疊率的掃描間隔、掃描次數(shù)以及累進(jìn)角度改變時(shí)都會(huì)影響刻蝕深度,并且深度越深凹槽底部粗糙度越差。因此對(duì)不銹鋼表面凹槽刻蝕加工可采用快速、多次加工的方法實(shí)現(xiàn)。最后,將液體介質(zhì)換成濃度為10%的H_2SO_4溶液,進(jìn)行了H_2SO_4溶液輔助激光拋光不銹鋼表面的正交實(shí)驗(yàn)研究�；谠贖_2SO_4溶液中的刻蝕效應(yīng)的研究規(guī)律,采用正交試驗(yàn)法分析激光加工工藝參數(shù)對(duì)拋光表面粗糙度的影響。結(jié)果表明:H_2SO_4溶液輔助激光拋光的不銹鋼表面粗糙度可降低70%,掃描速度對(duì)拋光表面粗糙度影響最顯著。此時(shí)最佳工藝參數(shù)為:掃描速度為11mm/s、掃描次數(shù)為6次、激光功率為14W、掃描間隔為0.04mm,拋光后可使表面粗糙度降到0.51μm,加工效果更好。本文的研究結(jié)果對(duì)化學(xué)液輔助激光刻蝕、拋光Custom455不銹鋼質(zhì)量具有一定的的參考價(jià)值,對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)加工工藝參數(shù),提高加工效果具有重要意義。
【學(xué)位單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TG665
【部分圖文】：

青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文體對(duì)激光能量的吸收程度的因素有激光波長(zhǎng)、液體環(huán)境、液面到基材表面高度、體流速等，這些因素均是在液體環(huán)境中加工必須考慮的因素。（1）水下激光加工研究現(xiàn)狀水下激光加工的方法是將材料浸沒(méi)在水中，材料上表面有一定深度的水層，光束透過(guò)水層對(duì)被加工材料進(jìn)行加工。幾種常見(jiàn)的水下激光加工的實(shí)驗(yàn)裝置的意圖如圖 1-1 所示[12-15]。

青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文作用和流動(dòng)性可以減少孔口熔渣的堆積。（3）化學(xué)液輔助激光技術(shù)（Chemical assisted laser machining）[32]最開(kāi)始由英國(guó)曼切斯特理工大學(xué)激光加工中心的 L.Li 等人提出的。他們分別用 523n的二極管泵浦 Nd:YVO4 激光器和 1064nm 的 Nd:YAG 激光器對(duì) 316L 不銹鋼料進(jìn)行了化學(xué)液輔助激光加工的研究，其加工原理是將試件材料浸入中性鹽溶液NaCl 溶液中，激光束通過(guò)透鏡聚焦到試件表面，利用激光的熱-力學(xué)作用去除材料表面，去除的同時(shí)利用激光與中性鹽溶液的熱化學(xué)作用去除重鑄層，圖 1-2 為化學(xué)液輔助激光切割與傳統(tǒng)激光切割的效果對(duì)比。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在空氣中激光加工會(huì)形成厚的熱影響區(qū)和重鑄層，而化學(xué)液輔助激光切割的熱影響區(qū)和重鑄層都很小，相較而言，大大提高了加工質(zhì)量。

（a）空氣中打孔 （b）中性鹽溶液中打孔圖 1-3 空氣中打孔與中性鹽溶液中打孔比較1.3 本文研究?jī)?nèi)容及意義1.3.1 研究意義基于上述研究發(fā)現(xiàn)，諸多國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)液體環(huán)境中的激光加工主要是通過(guò)以下幾種方式提高加工質(zhì)量：通過(guò)改變激光器的參數(shù)如脈寬、頻率、能量頻率等提高加工質(zhì)量；通過(guò)使用建立數(shù)學(xué)模型和物理模型等為實(shí)驗(yàn)研究提供有力的指導(dǎo)；通過(guò)改變水輔助激光加工的方式如水射流等方式提高加工質(zhì)量。這些研究都是極具參考價(jià)值的。但是也出現(xiàn)了一些問(wèn)題：比如增加了操作的復(fù)雜性，增加設(shè)備成本等。目前對(duì)于靜態(tài)溶液輔助激光加工主要針對(duì)陶瓷等脆硬性材料，而對(duì)不銹鋼等材料研究較少。因此，本文將通過(guò)分析溶液輔助激光加工不銹鋼材料機(jī)理
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2851612