發(fā)布時間：2017-05-19 11:09

  本文關(guān)鍵詞：鎳基高溫合金脈沖激光打孔數(shù)值模擬及實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：激光打孔屬于非接觸式加工方法,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了汽車工業(yè)、船舶制造、航空航天、儀器儀表以及醫(yī)療技術(shù)等諸多行業(yè)之中。相比于其它微孔加工方法,具有成本低、效率高、能夠加工高密度群孔等優(yōu)勢,已成為應(yīng)用前景最廣的微孔加工方法。本文主要從理論研究、數(shù)值模擬和實驗分析三個方面對鎳基高溫合金GH4037的激光打孔進(jìn)行深入研究。首先,從激光與材料之間相互作用的機(jī)理出發(fā),深入研究了毫秒脈沖激光打孔的物理過程,詳細(xì)分析了光致等離子體等因素對能量吸收率的影響,介紹了激光打孔的幾種方式及各自的特點。其次,建立了激光打孔的物理模型、數(shù)學(xué)模型和有限元模型,利用APDL語言編寫了模擬激光打孔的程序,得到了不同脈沖個數(shù)作用下的溫度場分布云圖和孔輪廓圖,并求解出了不同脈沖個數(shù)作用下的上孔徑、下孔徑、孔深和錐度。采用控制變量法進(jìn)行不同脈沖個數(shù)的激光打孔實驗,得到了不同脈沖個數(shù)作用下的孔截面、上孔徑、下孔徑、孔深和錐度。并且將實驗結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析,不僅驗證了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性,還研究了脈沖個數(shù)對激光打孔的影響,為后續(xù)實驗方法的制定以及實驗參數(shù)的選擇提供了指導(dǎo)。再次,基于脈沖個數(shù)對激光打孔影響的數(shù)值模擬及實驗論證,為了提高打孔效率,保證打孔質(zhì)量,針對激光打通孔的特點,利用穿透檢測功能專門為激光打通孔設(shè)計了改進(jìn)型控制變量法,彌補了傳統(tǒng)控制變量法在激光打通孔實驗上的缺陷。最后,基于DMG LASERTEC 80 PowerDrill毫秒脈沖激光打孔系統(tǒng),采用改進(jìn)型控制變量法系統(tǒng)地研究了離焦量、輔助氣體、擴(kuò)束比、脈沖能量、脈沖寬度、重復(fù)頻率對激光打孔的影響。研究結(jié)果表明:離焦量和擴(kuò)束比對激光打孔的影響最為顯著,當(dāng)離焦量為0mm,擴(kuò)束比為4時,能夠獲得較好的打孔質(zhì)量。脈沖能量、脈沖寬度和重復(fù)頻率對激光打孔的影響較為明顯,當(dāng)脈沖能量為1J,脈沖寬度為0.8ms~1ms,重復(fù)頻率為60Hz時,能夠獲得較好的打孔質(zhì)量。當(dāng)輔助氣體選用氬氣時能夠顯著減少孔內(nèi)壁的微裂紋以及降低孔內(nèi)壁的粗糙度,但是打孔效率較低,適合在厚度較小的材料上加工對質(zhì)量要求較高的微孔。當(dāng)輔助氣體選用氧氣時,孔內(nèi)壁存在微裂紋并且孔內(nèi)壁的粗糙度比較大,但是打孔效率較高,適合在厚度較大的材料上加工對質(zhì)量要求較低的微孔。
【關(guān)鍵詞】：脈沖激光 激光打孔 高溫合金 數(shù)值模擬 溫度場 穿透檢測 打孔效率
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG132.3;TG665
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 引言10
• 1.2 激光打孔的優(yōu)勢10-12
• 1.3 研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢12-13
• 1.3.1 激光打孔技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 激光打孔技術(shù)的發(fā)展趨勢13
• 1.4 本課題來源、意義和主要研究內(nèi)容13-15
• 1.4.1 本課題的來源及研究意義13-14
• 1.4.2 本課題的主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 激光打孔理論概述15-25
• 2.1 激光束的特性15-16
• 2.2 激光與材料相互作用的一般規(guī)律16-20
• 2.2.1 概述16-17
• 2.2.2 普通材料與激光的作用規(guī)律17-18
• 2.2.3 金屬材料與激光的作用規(guī)律18-20
• 2.3 光致等離子體的產(chǎn)生及影響20-21
• 2.3.1 光致等離子體的產(chǎn)生20
• 2.3.2 光致等離子體的影響20-21
• 2.4 激光打孔的物理過程21-23
• 2.5 激光打孔的分類23-24
• 2.6 本章小結(jié)24-25
• 第3章 激光打孔數(shù)值模擬分析25-39
• 3.1 ANSYS有限元數(shù)值模擬概述25-26
• 3.1.1 熱分析概述25
• 3.1.2 APDL語言簡介25-26
• 3.2 熱分析理論基礎(chǔ)26-29
• 3.2.1 三種基本的熱量傳遞方式26-27
• 3.2.2 熱傳導(dǎo)方程的一般形式27-28
• 3.2.3 熱傳導(dǎo)的邊界條件和初始條件28-29
• 3.3 激光打孔數(shù)值模擬過程29-34
• 3.3.1 激光打孔數(shù)值模擬的基本流程29-30
• 3.3.2 激光打孔的物理模型30
• 3.3.3 高溫合金GH4037的熱物理性能參數(shù)30-31
• 3.3.4 激光打孔的有限元模型31-32
• 3.3.5 熱源模型和載荷施加32-33
• 3.3.6 激光打孔的數(shù)學(xué)模型33-34
• 3.4 激光打孔數(shù)值模擬結(jié)果及實驗論證34-37
• 3.4.1 溫度場模擬結(jié)果及分析34-35
• 3.4.2 孔廓模擬結(jié)果及實驗論證35-36
• 3.4.3 孔徑、孔深和錐度模擬結(jié)果及實驗論證36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-39
• 第4章 激光打孔實驗與分析39-67
• 4.1 實驗設(shè)備39-40
• 4.2 微孔測量設(shè)備40-43
• 4.2.1 OLYMPUS BX51M光學(xué)顯微鏡40-41
• 4.2.2 KEYENCE VK-X250激光掃描顯微鏡41-43
• 4.3 實驗材料43
• 4.4 材料的處理43-45
• 4.4.1 激光打孔實驗前對材料的處理43-44
• 4.4.2 觀察孔口形貌前對材料的處理44
• 4.4.3 觀察孔截面和孔內(nèi)壁前對材料的處理44-45
• 4.5 改進(jìn)型控制變量法45-47
• 4.6 基于改進(jìn)型控制變量法的實驗結(jié)果與討論47-65
• 4.6.1 離焦量對激光打孔的影響47-50
• 4.6.2 輔助氣體種類對激光打孔的影響50-54
• 4.6.3 擴(kuò)束比對激光打孔的影響54-57
• 4.6.4 脈沖能量對激光打孔的影響57-60
• 4.6.5 脈沖寬度對激光打孔的影響60-62
• 4.6.6 重復(fù)頻率對激光打孔的影響62-65
• 4.7 本章小結(jié)65-67
• 第5章 總結(jié)與展望67-70
• 5.1 總結(jié)67-68
• 5.2 展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文與專利75

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本文編號：378514