【摘要】：超聲加工、激光加工與水射流加工作為三種重要的特種加工方法,各自具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),被廣泛的應(yīng)用于航空航天、機(jī)械電子等領(lǐng)域。隨著材料科學(xué)的快速發(fā)展,單一的特種加工方法已經(jīng)很難滿足加工生產(chǎn)的需要,復(fù)合加工方法將逐漸成為加工制造的主要技術(shù)。超聲振動(dòng)與射流輔助激光加工作為一種新型的復(fù)合加工方法,結(jié)合了上述三種加工方法的優(yōu)點(diǎn)。其加工原理為:在激光加工時(shí),輔助以垂直方向的超聲振動(dòng)與一定角度的射流沖擊,克服了傳統(tǒng)激光加工中熱影響區(qū)大、加工表面重鑄層多等缺陷,提高了激光利用率與加工表面質(zhì)量。但超聲振動(dòng)與水射流輔助激光加工系統(tǒng)目前尚不成熟,振動(dòng)測(cè)量方法的選擇、超聲頻率的選取與射流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等仍存在相應(yīng)的問(wèn)題。本文基于以上原因,優(yōu)化設(shè)計(jì)了一套超聲振動(dòng)與射流輔助激光加工系統(tǒng),并通過(guò)試驗(yàn)分析了系統(tǒng)的可靠性,主要工作如下:(1)結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),總結(jié)了超聲振動(dòng)輔助激光與水射流輔助激光研究現(xiàn)狀,指出了超聲振動(dòng)系統(tǒng)、射流系統(tǒng)與位移檢測(cè)系統(tǒng)中存在的不足之處,設(shè)計(jì)了一套超聲振動(dòng)與水射流輔助激光加工系統(tǒng)。(2)設(shè)計(jì)了柔性鉸鏈超聲振板,為減小振板振幅衰減,采用小彈性立柱替換原有大彈性PVC塑料。為消除系統(tǒng)誤差,在原有基礎(chǔ)上增加了振動(dòng)箱體與激光加工平臺(tái)之間的螺栓連接。運(yùn)用ANSYS Workbench建立超聲振動(dòng)系統(tǒng)物理模型,通過(guò)模態(tài)分析確定了換能器激振頻率,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行超聲振板諧響應(yīng)分析。分析結(jié)果表明:單換能器作用下,柔性振板振幅增加三倍,幅值達(dá)到2.6微米;雙換能器作用下柔性振板振幅同樣有所增加,幅值達(dá)到4.8微米。(3)改變了傳統(tǒng)接觸式加速度傳感器測(cè)量位移的方案,基于測(cè)什么運(yùn)動(dòng)量用什么傳感器的原則,選用高精度激光位移傳感器進(jìn)行振板振幅的測(cè)量,避免了實(shí)際測(cè)量過(guò)程中帶來(lái)的噪聲和相移等誤差。(4)設(shè)計(jì)了水射流系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了一頭多壓的射流方案。分析影響電機(jī)轉(zhuǎn)速的參量,設(shè)計(jì)出四套水射流系統(tǒng)方案,進(jìn)行分析對(duì)比,確定方案二作為最終實(shí)驗(yàn)方案。運(yùn)用Fluent軟件,進(jìn)行噴嘴空化模型仿真,確定出最優(yōu)噴嘴錐角。以無(wú)空化現(xiàn)象為前提,進(jìn)行噴嘴沖擊平板外流場(chǎng)仿真,對(duì)比分析射流角度對(duì)材料表面沖擊壓力的影響。進(jìn)行射流沖擊槽體仿真研究,搞清了槽內(nèi)流場(chǎng)分布狀態(tài)。(5)運(yùn)用設(shè)計(jì)的系統(tǒng)輔助激光切割硬質(zhì)合金與氮化硅陶瓷,試驗(yàn)分析系統(tǒng)的適用性。
【圖文】：

圖 1. 4 UWLM 方法原理圖.....................................................................................................7圖 1. 5 超聲水下激光加工原理圖..........................................................................................7圖 2. 1 試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖..................................................................................................9圖 2. 2 超聲波發(fā)生器............................................................................................................11圖 2. 3 振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)圖........................................................................................................11圖 2. 4 激光三角法測(cè)量原理圖............................................................................................12圖 2. 5 激光位移傳感器實(shí)驗(yàn)初試過(guò)程圖............................................................................13

試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖
【學(xué)位授予單位】：安徽建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG666

【參考文獻(xiàn)】

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3 袁根福;陸平衛(wèi);;Al_2O_3陶瓷低壓水射流激光復(fù)合打孔質(zhì)量的研究[J];應(yīng)用激光;2015年04期

4 姚燕生;王園園;李修宇;陳雪輝;袁根福;;水環(huán)境下激光超聲復(fù)合加工實(shí)驗(yàn)研究[J];應(yīng)用激光;2015年02期

5 詹才娟;李昌烽;潘永琛;劉濤;鄭晨暉;;微水射流導(dǎo)引激光精密打孔過(guò)程的流動(dòng)分析[J];力學(xué)季刊;2011年02期

6 王帥軍;林書玉;;徑向極化壓電陶瓷管的徑向振動(dòng)研究[J];聲學(xué)技術(shù);2011年02期

7 趙圣占;畢文輝;;振動(dòng)測(cè)試中傳感器的選擇和使用[J];儀器儀表用戶;2011年01期

8 楊新峰;苑秉成;陳立綱;;壓電換能器機(jī)電特性的有限元分析及實(shí)驗(yàn)研究[J];壓電與聲光;2010年03期

9 莫喜平;;ANSYS軟件在模擬分析聲學(xué)換能器中的應(yīng)用[J];聲學(xué)技術(shù);2007年06期

10 王光燦,林宇,王麗坤,李光,欒桂冬,張福學(xué);Cym bal換能器的有限元模擬[J];壓電與聲光;2003年02期

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2 林翔;扇形噴嘴的高壓射流特性研究[D];西南交通大學(xué);2014年

3 平艷;沖擊射流數(shù)值模擬中湍流模型的分析與對(duì)比[D];天津大學(xué);2012年

4 孫勝廷;水導(dǎo)引激光加工裝置及加工特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

5 陳亮;高壓水射流扇形噴嘴內(nèi)外流場(chǎng)仿真分析[D];蘭州理工大學(xué);2010年

6 王曉龍;高壓水射流標(biāo)線清除技術(shù)的研究及噴嘴的仿真分析[D];長(zhǎng)安大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：2636418