本文關(guān)鍵詞：硬脆材料激光與超聲復(fù)合加工實驗研究

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【摘要】：硬脆材料本身具有強度高、硬度高、耐腐蝕和抗氧化等優(yōu)異性能。但同時硬脆材料的高硬度、高脆性、斷裂韌性低也導(dǎo)致其加工難度很大,很難獲得預(yù)期的精度和形狀。本項工作分別利用無水條件下和水環(huán)境下激光與超聲復(fù)合加工新方法,對氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、硬質(zhì)合金、W-Zr C復(fù)合材料等多種硬脆材料進行刻蝕加工實驗,重點研究氮化硅陶瓷。通過SEM、體視顯微鏡等多種檢測手段研究該復(fù)合方法對材料刻蝕深度和刻蝕表面質(zhì)量的影響,證明水下激光與超聲復(fù)合加工方法能夠提高加工質(zhì)量。本研究旨在為多種硬脆性材料的高效、高精度的加工提供一種新的加工手段。本文的主要研究工作如下:(1)研究設(shè)計出激光與超聲復(fù)合加工實驗系統(tǒng)。該實驗系統(tǒng)的構(gòu)建用于系統(tǒng)研究激光與超聲復(fù)合刻蝕加工工藝和加工機理,為保證加工質(zhì)量,研究設(shè)計的超聲振動平臺只在Z軸方向有振幅。(2)在無水條件下分別利用單熱源激光加工方法和激光與超聲復(fù)合加工方法對氮化硅陶瓷進行刻蝕,并對結(jié)果進行對比分析。研究激光和超聲工藝參數(shù)對激光與超聲復(fù)合刻蝕氮化硅陶瓷刻蝕量和刻蝕表面質(zhì)量的影響,利用SEM、二維顯像儀及EDS等工具分別進行刻槽表面微觀和宏觀分析以及表面熔渣元素成分分析。結(jié)果表明:有振動輔助的激光復(fù)合刻蝕深度基本上大于無振動時的情況,但兩種條件下加工得到的刻槽內(nèi)均充滿熔渣,刻蝕表面無明顯區(qū)別。(3)鑒于無水條件下的加工質(zhì)量不理想,因此嘗試在刻蝕加工中引入水流。利用水下超聲振動產(chǎn)生的空化效應(yīng)清洗刻槽表面,加工表面質(zhì)量得到改善。選取合理工藝參數(shù),研究激光和超聲參數(shù)等對刻蝕表面質(zhì)量和刻蝕深度的影響。研究表明:引入水流后激光刻蝕得到的槽內(nèi)基本無熔渣堆積;有振動輔助的激光與復(fù)合刻蝕表面比無振動時干凈,熔渣顆粒較小,表面質(zhì)量較好,激光刻蝕深度基本上大于無振動的情況。(4)對碳化硅、硬質(zhì)合金、W-Zr C等硬脆材料進行無水條件、有水條件下的激光與超聲復(fù)合加工實驗。在有水參與、無水參與、無振動、有振動等四種條件下,激光加工Si C陶瓷得到的孔的表面形貌并無明顯區(qū)別。對硬質(zhì)合金的加工時,有水條件下的激光刻蝕形成的孔內(nèi)基本無熔渣附著,孔成規(guī)則的圓形,加工質(zhì)量有一定改善,而無水條件時的孔形狀不規(guī)則,孔表面存在較厚的重鑄層;水下超聲振動輔助激光加工形成更加規(guī)則的孔形,表面更加光滑。在無水條件下,激光刻蝕加工W-Zr C復(fù)合材料時,刻槽內(nèi)部及邊緣熔渣堆積嚴重,刻蝕槽體基本被熔渣覆蓋,加工質(zhì)量較差。
【關(guān)鍵詞】：激光與超聲復(fù)合 復(fù)合加工 刻槽深度 加工表面
【學(xué)位授予單位】：安徽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG66
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 引言13-14
• 第一章 緒論14-30
• 1.1 激光加工技術(shù)14-16
• 1.2 激光復(fù)合加工技術(shù)16-20
• 1.3 硬脆材料加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀20-25
• 1.3.1 傳統(tǒng)加工方法21-22
• 1.3.2 特種加工方法22-25
• 1.4 激光與超聲復(fù)合加工技術(shù)25-28
• 1.4.1 超聲輔助加工技術(shù)25-26
• 1.4.2 超聲輔助激光加工技術(shù)26-28
• 1.5 本課題研究的內(nèi)容和意義28-30
• 第二章 激光與超聲復(fù)合加工基本原理30-36
• 2.1 激光去除材料機理30-32
• 2.2 激光與超聲復(fù)合加工工藝機理探究32-35
• 2.2.1 激光與超聲復(fù)合加工機理32-33
• 2.2.2 水下激光與超聲復(fù)合加工機理33-35
• 2.3 本章小結(jié)35-36
• 第三章 激光與超聲復(fù)合加工實驗設(shè)計36-43
• 3.1 實驗裝置36-39
• 3.1.1 實驗裝置的總體設(shè)計36
• 3.1.2 激光設(shè)備選擇36-37
• 3.1.3 超聲振動平臺的設(shè)計37-39
• 3.1.4 水流系統(tǒng)選擇39
• 3.2 實驗材料39-41
• 3.2.1 氮化硅陶瓷39-40
• 3.2.2 碳化硅陶瓷40
• 3.2.3 硬質(zhì)合金40
• 3.2.4 W-ZrC復(fù)合材料40-41
• 3.3 實驗方案41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章無水條件下激光與超聲復(fù)合加工氮化硅實驗43-50
• 4.1 超聲振動對氮化硅復(fù)合刻蝕表面質(zhì)量的影響43-44
• 4.2 激光與超聲復(fù)合刻蝕氮化硅表面成分分析44-45
• 4.3 激光工藝參數(shù)對氮化硅陶瓷復(fù)合刻蝕深度的影響45-49
• 4.3.1 激光能量45-46
• 4.3.2 激光頻率46-47
• 4.3.3 激光脈寬47-48
• 4.3.4 超聲振動功率48-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第五章 水下激光與超聲復(fù)合刻蝕加工氮化硅實驗50-57
• 5.1 水下超聲振動對氮化硅復(fù)合刻蝕表面質(zhì)量的影響50-52
• 5.2 激光與超聲復(fù)合刻蝕氮化硅表面成分分析52-53
• 5.3 激光工藝參數(shù)對氮化硅陶瓷復(fù)合刻蝕深度的影響53-56
• 5.3.1 激光電流53
• 5.3.2 激光頻率53-54
• 5.3.3 激光脈寬54-55
• 5.3.4 超聲振動功率55-56
• 5.4 本章小結(jié)56-57
• 第六章 其他硬脆材料的激光與超聲復(fù)合加工實驗57-61
• 6.1 碳化硅陶瓷加工57-58
• 6.2 硬質(zhì)合金加工58-60
• 6.3 W-ZrC復(fù)合材料加工60
• 6.4 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-63
• 參考文獻63-69
• 致謝69-70
• 作者簡介及讀研期間的主要科研成果70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 賀長林;張弓;王映品;陳賢帥;陳少克;;激光輔助加工與熱處理在汽車關(guān)鍵零件加工中的應(yīng)用綜述[J];熱加工工藝;2014年08期

2 李新宇;;超聲場下激光熔凝過程中熔池流場分析[J];應(yīng)用激光;2014年03期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳笑;高功率激光與水下物質(zhì)相互作用過程與機理研究[D];南京理工大學(xué);2004年

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本文編號：825892