激光与低压介质射流复合加工的试验研究
Experimental Investigation on Laser-Low Pressure Medium Jet Compound Machining
水射流加工和激光刻蚀是最近三十年至四十年来才逐渐成熟起来的加工工艺,由于其具有较好的加工优越性,故而广泛应用在微电子器件加工、精密机械加工等行业.激光与低压介质射流复合刻蚀加工是基于以上两项加工技术将激光刻蚀、射流辅助冲刷、化学腐蚀三者相结合的复合加工工艺,其加工原理是以激光加工作为主要加工手段,射流加工、化学腐蚀二者辅助去除激光加工产生的熔渣及残屑等,消除硬脆性材料表面因激光热应力作用产生的微裂纹,改善加工表面质量.激光与低压介质射流复合刻蚀加工艺主要采用了以下方法:把某种腐蚀介质溶液通过柱塞高压泵变成低压射流,与激光束几乎同步对激光烧蚀后的试样如砩、精细陶瓷、石英、高合金等难加工材料表面进行冲蚀加工.充分利用激光高密度能量直接烧蚀去除能力和一定压力腐蚀介质溶液的冲蚀去除能力,从而实现难加工材料的快速加工.同时利用一定压力的腐蚀介质溶液对激光加工面的熔渣等进行冲刷和腐蚀,降低加工面的粗糙度.并且由于加工过程中液体介质具有冷却作用,还可降低加工而的温度梯度.论文主要进行了以下工作:(1)自行研制了一套试验加工系统,该装置包括了激光加工部分和射流加工部分,可保证射流压力即时调节、射流介质循环再利用,射流束和激光束能很好聚焦于一点,加工时可保证射流束和激光束能基本同时到达被加工区域,实现同步加工(2)以不同介质射流(H2O、KOH溶液)分别对A1203陶瓷材料进行了激光与低压介质射流复合加工的试验研究.主要通过在不同工艺参数(激光能量、激光脉宽、激光重复频率、介质溶液浓度、射流压力)下,研究激光与低压介质射流复合加工工艺对陶瓷刻蚀量和刻蚀质量两方面的影响;试验表明:和单一激光烧蚀相比,加水和加KOH溶液介质射流的复合刻蚀量有了明显地增加,材料表面熔渣明显减少,在刻蚀质量上有了很大改善;其中加KOH溶液介质射流比加水介质射流,在刻蚀量和刻蚀质量上有一定程度的改善.(3)采用自行研制的试验加工系统对W18Cr4V不锈钢工件材料分别用水射流和HC1溶液射流进行了激光与低压介质射流复合加工的试验研究.试验表明:在激光与水射流复合加工工艺中,随着脉冲激光能量和脉宽逐渐增加,复合刻蚀量越大,加工表面及截面质量呈逐步改善趋势;当激光重复频率逐渐加大时,其复合刻蚀量呈现先增后减趋势,在刻蚀量处于峰值前后的表面加工质量是最好的;当激光扫描速度逐渐增加时,其刻蚀量呈现先增后减的趋势,当刻蚀量处于中间峰值时,表面加工质量处于最优点;HCl溶液浓度和射流束压力均达到一个峰值时,此时复合刻蚀量最大,其表面和截面质量最好.通过单一激光烧蚀、激光与水射流复合加工、激光与HCl溶液射流复合加工三者加工质量对比,加水和加HCl溶液的射流在刻蚀质量上有明显改善,加HCl溶液比加水射流复合刻蚀时也有一定程度改善.本文试验主要是提供一种可对难加工材料实现毫米级的切割、打孔和开槽等加工,并可消除加工表面微裂纹、热影响区、熔渣等表面质量问题,实现清洁高效加工的方法,同时提供该方法专用的的加工装置.
- 作者：
- 郑伟
- 学位授予单位：
- 安徽建筑工业学院
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 袁根福
- 中图分类号：
- TN249；O358
- 关键词：
- 激光加工；低压射流；复合加工；激光刻蚀；加工表面质量
- laser processing； low pressure jet； combined machining； laser etching； machined surface quality
- 基金项目：
- 安徽省自然科学%国家自然科学